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碳纳米管(carbon nanotubes，CNTs)具有高强度、高模量、低密度的特点，是一种优异的纳米复合材料增强体。采用CNTs对镁合金进行复合强化能预期获得较大的强度提升并保持较好的延展性。基于超声熔体处理在分散纳米增强相上的优势，本文进行了CNTs/Mg复合材料的高能超声凝固制备研究。以数值模拟计算为主要手段系统地研究了超声作用下镁合金熔体中的声压场、声流场以及空化效应，并通过物理模拟的方式进行了验证，探索超声作用分散CNTs的机理。结合模拟结果以及实验研究对高能超声凝固制备工艺进行了优化，应用优化的高能超声凝固制备工艺分别制备了CNTs/AZ91D、CNTs/AZ31和CNTs/ZK60复合材料，对其铸态组织及力学性能进行了研究。采用Gleeble热压缩试验研究了CNTs对AZ31镁合金的热变形性能的影响。最后选择合适的热挤压工艺制备了挤压态CNTs/AZ31复合材料，研究了组织与力学性能。 理论计算结果表明，镁合金熔体中声源声压幅值与超声功率的平方根成正比。超声声压场成辐射状分布，声压幅值在超声探头端面附近达到最大，距离探头端面越远，声压幅值越低。超声作用于镁合金熔体产生声流效应和空化效应。模拟计算表明超声声流为沿探头端面-中轴线-坩埚底面-坩埚壁面-探头端面的环流。镁合金熔体中空化气泡的溃灭由气泡初始半径以及超声声压幅值共同决定:空化气泡初始半径以及超声声压幅值较大时，气泡溃灭产生强空化效应并释放冲击波;反之，空化气泡做周期性振荡运动。熔体内部强空化区域体积随超声功率的增大近似成线性增大。采用水以及甘油-水溶液对超声声流效应以及空化效应进行的物理模拟结果与数值模拟结果相符。根据数值模拟和物理模拟结果，认为超声对镁合金熔体中的CNTs起到的分散作用机理为:超声空化效应促使CNTs团簇解离成离散形式存在的CNTs;超声声流效应促使各部分熔体中CNTs含量以及分散状态的保持一致。 对CNTs在CNTs/Mg复合材料中的分布形式观察结果显示:在CNTs/AZ91D复合材料中，CNTs离散分布于晶界附近和晶内β-Mg17Al12相周围;在CNTs/AZ31复合材料中，CNTs离散分布于晶界处;在CNTs/ZK60复合材料中，富Zr粒子聚集于CNTs附近，导致CNTs团簇数量增加。 对CNTs/Mg复合材料的铸态组织观察结果表明，CNTs细化了铸态AZ91D、AZ31镁合金晶粒。其晶粒细化机制为:①CNTs对α-Mg阻碍晶体生长，延长α-Mg形核过程;②超声熔体处理过程细化了AZ91D中的Al8Mn5相，Al8Mn5相颗粒为α-Mg提供了形核基底，提高了形核率;③制备过程引入了MgO并使其碎化并弥散分布于镁合金熔体中，促进了α-Mg的形核。由于在CNTs/ZK60复合材料中富Zr颗粒偏聚于CNTs表面，在阻碍CNTs团簇解离的同时抑制了Zr元素的晶粒细化作用，CNTs加入反而粗化了ZK60合金晶粒。 对CNTs/Mg复合材料的高能超声凝固制备工艺进行了优化，得到了优化的工艺步骤和工艺参数。工艺路线为CNTs预分散-半固态熔体搅拌混合CNTs-超声熔体处理-凝固（重力铸造、挤压铸造）。采用优化的高能超声凝固工艺制备了铸态CNTs/AZ91D、CNTs/AZ31和CNTs/ZK60复合材料并进行拉伸性能测试。结果表明，与基体合金相比，CNTs/AZ91D、CNTs/AZ31复合材料拉伸屈服强度、抗拉强度以及延伸率均有明显提升。0.7 wt.％ CNTs/AZ91D复合材料拉伸屈服强度、抗拉强度以及延伸率分别提高了22.9％、13.5％以及14％。0.75 wt.％ CNTs/AZ31复合材料拉伸屈服强度、抗拉强度以及延伸率分别提高了19.7％、14.4％以及95％。CNTs/ZK60复合材料的拉伸屈服强度比ZK60合金更低，但其抗拉强度以及延伸率均有提升。短CNTs对镁合金的复合强化作用弱于长CNTs。CNTs的复合强化作用主要来自于其载荷传递作用。CNTs的增韧作用主要来自于其延缓断裂作用。 0.5 wt.％ CNTs/AZ31复合材料的高温真应力-真应变曲线表现出明显的动态再结晶特征，峰值应力与峰值应变随应变速率的增大而增大，随变形温度的升高而降低。0.5 wt.％ CNTs/AZ31复合材料的平均变形激活能为176.4 kJ/mol，其本构方程为(ε)=3.462×1013[sinh(1.116×10-2σp)]6.916 exp(-1.764×105/8.314T) 在挤压比为9∶1、挤压温度为400C的热挤压条件下，0.5 wt.％ CNTs/AZ31复合材料发生不完全动态再结晶。与挤压态AZ31镁合金相比，挤压态0.5 wt.％CNTs/AZ31复合材料屈服强度、抗拉强度提升幅度为5％与2％，但其延伸率提升效果显著，达到38％。