铝合金钻杆具有轻质高强、耐酸腐蚀等特点被广泛用于深井超深井、大位移井、海洋钻井和深部油气田井等,这些应用场景对铝合金钻杆的耐高温性能提出了极高的要求。现有的钻杆用铝合金材料,存在着高强度与耐高温性能不可兼得的矛盾,高强度铝合金牌号（Al-Zn-Mg）的最高操作温度仅为120℃;而耐高温铝合金牌号（Al-Cu-Mg）的比强度与钻杆用钢和钻杆用钛合金相当。为了与深部钻探时的高温环境和高拉伸强度的要求相匹配,亟需进一步提高传统铝合金材料的高温强度。本论文面向钻探过程中对铝合金钻杆高强度和高比强度的要求,在目前的钻杆用铝合金中选择高强度铝合金牌号（AA7075）作为基体,采用比强度更高碳纤维作为增强相,制备了碳纤维增强铝合金复合材料。本文总结了轻质高强耐温的碳纤维增强铝合金复合材料的强化机制,提出了界面设计的思路,并采用了几种碳纤维表面镀层工艺进行优化设计,为铝合金钻杆的研究和使用提供理论指导和应用参考。本文首先通过粉末冶金法制备了无镀层短碳纤维增强7075铝合金复合材料（SCF/AA7075）。通过组织观察发现复合材料中的增强相碳纤维在热挤压处理后定向排布,具有明显的方向性。碳纤维的添加可以降低钻杆用铝合金复合材料的密度,改善材料的比强度,并提高材料的硬度。碳化铝（Al4C3）和镁元素（Mg）在界面处的富集为SCF/AA7075提供了可靠的界面连接并使其获得理想的力学性能改善。在150℃时,SCF/AA7075的抗拉强度由基体的441 MPa提高至510 MPa,增长15%,屈服强度由基体的414 MPa提高至450 MPa,增长9%。保温10分钟时,SCF/AA7075的强度最大可保持其自身室温强度的93%,相比基体的77%的强度维持率提高了16%。但是,脆性的界面产物Al4C3也导致了碳纤维的剪切破坏和SCF/AA7075较差的塑性。本文提出的强化模型可以较好的描述不同含量碳纤维时的SCF/AA7075在不同温度下的力学性能。强化模型中载荷传递是主要的强化机制,而残余热应力起到了不可忽视的作用。室温下,残余热应力可以用来估算SCF/AA7075的性能下降幅度,而在高温下,残余热应力的负面因素又转变为正面的增强效果。针对界面产物Al4C3对碳纤维的破坏,本文提出高温固相合成法制备碳纤维表面镀硼工艺。利用硼粉、硼酸和碳纤维在高温（1050℃）下保温1～4小时制备了镀硼碳纤维,硼镀层的厚度在100～400 nm。热重结果表明,保温4小时所制备的硼镀层可使得碳纤维在1000℃空气中暴露后重量不下降。在150℃保温10分钟后含硼镀层的SCF/AA7075的力学性能仍比基体强度提高13%,力学性能维持率为90%;在200℃保温10分钟后复合材料的力学性能比基体强度提高9%,力学性能维持率为72%。为了降低镀层制备时的温度,采用盐浴法在碳纤维表面制备了碳化钛（Ti C）镀层,并对镀层温度和镀层时间进行了优化。在SCF/AA7075中碳纤维添加碳化钛镀层后,由于镀层厚度的增加,室温抗拉强度从577 MPa降低至526 MPa。在150°C时,高温抗拉强度先上升至499 MPa,后下降到465 MPa。因为碳化钛镀层与基体之间的很强的界面结合力,所以当镀层较薄时（镀层时间15分钟）SCF/AA7075的断裂模式以拔断破坏为主,而镀层较厚时（镀层时间60分钟）的断裂模式以剪切破坏为主。为了避免镀层厚度对碳纤维的损伤,本文提出了原位生成碳化钛界面的思路。通过化学气相沉积法（CVD）在碳纤维的表面合成二氧化钛镀层,使其与制备过程中SCF/AA7075界面处偏析的Mg元素经过化学反应生成非连续颗粒状的界面。界面成分为二氧化钛（Ti O2）、碳化钛（Ti C）和氧化镁（Mg O）。通过设计的非连续性的界面,使得SCF/AA7075的室温抗拉强度上升至590 MPa,屈服强度上升至535 MPa;其在150℃的拉伸维持率保持在90%左右。对断口处的断面和表面进行观察证实了二氧化钛镀层可使纤维的断裂模式由剪切破坏转变为拔出破坏。力学性能测试同时发现过长的镀层时间会导致复合材料的抗拉强度下降,而对屈服性能没有影响。