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镁基复合材料是继铝基复合材料之后又一具有竞争力的轻金属基复合材料，在航空航天、交通、移动通讯、医疗器件等领域具有广阔的应用前景。但是传统镁基复合材料制备方法存在一些不足，如工艺复杂、成本高、界面结合强度差等。因此，开发新型制备工艺对镁基复合材料的发展具有重要意义。 本文通过热力学计算对Mg-Al系镁合金中原位合成AlN相的可行性进行了理论分析，结合实验探讨了AlN相的原位合成机制;通过动力学分析了AlN颗粒合成速率的影响因素，结合反应温度、气流量和反应时间等工艺参数分析了不同工艺参数对AlN颗粒生成量的影响规律;利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射技术(EBSD)和X射线衍射仪(XRD)等手段对原位AlN颗粒增强镁基复合材料进行了微观组织和相组成分析，利用拉伸机和硬度计测试了其力学性能，结合微观组织和力学性能分析结果对AlN颗粒增强镁基复合材料的强化机制进行了阐述。结果表明: 在AZ91镁合金熔体中通入N2，在700～1200K温度范围内，无论是直接氮化机制还是间接氮化机制，原位合成AlN颗粒增强镁基复合材料从热力学上都是可行的，但是直接氮化机制生成AlN相的倾向要高于间接氮化机制。实验研究表明，镁合金熔体中AlN颗粒的原位合成机制以直接氮化机制为主。 反应温度、气流量和反应时间等工艺参数对复合材料中AlN颗粒生成量的影响规律如下:随着反应温度的升高，复合材料中AlN颗粒的体积分数线性递增，满足函数关系式Y(Temp)=0.055T-37.86(700℃≤T≤800℃，90min，50ml/min);随着N2流量的增加，复合材料中AlN颗粒的体积分数非线性递减，满足函数关系式Y(Flow)=6.188-0.062v+1.64×10-4v2(25ml/min≤v≤200ml/min,90min,750℃);随着反应时间的延长，复合材料中AlN颗粒的体积分数线性递增，满足函数关系式Y(Time)=0.038t-0.08(0min≤t≤120min,750℃,50ml/min);。 原位合成的AlN颗粒尺寸细小并均匀分布于基体中，AlN颗粒与镁基体的位向关系为(10(1)0)AlN∥(10(1)0)Mg，[0001]AlN∥[0001]Mg，两者之间存在共格关系。随着复合材料中AlN颗粒含量的增加，复合材料的平均晶粒尺寸逐渐减小，复合材料的屈服强度、抗拉强度和硬度逐渐增大，复合材料的伸长率并没有降低而是略有提高，并呈现先升高后降低的趋势。当AlN颗粒的含量为4.95vol.％时，复合材料的平均晶粒尺寸由基体的221μm下降到88μm，晶粒细化了约60％;复合材料的屈服强度、抗拉强度和硬度可分别达到171.0MPa、243.4MPa和86.3HB，较基体合金分别提高了33.6％、52.8％和43.8％;同时，复合材料的伸长率也达到了2.4％，较基体合金提高了20％。 AlN颗粒增强镁基复合材料的强化作用主要通过细晶强化、Orowan强化、载荷传递强化和热错配强化实现，Orowan强化贡献最大，其次是细晶强化和热错配强化。由于AlN颗粒的体积分数较小，载荷转移机制贡献较小。