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新兴的固态FSP技术能够在低于处理金属材料熔点以下温度实现加工区域的细化、均匀化以及致密化,这使其在加工区获得的组织相比其他加工方法获得的组织具有明显的优势。本文基于FSP技术制备不同类型颗粒增强铝基复合材料,通过调控加工环境和工艺参数,实现对预期形成复合材料显微组织结构的控制,结合组织性能评价,深入研究相关的基本理论和关键问题。水下FSP技术制备活性硬质金属Ti颗粒增强铝基复合材料。研究了空气、水下单道次FSP搅拌区温度特征及其宏、微观组织结构,探明了FSP热机效应差异对搅拌区复合组织宏观成形和显微组织结构的影响,并建立了加工环境、加工温度变化特征与显微组织结构特征之间的内在联系;分析表明,水的冷却明显降低搅拌区峰值温度、缩短搅拌区材料在相对较高温度的热暴露时间,这使得搅拌区材料塑化程度和流动能力降低,从而不利于被搅拌工具破碎的Ti颗粒分散。然而,水的冷却能够同时对Al/Ti界面扩散和铝基动态再结晶晶粒的生长产生抑制,保证形成完整、干净的Al/Ti界面和超细晶的铝基;水下FSP过程中,铝基主要通过连续动态再结晶机制细化晶粒。在此基础上,探索了多道次水下FSP实现Ti颗粒高效、均匀分散的同时,确保Al/Ti界面无有害产物生成的可能性。发现采用改变相邻道次搅拌头旋转方向的3道次水下FSP可实现将Ti颗粒均匀弥散于搅拌区,同时Al/Ti界面通过轻微扩散形成固溶体产生冶金结合。通过对比研究有无Ti颗粒添加3道次水下FSP铝基显微组织结构,发现Ti颗粒添加能够促进动态再结晶,细化晶粒,提高大角度晶界比例;由于Ti颗粒本征特征、Al/Ti界面特征以及超细晶组织,制得的Ti颗粒增强铝基复合材料兼具有高的强度和良好的塑韧性。水下FSP技术制备活性功能性硬质Ni Ti合金颗粒增强铝基复合材料。利用改变相邻道次搅拌头旋转方向的4道次水下FSP实现Ni Ti合金颗粒在搅拌区的均匀分散的同时,实现了对Al/Ni Ti界面扩散反应的有效抑制,界面通过轻微扩散形成固溶体扩散层冶金结合。通过对比研究有无Ni Ti合金颗粒添加4道次水下FSP铝基显微组织结构,发现Ti颗粒添加能够促进动态再结晶,细化晶粒,提高大角度晶界比例;由于4道次水下FSP过程中Al/Ni Ti界面仅发生轻微的元素扩散,形成复合材料中的Ni Ti合金颗粒仍然维持原始成分和形状记忆效应,故其也呈现出与原始Ni Ti合金颗粒相同的相变行为。通过预加载与加热保温处理,获得复合材料中Ni Ti合金颗粒的形状记忆效应可以被激活,从而在基体组织中沿纵截面和横截面引入压应力;由于Ni Ti合金颗粒本征属性、Al/Ni Ti界面特征以及细晶组织,制得的Ni Ti合金颗粒增强铝基复合材料兼具有高的强度和良好的塑韧性。FSP技术基于Al-Cu反应体系制备原位颗粒增强铝基复合层。将Cu粉预植入铝基体表面,利用多道次FSP过程热机耦合效应将Cu粉在铝基搅拌区碎化、分散过程中同时实现固溶、反应扩散,获得了纳米Al2Cu颗粒增强的铝基复合层。在对多道次FSP形成复合层显微组织结构及其成分分析的基础上,结合Al/Cu界面扩散反应的热、动力学分析和FSP加工特点,澄清了原位Al2Cu纳米颗粒增强铝基复合层的形成机制。结合不同道次FSP形成复合层硬度和耐磨性能评价,分析了复合层的硬度、耐磨性能与其显微组织结构的内在关联。研究发现,在相邻道次间搅拌头行进方向改变的多道次FSP过程中,获得复合组织中只有Al2Cu相生成,这主要是由FSP过程独特的热机耦合作用所致。随着加工道次增加,原位Al2Cu纳米颗粒数量增加,颗粒尺寸减小且分布变得更加均匀,铝基体晶粒也因此发生细化,这有利于提高表面复合层硬度和耐磨性。FSP技术制备SiC纳米颗粒增强Al-Mg-Sc-Zr基复合材料。利用粉末冶金法（PM）将SiC纳米颗粒（0,2.5,5,10 wt.%）和Al-Mg-Sc-Zr合金预制成坯体,随后对其进行FSP处理获得相应的复合材料。研究了不同道次FSP处理含5wt.%SiC纳米颗粒坯体搅拌区显微组织结构和力学性能,探明了FSP加工道次对坯体搅拌区颗粒分散均匀性,晶粒演化以及强韧性的影响规律。在此基础上,研究不同SiC纳米颗粒含量坯体经4道次FSP处理后搅拌区显微组织结构和室温、高温力学性能,揭示了SiC纳米颗粒含量对FSP处理坯体搅拌区显微组织结构和力学性能的影响规律。研究发现,改变相邻道次搅拌头行进方向的4道次FSP处理可实现含5wt.%SiC纳米颗粒坯体整个搅拌区的细化、致密化和均匀化,这导致坯体的强度和塑韧性同时大幅度提高。对于4道次FSP处理不同SiC纳米颗粒含量坯体,SiC纳米颗粒含量越多,铝基晶粒越细小,分布在晶内和晶界的SiC纳米颗粒数量越多,室温和高温强度提高,而塑韧性降低。在4道次FSP处理坯体中,晶粒细小,SiC颗粒均匀分散,Al/SiC界面完整、干净,且部分纳米SiC颗粒可弥散于晶粒内部提高铝基加工硬化能力,故室温下4道次FSP处理的含10 wt.%SiC纳米颗粒的坯体兼具有高的强度和良好的塑性。同时,对于4道次FSP处理坯体,晶界弥散的SiC纳米颗粒抑制晶界滑移,而晶内弥散的SiC纳米颗粒增加加工硬化能力并抑制动态回复,故4道次FSP处理的含10 wt.%SiC纳米颗粒的坯体高温强度最高。