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研究高性能碳纳米管增强镁基复合材料是目前汽车轻量化材料的热门领域,是实现节能减排的重要途径之一,具有重要的研究意义和应用价值。将预处理碳纳米管（高温石墨化处理后的CNTs,包覆MgO处理后的CNTs）作为增强相加入到镁熔体中有望提高镁合金的力学性能,机械球磨分散技术能实现CNTs均匀分散于镁基体中,确定最佳球磨工艺参数能解决CNTs的分散性难题。本文研究了碳纳米管和铝粉（CNTs/Al）的球磨分散工艺,分析了球磨速度、球磨时间、CNTs含量对CNTs预分散效果的影响。采用扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱仪（Raman Spectrometer）分别表征了CNTs在Al粉中的分散情况以及CNTs的结构损伤情况。综合考虑CNTs在Al粉中的分散性及其损伤程度,获得了最佳球磨工艺参数。采用最佳球工艺磨参数对高温石墨化处理后的CNTs（Graphitizable CNTs）、包覆MgO处理后的CNTs（MgO@CNTs）与Al粉进行球磨分散,并进行冷压成型制得预处理CNTs预制块。采用搅拌铸造法成功制备了两种相同含量（0.5 wt.%）的预处理CNTs增强镁基复合材料（AZ91-Graphitizable CNTs、AZ91-MgO@CNTs）。采用金相和图像分析技术研究了复合材料的组织形貌。采用X射线衍射仪（XRD）和显微硬度计分别测试了复合材料的物相组成以及显微硬度值。探讨了预处理CNTs增强AZ91镁基复合材料的组织细化机制,为高性能碳纳米管增强镁基复合材料的开发提供了一定指导。主要结果如下:（1）通过研究球磨速度、球磨时间、CNTs含量对CNTs预分散效果的影响,获得了最佳球磨工艺参数:球磨速度为300 r/min、球磨时间为2 h、CNTs含量为5 wt.%。采用该球磨工艺参数,CNTs能均匀分散于Al粉颗粒中,未见明显团聚,而且CNTs的结构未受到明显损伤。（2）采用搅拌铸造法制备了预处理CNTs增强镁基复合材料。分析了复合材料的二次枝晶臂间距（SDAS）。AZ91镁合金的SDAS值为5.54μm,添加预处理CNTs（MgO@CNTs和Graphitizable CNTs）明显减小了AZ91镁合金的SDAS值。（3）研究了复合材料的晶粒尺寸分布以及晶粒大小。AZ91镁合金的晶粒尺寸分布区间小于75μm,晶粒尺寸分布不均匀。添加预处理CNTs（MgO@CNTs和Graphitizable CNTs）使晶粒发生细化,并提高晶粒尺寸分布均匀性。（4）采用SEM分析了β-Mg17Al12相的形貌。加入预处理CNTs（MgO@CNTs和Graphitizable CNTs）后,AZ91镁合金中存在的连续网状共晶β-Mg17Al12相发生溶解细化,形态转变成孤立的非连续的短棒状,并且沿晶界分布。（5）研究了预处理CNTs（MgO@CNTs和Graphitizable CNTs）对AZ91镁合金显微硬度值的影响。预处理CNTs的添加促使AZ91镁合金的显微硬度增加。AZ91镁合金显微硬度值的提高主要是由于预处理CNTs细化了复合材料的晶粒组织以及共晶β-Mg17Al12相。（6）通过分析复合材料的组织形貌,揭示了预处理CNTs（MgO@CNTs和Graphitizable CNTs）对AZ91镁基复合材料的组织细化机制。该机制主要与冷却速率以及CNTs钉扎晶界作用有关。