镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、电磁屏蔽和阻尼性好等优点,是最轻的金属结构工程材料之一,具有广阔的应用前景。常规镁合金室温强度较低、高温性能差;稀土镁合金室温强度和高温性能优异,但成本高、塑形差、加工成形困难,限制了它们的广泛应用。利用复合技术制备常规镁合金/稀土镁合金层状复合材料,充分发挥两种镁合金的相补效应,在保持轻量化同时,提高了镁合金的塑性和强度。现有的复合制备技术存在结合强度低,工艺复杂等缺点。本文以常规镁合金(AZ31、AZ91和ZK60)与稀土镁合金(WE43)为研究对象,首先利用镶嵌铸造的方法制备出常规镁合金/常规镁合金(AZ31/AZ91)和常规镁合金/稀土镁合金(AZ31/WE43、ZK60/WE43)复合铸锭,在理解复合界面微观组织形成与氧化层演变规律的基础上,掌握了镶嵌铸造复合的制备工艺和界面结合机制。之后,建立了母材配置-工艺参数-显微组织-性能的关联性并筛选出两种性能突出的常规镁合金/稀土镁合金复合铸锭(AZ31/WE43、ZK60/WE43)进行热处理研究。在掌握了复合铸锭热处理工艺的基础上,阐明了热处理过程中界面的演变规律和强化规律。最后利用复合挤压制备了高性能AZ31/WE43复合棒材和具备界面增强结构的ZK60/WE43复合棒材,并对复合棒材的界面微观组织、力学性能和强化机理进行分析。着重研究了两种界面结构在压缩过程中组织演变规律,揭示了复合材料中的界面特征和两组元的加工硬化行为对混合法则的影响。本文的主要结论和创新点如下:1)复合铸锭结合界面的表征和形成机制的研究。AZ31和AZ91合金的化学元素类型相似,主要通过元素扩散来实现界面结合,并且凝固过程中不会发生界面反应。AZ31(ZK60)和WE43合金的界面结合过程中不但有元素扩散过程,而且还伴随着新相和新结构的形成,例如Al2RE、Al3Zr、富Y相、(Mg,Zn)3RE相和一定规律的层错堆积和化学成分变化的结构。以上特征分为两种类型;相同系列的镁合金,界面通过表面熔化与熔融的覆层材料接触扩散结合形成,不形成新的金属间化合物;不同系列的镁合金(例如AZ系列和WE系列,ZK系列和WE系列等)之间的复合材料界面形成过程中,元素扩散的同时还有新相和新结构的形成;2)对复合铸锭热处理过程中的界面特征、力学性能和界面演变规律的研究。AZ31/WE43复合铸锭经固溶处理后,AZ31侧的Mg17Al12和WE43侧的富RE相溶解到了 α-Mg基体中,界面区域留下了弥散分布的高熔点的白色颗粒Mg-RE相。共晶相消失,复合铸锭的剪切强度由108 MPa提高至120 MPa。ZK60/WE43复合铸锭经固溶处理后,24R型LPSO相从具有一定的周期性和成分变化的2H-Mg堆垛层错中析出,14H型LPSO相由铸态中(Mg,Zn)3RE相转变而成。固溶后的ZK60/WE43复合铸锭的剪切强度高达159MPa,高于ZK60和WE43基体。LPSO结构作为一种有效的强化相,强化了界面组织。3)AZ31/WE43复合棒材的界面结构、力学性能和变形机制。与单一镁合金坯料的挤压相比,AZ31/WE43金属复合铸锭的挤压不能改变镁合金挤压纤维织构(大多数晶粒的c轴垂直于挤压方向,呈现柱面择优)。但是,获得了两种组元比例稳定的复合棒材。固溶态界面的层片状中间相在挤压过程中破碎弥散分布,阻碍晶粒长大形成细晶区,紧密连接着具备不同的组织形态两种镁合金组元。AZ31/WE43双金属复合棒在沿着挤压方向的拉伸和压缩过程中,界面在整个变形过程中紧密结合无开裂和剥离,试验的力学曲线与混合法则预测的曲线重合。在WE43的体积分数为33.3%时,AZ31/WE43复合棒材的压缩屈服强度由AZ31基体的59 MPa升至154MPa,升幅达153%。在WE43的体积分数为50%时,AZ31/WE43复合棒材的拉伸屈服强度由AZ31基体的161 MPa升至225 MPa,升幅达40%,伸长率提高30%以上。高强的WE43芯和200 μm的界面细晶区共同导致了 AZ31/WE43复合棒材力学性能的提升。4)ZK60/WE43复合棒材的界面增强结构与拉压不对称性。铸锭界面LPSO结构,经过挤压变形后,沿挤压方向排列,强化了复合界面,强化机理类似于复合材料中的短纤维增强机制。复合棒材的试验曲线高于混合法则预测的曲线,这个偏差主要是界面结构改变诱发强化效果。在界面体积分数为10%时,ZK60/WE43复合棒材的拉伸屈服强度高于预测强度35 MPa并且其拉伸强度高于WE43芯材。在界面体积分数为6%时,ZK60/WE43复合棒材的压缩屈服强度高于预测强度43 MPa。跟单一的ZK60镁合金挤压棒材相比,ZK60/WE43复合棒材有较低的拉压屈服不对称性,晶粒细小的WE43稀土镁合金和界面在压缩过程中表现出的高强度共同导致了 ZK60/WE43复合棒材拉压屈服不对称性的降低。