原位纳米颗粒增强铝基复合材料具有比强度高,抗疲劳性能和抗冲击性能好等优点,是汽车轻量化的理想新材料,但该材料在制备中还存在颗粒团聚、纳米尺度控制等问题。为了解决这些问题,外场调控合成原位纳米颗粒增强铝基复合材料已成为重要的发展方向和研究热点。本论文以Al-K₂ZrF₆-KBF₄为反应体系,将原位合成技术与磁场/超声场调控技术相结合制备高性能的原位ZrB₂纳米颗粒增强AA6016基复合材料。研究了旋转磁场频率和超声振动时间对铸态复合材料微观组织和拉伸性能的影响,确定了最优的磁场/超声场调控参数;还研究了ZrB₂颗粒含量对铸态复合材料以及挤压态复合材料的微观组织和拉伸性能的影响;在此基础上,探索了磁场/超声场调控合成的不同ZrB₂颗粒含量的挤压态复合材料的冲击行为和疲劳行为。ZrB₂/AA6016复合材料的微观组织分析表明:当旋转磁场频率为12Hz,超声振动时间为4min时,合成的3 vol.%ZrB₂/AA6016复合材料的颗粒分布最均匀,仅在基体的晶界交叉点处观察到尺寸小于5μm的颗粒团簇,ZrB₂颗粒的平均尺寸减小到60nm,ZrB₂/Al界面结合紧密,基体晶粒的平均尺寸减小到25μm。该调控参数同样可以制备出颗粒均匀分布的1 vol.%和2 vol.%ZrB₂/AA6016复合材料。磁场/超声场调控之所以可以促进颗粒均匀分布并控制纳米尺度,是因为旋转磁场在熔体中产生的电磁搅拌作用以及超声场在熔体中产生的空化效应和声流效应。对于铸态复合材料,随着ZrB₂颗粒含量的提高,晶界附近的ZrB₂颗粒含量提高,晶粒平均尺寸减小。在凝固过程中,ZrB₂颗粒不仅可以作为α-Al晶体的异质形核剂,并且ZrB₂颗粒还可以阻碍α-Al晶体长大。对于挤压态复合材料,由于ZrB₂颗粒沿着挤压方向分布,导致再结晶晶粒尺寸分布不均匀,1 vol.%ZrB₂/AA6016复合材料的平均晶粒尺寸最小。ZrB₂颗粒不仅提高了周围基体再结晶晶粒的形核率,还阻碍了再结晶晶粒长大。ZrB₂/AA6016复合材料的室温拉伸性能分析表明:当旋转磁场频率为12Hz,超声振动时间为4min时,合成的3 vol.%ZrB₂/AA6016复合材料的拉伸性能最好。拉伸试验结果与该调控参数下合成的3 vol.%ZrB₂/AA6016复合材料的颗粒分布最均匀是一致的,这进一步说明了该调控参数为最优参数。随着ZrB₂颗粒含量的提高,铸态复合材料和挤压态复合材料的抗拉强度提高,延伸率下降。在这些复合材料中,挤压后的2 vol.%ZrB₂/AA6016复合材料的抗拉强度高达375MPa,延伸率高达23%。与铸态复合材料相比,挤压态复合材料的抗拉强度和延伸率明显提高。这主要是因为挤压态复合材料产生了细晶强化和织构强化,并且纤维状的ZrB₂颗粒富集区可以承受很高的应力。ZrB₂/AA6016复合材料的冲击性能和疲劳性能分析表明:对比传统方法制备的3 vol.%ZrB₂/AA6016复合材料,磁场/超声场调控合成的复合材料的冲击功提升了112.5%,疲劳极限提升了40.0%。复合材料的冲击性能和疲劳性能不仅与抗拉强度有关也与颗粒含量有关,2 vol.%ZrB₂/AA6016复合材料的冲击性能和疲劳性能最好。断口分析表明,ZrB₂颗粒可以有效降低复合材料的应变速率敏感性,从而提高复合材料的冲击韧度;复合材料的疲劳裂纹主要在表面夹杂处萌生,分散的ZrB₂颗粒可以有效阻碍疲劳裂纹扩展,从而提高疲劳裂纹扩展阶段的寿命。