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碳纳米管、石墨烯具有优异的力学性能(高强度和高模量),是镁基复合材料理想的增强体。如何改善碳纳米管、石墨烯在镁基体中的分散性和提高界面结合强度,是制备高性能纳米碳／镁基复合材料的关键。本文采用粉末冶金+热挤压工艺+T4固溶处理分别制备了CNTs,MgO@CNTs(包覆MgO碳纳米管)、GNPs(石墨烯纳米片)和RGO(还原石墨烯)增强的AZ91镁基复合材料,研究了碳纳米管表面包覆MgO工艺,纳米碳材料(CNTs,MgO@CNTs,GNPs和GO)含量对AZ91合金的组织和力学性能的影响。主要内容总结如下：(1)化学共沉积法可在CNTs表面包覆一层纳米MgO颗粒,且MgO存在有两种形貌,即单晶MgO和多晶MgO。纯化处理工艺在CNTs表面引入的羧基官能团和管壁破损、孔洞等缺陷有利于MgO纳米颗粒的形核与生长。MgO纳米颗粒与CNTs形成了强界面结合,其结构非常稳定。(2)液态分散法+粉末冶金工艺可将四种纳米碳材料分散到镁基体,其中GO在镁基体中的分散性最好,其次是GNPs,再次是MgO@CNTs,分散最差的CNTs。(3)四种纳米碳材料均可细化镁基体的晶粒组织,其加入量对复合材料平均晶粒尺寸的影响规律都一致：随着增强相含量的增加,复合材料平均晶粒尺寸先减小后又增大。对比发现,四种纳米碳材料细化镁基体晶粒组织的差距并不十分明显,但GO要略高于其它三种纳米碳材料。(4) CNTs经表面包覆MgO改性后有利于提高复合材料的力学性能,其原因是通过“MgO”纳米颗粒的桥接,CNTs与镁基体形成了强界面结合。同时,MgO@CNTs具有更好的分散性。(5)GNPs的加入可以提高镁合金的力学性能,其原因是GNPs为二维平面状结构,与镁基体的接触面积更大,GNPs/a-Mg界面强度较高。(6)在镁基体中加入GO可以有效提高镁基体的力学性能。其原因是GO与镁基体形成了均匀的分散,通过原位还原反应(GO+Mg→RGO+MgO),使石墨烯在镁基体中的分散性得到大幅度提高。同时,生成的界面产物MgO有效地提高了RGO与α-Mg基体的界面结合强度。(7)对四种复合材料界面结构进行表征发现：AZ91-CNTs复合材料中,CNTs与α-Mg则形成了非共格界面结合。AZ91-MgO@CNTs复合材料中,CNTs与MgO形成了“纳米级接触界面”(Nanoscale-contact bonds)和“扩散结合界面”(Diffused interfacial bonds)两种强界面结合。 MgO/α-Mg界面存在如下晶体取向关系：((?))MgO//((?))a-Mg和[011]MgO//[(?)]a-Mg,其原子错配度为6.5%,为半共格界面结合,是一种强结合界面。AZ91-GNPs复合材料中,二维平面状GNPs因与镁基体的接触面积更大,使GNPs/α-Mg的界面强度较高。AZ91-RGO复合材料中,通过化学键的桥接,MgO与RGO形成了强界面结合。与此同时,在MgO/α-Mg界面上沿着[011]Mgo或[(?)]a-Mg方向,((?))MgO//((?))a-Mg,其晶格错配度约为8.6%,为半共格界面结合,MgO与α-Mg基体形成了强界面结合。界面反应生成的MgO有效提高了RGO与镁基体的界面结合强度。(8)四种纳米碳材料加入量对复合材料屈服强化和延伸率的影响规律一致,即随着纳米碳材料含量的增加,复合材料力学性能出现先增大后又减小的变化趋势。对比发现,采用GO为起始增强相制备的AZ91-RGO复合材料在强度(抗拉强度和屈服强度)、塑性和显微硬度提升方面具有绝对性优势。