随着现代科学技术的发展,对结构材料提出了更加苛刻的要求。纳米金属基复合材料由于具有远高于微米复合材料的强化效率,成为理想的结构材料之一。目前对纳米复合材料的组织特征研究还不深入。另一方面,铝是层错能极高的面心立方金属,通常难以形成面缺陷。目前关于晶界诱发铝中层错和孪晶的研究已经很多,然而铝基复合材料中界面诱发铝基体层错和孪晶的研究还未见报道。为了研究高含量相界面对铝基体组织及力学性能的影响机制,获得高强化效率的纳米复合材料,本文采用挤压铸造法成功制备了体积分数10%~30%的SiC纳米线增强纯铝和6061铝复合材料,系统地研究了SiC纳米线对基体缺陷形式和析出行为的影响机制。同时针对SiC纳米线的特征,研究了界面形貌、相界面含量、热挤压变形等对复合材料力学性能的影响,并对其强化机理进行了研究。本文首先研究了SiC纳米线的组织结构,柱状和竹节状两种形貌的SiC纳米线均是由2H和3C结构的小片段复合而成的一种复合型结构,竹节状形貌是由于纳米线中孪晶的周期性导致的。研究了SiC纳米线增强纯铝复合材料的微观组织。SiC纳米线与基体之间没有发现界面反应,并且也没有明显的位相关系。当体积分数为10%至25%时,SiCnw/Al复合材料的缺陷形式为位错。当体积分数达到30%时,复合材料基体的缺陷形式由位错变为层错和孪晶。基体中包括单孪晶和双重孪晶,其中单孪晶在电子束长时间照射下会发生退孪生现象,而双重孪晶则不会。对复合材料生成的孪晶进行分析表明:基体中的单孪晶为零应变孪晶,用随机不全位错机制可以解释;双重孪晶为两个零应变孪晶滑移相交形成,在节点处生成面角位错从而使双重孪晶十分稳定。依据发射全位错和不全位错的临界切应力,计算出了相界面面积与铝基体形成层错的临界界面含量条件,当界面面积超过临界值后,基体中优先发射不全位错形成层错和孪晶。电子束长时间照射会使样品温度升高,从而改变了基体的切变模量,提高了界面面积的临界值从而使单孪晶发生了退孪生现象。研究了SiC纳米线增强6061Al复合材料的微观组织及时效硬化行为。体积分数为10%~25%的SiCnw/6061Al复合材料的时效硬化规律相似,时效硬度均是先升高后降低,达到峰时效的时间为5小时。但是在过时效阶段,复合材料的硬度下降速度和下降幅度都远高于基体6061Al合金。复合材料的欠时效组织为GP区,峰时效组织β’’相,过时效组织为B’相。过时效组织与6061铝合金的β相不同,分析认为这是由于Mg元素在界面处大量偏聚导致基体中的Mg/Si比降低造成的,适宜生成Mg/Si比小的B’相。为了证明这一推断,向15vol.%-SiCnw/6061Al复合材料中加入了0.8wt.%的Mg元素后,过时效组织中出现了β相,并且提高了复合材料过时效的硬度值,从而证明了复合材料过时效硬度下降是由于Mg元素偏聚从而生成B’相沉淀强化不足所导致的。30vol.%-SiCnw/6061Al在时效初期,基体中同样存在层错和孪晶,但是随着时效时间的延长,层错和孪晶的密度显著降低,演化为一种与基体共格的菱形相,经表征菱形相为基于Si偏聚区的层错四面体。分析表明,这种新型的层错四面体与传统的空位型层错四面体的结构及其形成条件均有显著不同。对这种层错四面体的形成机制进行了分析:由于Mg元素大部分偏聚在界面处,基体中只能形成Si元素的偏聚区,而层错优先在Si偏聚区的界面处形核,Si偏聚区周围的(111)晶面族上的层错相交反应最终形成层错四面体,本文将其命名为偏聚型层错四面体。研究了SiC纳米线形貌、SiC纳米线含量、SiC纳米线排布对复合材料力学性能的影响。竹节状SiC纳米线的强化效率高于柱状SiC纳米线,随着竹节状纳米线含量的提高,SiCnw/6061Al复合材料的拉伸强度和延伸率均提高。强度和塑性的提高主要是由于竹节状SiC纳米线具有更多的界面面积以及更强的界面结合所致。随着SiC纳米线含量的提高,SiCnw/Al和SiCnw/6061Al复合材料的屈服强度和微屈服强度逐渐提升,当体积分数达到30%时,复合材料的屈服强度和微屈服强度都有偏离强度和体积分数线性关系的跃升,这种跃升与基体中缺陷形式变化有关。结果显示,层错和层错四面体能使复合材料强度偏离线性提高约70%。基于剪切滞后模型,对SiC纳米线增强铝基复合材料的屈服强度公式进行了修正,提出了SiC纳米线长径比、尺寸效应、排布方式以及层错强化等对强度的贡献,最终得到了复合材料的屈服强度公式。