颗粒增强铝基表面复合材料可以在保留铝合金基体原本的韧性和延展性的同时,提升铝合金的强度和表层耐磨性能,从而满足零部件表面和内部不同的性能需求,因此在工程应用和科学研究领域得到广泛关注。并且其可以通过提高增强颗粒的体积分数和组织均匀性,来实现复合材料综合性能的提升。但体积分数的提高程度受到增强颗粒与基体适配性关系的影响,同时由于铝合金基体中增强颗粒的加入,使得铝合金基体塑性成形加工性能下降,甚至添加了高体积分数增强颗粒的复合材料难以成形,这在很大程度上限制了其应用和发展。因此,研究增强颗粒与基体适配性关系对进一步提高体积分数有着重要意义,并且探索高体积分数颗粒增强铝基复合材料FSP工艺中高应变速率塑性成形研究,有望成为解决这一不足的有效途径。本文通过优化的搅拌摩擦加工方法在四种典型铝基体中制备出Ni/Al复合材料以研究Ni颗粒与铝合金基体种类的适配性。在此基础上选用与Ni颗粒适配性最好的2024Al作为基体材料,制备了不同体积分数（最高为26.8vol%）的Ni/Al表面复合材料,研究了体积分数对FSP制备Ni/Al表面复合材料微观组织和力学性能的影响规律,并建立了相关塑性金属迁移的模型。取得的主要研究结果如下:（1）揭示了Ni颗粒与不同铝合金体系的适配性,及基体种类对复合材料的成形质量的影响规律。Ni/1060Al复合材料的搅拌区形状规则且范围最大,颗粒反应充分,几乎没有团聚;Ni/5083Al复合材料具有最小的搅拌区和最不规则的轮廓,团聚现象也最为严重。当复合材料基体为2024Al时,Ni颗粒增强复合材料具有较好的结合强度和均匀的组织结构,表现出与Ni颗粒较好的适配性。Ni/1060Al和Ni/6061Al复合材料的搅拌区显微硬度曲线稳定,波动幅度较小,复合材料抗拉强度与基体材料相比均有所提升,其中Ni/6061Al复合材料的抗拉强度可以达到228MPa,提升了82.4%,强化效果最为明显。从Ni/Al复合材料的强化效果来看,不同铝合金体系中,Ni/6061Al复合材料的强化效果最为突出,Ni/2024Al的复合材料综合性能最好。（2）主要增强相Al3Ni在复合材料的存在形式主要有三种,分别为:核-壳结构（壳层）、微米颗粒、亚微米颗粒,分别是通过Ni颗粒的不同聚集形态在FSP过程中发生反应、破碎和分散而形成的。搅拌区各区域的成形效果受流体方向和单位时间内流过搅拌区各区域的流体质量影响,进而影响整个搅拌区的最终成形,将每个阶段中搅拌区的金属状态分为流动区和待流动区,软化并接触到轴肩和搅拌针的部分金属率先进行塑性流动,在流动区的金属流动完成循环并稳定后,待流动区受到流动区金属的推动作用后开始进入流动状态。随着阶段的进行,受搅拌头（轴肩和搅拌针）传导辐射的软化金属陆续进入塑性流动状态,待流动区的体积逐渐减少,直至所有软化金属都进入塑性流动状态,形成最终的搅拌区形态。（3）明晰了Ni体积分数对FSP复合材料成形特征和硬度的影响规律。通过改变填粉孔阵的排列和数量,获得Ni体积分数为7.1vol%、14.2 vol%、24.3 vol%和26.8vol%的Ni/Al表面复合材料。宏观成形较为良好,无明显缺陷。随着复合材料中Ni体积分数提高,水平方向金属塑性流动效果明显大于垂直方向,团聚现象更加明显,且黑色团聚体多呈水平带状分布。四种体积分数复合材料显微硬度均高于基体材料,分别提高了11%、15%、26%和28%。当Ni体积分数增加到26.8vol%时,硬度强化区域呈带状。（4）当表面复合材料的粉末体积分数从7.1vol%增加到26.8vol%过程中,表面复合材料的抗拉强度先提升后降低,分别为277.9 MPa、289.3 MPa、323.7 MPa和301.5MPa,与基体材料相比,表面复合材料的平均抗拉强度分别提高了45.4%、53.1%、66.3%和60.9%。当表面复合材料的体积分数从7.1vol%增加到21.3vol%时,抗拉强度提升较为明显,并于体积分数为21.3vol%达到最大抗拉强度。而当体积分数再增加到26.8 vol%时,抗拉强度反而有所下降。这些表面复合材料强度明显提高的同时,仍保留了相当的延展性,并提高了表面耐磨性能。