块体纳米金属材料具有优良的特殊性能,如超高的强度和硬度以及良好的塑性和韧性等,但其制备技术复杂,通常需要在极端条件下才能实现,所以开发一种低成本、可量产的块体纳米金属材料制备技术一直以来都是人们关注的焦点。此外,由于镁的化学活性高,纳米化非常困难,与其他纳米金属材料相比,有关纳米镁基材料的制备、结构、性能以及它们之间相互关系等方面的研究报导更少。本论文为解决这一问题提供了一个有效可行的方法。在磁性材料的研究中发现,当金属材料粗粉体被氢化并产生反应后,材料的微观组织被大幅细化至纳米级,当材料经脱氢重组后,其晶粒仍保持在纳米级,这一过程被称为HDDR处理(hydrogenation–disproportionation–desorption–recombination process)。本论文采用优化的氢化脱氢技术对纯镁金属粉末进行处理,制备了晶粒尺寸小于20 nm的具有超热稳定性的纳米晶纯镁粉体材料,结合放电等离子体烧结以及热挤压技术,获得尺寸为φ10×320 mm的纳米晶纯镁棒材,并在此基础上研究了纳米晶纯镁的宏观力学行为。通过OM、XRD、SEM、TEM以及拉伸、压缩等测试方式,分析了不同挤压温度、不同形变温度以及不同应变速率对纳米晶纯镁材料力学性能的影响,得到了拉伸屈服强度(TYS)为259 MPa,压缩屈服强度(CYS)为157 MPa的综合力学性能优异的纳米晶纯镁,约为相应的微米级粗晶样品性能的2倍(TYS为125 MPa,CYS为84 MPa)。与此同时,为了研究所获纳米晶材料的晶粒尺寸稳定性,在本论文中还对所获得的纳米晶粉体以及块体材料进行了高温长时间退火热处理以及球磨、等径角挤压等剧烈塑性变形处理,结果表明纳米晶纯镁材料在550℃高温下处理20 h,或者在60:1的球料比下球磨处理9 h,亦或是在400℃下等径角挤压八道次处理的条件下都具有极好的稳定性,对其纳米晶的晶界稳定性机理进行了初步分析,认为其晶界的稳定性主要是因为氢化脱氢是一个高温下的平衡反应过程,而在此过程中形成的纳米晶晶界比在大塑性变形等非平衡过程中形成的晶界内的原子有序性高,因而晶界稳定性也更高。