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目前,随着全球汽车保有量的日益增加,汽车成为能源消耗和环境污染的主要来源,汽车轻量化是节能减排的重要途径和发展战略,其中轻量化的铝车身是当前的重要发展方向。然而,随着新能源汽车、中高端轿车等对车身轻量化、高安全性要求的不断提高,传统铝合金已不能满足轻量化对材料高强韧、抗疲劳、抗冲击、易成形等性能的要求。原位纳米颗粒增强铝基复合材料（INPRAMCs）具有高比强度、比模量,良好的耐热性、耐摩性、耐腐蚀性,以及出色的抗疲劳能力,成为近年汽车轻量化的新型材料。本文针对当前车身用铝合金性能低、成形加工性差等问题,设计开发车身用高强韧INPRAMCs,研究电磁/超声场调控和热加工成形对复合材料微观组织和性能的影响规律及机制,揭示其强韧化机理,为轻量化车身用INPARMCs的设计、成形和应用提供理论和技术基础。主要研究内容和结果如下:在热力学计算的基础上,设计开发了Al-Zr-B和Al-Zr-B-O原位反应体系,探索了电磁场调控原位反应和超声场调控熔体凝固对复合材料微观组织演变的影响规律,成功制备了原位纳米Zr B2 np/AA6111和（Zr B2+Al2O3）np/AA6111复合材料。结果表明:电磁/超声场调控后,原位反应效率明显提升,颗粒团簇被明显打散,弥散分布在基体中,颗粒与界面结合良好;Al-Zr-B体系,Zr B2颗粒形貌为类球形,尺寸为10-80 nm,电磁和超声场的最佳参数为10 Hz和1.5 k W;Al-Zr-B-O体系,Zr B2颗粒为亮白色六方或四方形,尺寸为20-80 nm,Al2O3颗粒为灰白色球形,尺寸为5-30 nm,电磁和超声场的最佳参数为15 Hz和2 k W;磁场对于提高颗粒收得率的效果更佳,超声场对颗粒分布、颗粒形貌和尺寸的影响更明显。电磁和超声场的作用机制:电磁场可改善反应物与熔体的润湿性,促进原位反应过程中传质传热和形核数量;超声场施加在凝固阶段,相比于施加在反应阶段,其声流效应变弱,声空化效应大幅度增强,改善颗粒分布和形貌。通过材料热模拟技术研究了复合材料的热变形行为规律,结果表明:材料在变形前期以加工硬化为主,随后进入稳态流变,流变应力随温度的升高而降低,随应变速率的增加而升高;选取稳态流变的数值建立了复合材料的本构方程,并基于功率耗散图和失稳图,构建了复合材料的热加工图,获得了复合材料的最优加工窗口,其中原位Zr B2 np/AA6111复合材料为410-450℃/0.7-1 s-1,原位（Zr B2+Al2O3）np/AA6111复合材料为410-450℃/0.3-1 s-1和400-450℃/0.001-0.007s-1。基于复合材料的最佳热加工窗口,研究了热挤压成型加工对复合材料微观组织的影响规律。结果表明:热挤压加工使颗粒呈流线型分布,晶粒由粗大的树枝晶转变为细小的等轴晶,且沿着挤压方向分布在颗粒附近。同时,随着颗粒的加入,动态再结晶（DRX）晶粒数量增加,且原位（Zr B2+Al2O3）np/AA6111复合材料DRX晶粒数量更多;复合材料大角度晶界和小角度晶界密度同时提高;织构从（113）∥挤压方向形成了（111）∥挤压方向和（001）∥挤压方向的丝织构;反极图最大极密度随颗粒体积分数的增加先降低后升高,且（Zr B2+Al2O3）np/AA6111复合材料的最大极密度更高。原位纳米颗粒在挤压加工中的作用机制:（1）由于分布在晶界的颗粒与基体之间的不协调变形,使颗粒附近存在很高的存储能,促进DRX过程,因此大量的细小DRX等轴晶出现在颗粒附近,提高大角度晶界密度;同时,这些颗粒还能钉扎在DRX晶界阻碍晶粒长大。（2）弥散于晶内的纳米颗粒钉扎并阻碍位错运动,阻碍动态回复（DRV）阶段,导致小角晶界数量的增加。复合材料力学性能研究表明:电磁和超声场调控,使铸态复合材料的力学性能随着电磁频率和超声功率提高先升高再降低,其中最佳参数为磁场频率10 Hz、超声功率1 k W(Zr B2 np/AA6111)和磁场频率15 Hz、超声功率2 k W(（Zr B2+Al2O3）np/AA6111)。电磁/超声场调控后,Zr B2 np/AA6111和（Zr B2+Al2O3）np/AA6111抗拉强度、屈服强度和延伸率分别提高了12%、20%和17%,11%、26%和25%。复合材料挤压后力学性能明显提升,随着颗粒含量的增加,挤压态复合材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率先升高再降低。Zr B2颗粒和Zr B2+Al2O3颗粒的最佳含量分别为2 vol.%和3 vol.%,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到了371MPa、308 MPa和25.94%,392 MPa、334 MPa和27.41%,与AA6111合金相比,分别提高了16%、18%和27%,22%、27%和34%。挤压态复合材料的冲击韧性和成型加工性研究表明:随着颗粒含量的增加,成形加工性关键指标δb、δu、n和r值先增大后减小,σ0.2/σ先减小后增大,材料的冲击韧性先升高后降低。当Zr B2颗粒含量为2 vol.%和Zr B2+Al2O3颗粒含量为3 vol.%时,复合材料的成形加工性和冲击韧性最佳。复合材料强化机制分析表明:对于铸态复合材料,未施加外场时,复合材料中的强化机制以CTE强化和Orowan强化为主导,且CTE强化贡献量更大;施加外场后,Orowan强化超过CTE强化成为最主要的强化机制;对于挤压态复合材料的强化机制包括细晶强化,位错强化,纳米析出相和纳米颗粒的协同强化和织构强化。复合材料增韧机制分析表明:（1）DRX晶粒的细化、纳米颗粒与基体良好的界面结合、纳米颗粒的均匀分布、纳米颗粒和析出相的尺寸细小、边角钝化,均可有效降低裂纹的萌生几率。（2）复合材料裂纹扩展的临界尺寸大于基体,使裂纹更容易由周围基体的屈服得到释放,同时纳米颗粒还可阻碍裂纹扩展,提升韧塑性和成形加工性。