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铝及铝合金是结构轻量化设计的主要选材之一,但其弹性模量低、刚性不足的缺点严重制约了在航天航空、国防装备的发展应用。通过在铝中复合碳纳米管（Carbon nanotubes,CNTs）,制备CNTs增强铝基（CNT/Al）复合材料可协同提高强度、模量等力学性能,但会导致塑/韧性急剧下降。因此,如何改善CNT/Al复合材料“强度/模量-塑/韧性倒置”关系已成为金属基复合材料领域（Metal matrix composites,MMCs）的前沿研究热点。通常而言,MMCs力学性能与其界面性质密切相关。CNT/Al复合材料中主要存在两种界面,即CNT/Al复合界面和Al基体晶界。前者决定了CNT强度/模量提升效应强弱,而后者对复合材料塑性变形行为有显著影响。然而,在CNT/Al复合材料中,CNT引入和晶粒细化使得上述两种界面数量远远多于传统MMCs,且结构性质更为复杂,不易调控,导致CNT复合强化效应和Al基体塑性变形能力难以充分发挥,表现出“强塑性倒置”关系。为了解决该问题,本文以片状粉末冶金工艺制备的CNTs增强Al-Mg合金（CNT/Al-Mg）复合材料为研究对象,通过改变界面反应程度与界面原生氧化物形态,调控了CNT/Al复合界面结构与结合状态,并揭示了CNT/Al-Mg复合材料模量、强度等力学性能以及CNT载荷传递强化效应的响应规律。在此基础上,以bimodal构型为模板,通过改进制备工艺,调控了CNT/Al-Mg复合材料基体晶粒尺寸及空间分布,并研究了位错运动、加工硬化等塑性变形行为,探讨了bimodal构型强韧化机制。本论文的主要研究结果如下:（1）CNT/Al-Mg复合材料制备及杨氏模量测定:以CNTs及Al-Mg合金粉末为原料,通过片状粉末冶金工艺制备出组织致密且界面结合良好的1.5 wt.%CNT/Al-Mg复合材料,并利用拉伸实验、纳米压痕以及共振实验测定其杨氏模量,进行对比研究。结果表明:微小外加载荷及无损测试特性使共振实验方法最适用于CNT/Al-Mg复合材料杨氏模量测定研究。（2）复合界面反应程度与杨氏模量响应关系:通过控制退火时间,调控了1.5 wt.%CNT/Al-Mg复合材料的界面反应程度,揭示了CNT及反应产物Al4C3微观结构演变规律,并对杨氏模量与界面反应程度的响应关系进行定量研究。研究结果表明,随着退火时间延长,界面反应程度逐渐增加,板条状Al4C3大量生成,并以纳米第二相的形式分散于基体中。数值计算表明,CNT向Al4C3转变过程中存在显著的体积膨胀效应,导致Al4C3体积分数快速增长,并可在原料CNT质量不佳的前提下补偿CNT参与界面反应造成的模量损失,提升复合材料杨氏模量。但值得注意的是,界面反应本质上是通过牺牲CNTs,生成Al4C3来改善CNT/Al复合材料杨氏模量,并未提升CNT自身复合强化效应,不是调控CNT/Al界面性质、改善力学性能的理想方法。（3）复合界面结合状态与力学性能响应关系:通过优化退火工艺,实现了对CNT/Al界面结构及结合状态的调控,揭示了Mg合金元素对界面原生氧化物的还原作用,研究了1.5 wt.%CNT/Al-Mg复合材料力学性能、CNT载荷传递效应的响应规律。研究结果表明:“Mg-O”反应破坏了界面原生氧化物层连续性,促使CNT和Al基体直接接触,形成了紧密机械界面结合,不仅有效提升了CNT载荷传递效应,还避免了有害碳化物生成和CNT结构损伤,使得CNT/Al-Mg复合材料模量、强度与塑性得到同步提升。因此,通过基体合金成分设计与热处理工艺参数优化,实现机械界面结合是提升CNT/Al复合材料力学性能的理想方法。（4）Bimodal复合构型设计及塑性变形行为研究:通过改进片状粉末冶金工艺,成功制备了具有交替层状粗晶-超细晶bimodal复合构型的1.5 wt.%CNT/Al-Mg复合材料,研究了粗晶体积分数及空间分布对力学性能及塑性变形行为的影响规律。研究结果表明:bimodal复合构型中,CNT/Al-Mg超细晶硬相对粗晶软相的塑性变形具有强烈约束作用,可促进多滑移带参与变形,缓慢释放晶内位错存储能力,提升加工硬化能力,缓解微区应变集中,增强CNT/Al-Mg复合材料塑性变形能力,改善“强塑性倒置”关系。综上所述,本文系统研究了CNT/Al-Mg复合材料复合界面及晶界调控的技术及原理,探索了模量/强度/延伸率等力学性能及塑性变形行为的响应规律,可为今后改善CNT/Al复合材料综合力学性能提供技术手段和理论借鉴。