稀土元素作为增强相,在镁基复合材料中已得到广泛应用。随着碳纳米材料的被发现,碳纳米管因其独特的分子结构、优越的力学性能和物理性能而受到广泛的关注,并逐渐用于作为镁基复合材料的增强相。本文首先采用铸造法制备了稀土Pr增强AZ91镁基复合材料,并对该复合材料进行了热挤压及T6热处理,分析探讨了稀土Pr及T6热处理对该复合材料的微观组织、硬度及耐磨性能的影响。然后,采用粉末冶金、真空热压烧结和热挤压工艺方法,制备了碳纳米管及稀土Pr增强AZ91镁基复合材料。为了改善碳纳米管在AZ91镁基复合材料中的分散均匀性以及增强碳纳米管与镁基体的界面结合强度,对碳纳米管进行了包覆TiO2预处理。对所制备的AZ91-Pr-TiO2@CNTs进行了热模拟压缩实验,构建了该复合材料的本构方程,并探讨了热成形参数对复合材料微观组织的影响。结果如下:1)稀土Pr可以细化AZ91镁合金的晶粒尺寸并产生新的增强相。当Pr含量为1.0 wt.%时,细化效果最佳,其硬度达到峰值76.2 HB。AZ91-1.0%Pr合金经过T6热处理后,β-Mg17Al12相再次在α晶内和晶界析出。材料的硬度进一步提高到101.1 HB,硬度增加了32.7%。2)稀土Pr的添加有助于提高合金的抗磨损能力,其中当Pr的添加量为1.0wt.%时,合金抗磨损能力最佳。T6热处理后的材料表现出最低磨损速率和最小摩擦系数。添加稀土Pr或T6热处理均是提高AZ91合金耐磨性能力的有效方法。3)对铸态AZ91-Pr镁基复合材料进行热挤压,挤压后再对材料进行T6热处理,对比分析三种状态复合材料的微观组织、硬度及摩擦磨损性能。热挤压和T6热处理有助于提高AZ91-Pr镁基复合材料的硬度,相对于铸态分别提高了18.8%和68.4%。挤压过程不仅细化了晶粒尺寸,同时将β-Mg17Al12相由块状破碎成颗粒状并沿着挤压方向分布。在相同条件下,T6和挤压态复合材料的磨损率均低于铸态复合材料的磨损率。T6热处理状态复合材料的磨损率最小。4)采用本文包覆工艺可以成功的在CNTs表面包覆TiO2,包覆的TiO2在CNTs表面分布均匀。包覆的TiO2可以改善CNTs在镁基体复合材料中的分散均匀性,提高CNTs与镁合金基体的界面结合强度;5)TiO2@CNTs的加入可以阻碍热挤压过程中动态再结晶晶粒长大以及抑制晶界的移动,从而起到细化复合材料晶粒的作用。加入的TiO2@CNTs可以提高复合材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率,当加入量1.0 wt.%时,各值达到最大值,分别为194.19MPa,389.67MPa和7%。相对于AZ91-Pr基体分别提高了12.7%,49.1%和48.9%。复合材料的断裂方式均为解理断裂,所加入的TiO2@CNTs可以起到承载拉伸应力的作用。但当TiO2@CNTs的加入量过多时,TiO2@CNTs容易发生团聚,并在团聚处容易形成裂纹。6)通过对AZ91-Pr-1.0TiO2@CNTs复合材料进行热模拟压缩实验,获得了该材料在成形温度为300、350和400℃,应变速率为0.001、0.01、0.1和1S-1条件下的应力应变曲线。复合材料对成形温度敏感,随着成形温度的升高,流动应力明显降低。该材料同样对应变速率敏感,随着应变速率的降低,流动应力值减小。该材料各成形条件下的应力应变曲线表现为稳态流动型。7)根据热模拟压缩实验所得应力应变曲线峰值应力值,构建了该材料的Arrhenius模型本构方程,其方程具体为:（?）采用该Arrhenius模型本构方程,对热模拟压缩过程进行有限元数值模拟。通过数值模拟计算的载荷结果与实验载荷进行对比,大多成形情况下的实验载荷与计算载荷大体重合,吻合度较高。但对于应变速率为0.001S-1时,该本构方程的精度较低,计算的成形载荷明显低于实验载荷。8)考虑应变速率、成形温度和应变量,构建了AZ91-Pr-1.0TiO2@CNTs复合材料多项式统计型方程。采用SPSS软件对多项式的系数进行了回归,得到该材料统计型本构方程,具体为:（?）采用多项式统计模型本构方程所计算的应力数值与实验所得应力数值误差小于±15%的比对点超过95%,该统计模型具有较好的精度。9)当成形温度为300℃时,复合材料在变形过程中基本不发生动态再结晶。当成形温度超过350℃时,复合材料组织在变形过程出现了明显的动态再结晶现象。随着应变速率的降低,复合材料中动态再结晶的体积分数增多。碳纳米管有助于复合材料的动态再结晶的形核,并对晶粒的长大起到抑制的作用。