镁合金以其密度小，比强度高，减振，易于压铸成型和切削加工性能好等优点，在汽车、航空航天业中得到广泛应用。但因其高温力学性能差，长期工作温度不能超过120℃，无法用于制造高温环境下使用的零部件，严重限制了其应用范围。在金属基体中添加第二强化相，成为提高镁合金高温性能的有利措施。以密度低，比模量、比强度高，熔点高为优势的TiAl₃金属间化合物（IM）成为镁合金高温强化的首选。在TiAl₃-IM网络结构增强Mg-Al基复合材料（IPMMCs）中，增强相与基体相互相交叉，相互贯穿，相互缠结和盘绕，赋予了复合材料特殊的性能。利用IM网络结构改善镁合金力学性能是一个新的思路和尝试。本文拟通过制备互连通复合材料达到以下研究目的：探讨L1₂-TiAl₃结构变化特点，探讨脆性改善机理，丰富强韧化理论；研究TiAl₃空间网络拓扑结构工艺特点，揭示IM的多孔结构成型特点；研究复合材料的真空负压浸渗行为，对制各过程中的工艺参数进行试验探讨，以确定最佳工艺条件。分析界面微观结构及拓扑形貌，界面相组成，界面区合金元素的分布，探讨互联通复合材料断裂及裂纹扩展阻力行为。本文利用真空压力浸渗法制备了IPMMCs复合材料，主要研究内容如下：首先，通过机械合金化和退火处理制备了TiAl₃-IM超细粉体，研究了TiAl₃的晶体结构，指出其固有脆性本质。通过添加Cr元素，实现四方D0₂₂结构向立方L1₂结构的转变，获得足够多的独立滑移系，使L1₂-TiAl₃变异合金脆性得到明显改善。并通过添加稀土元素，改善TiAl₃IM结构和晶粒度，从而改善L1₂-TiAl₃的室温脆性。本文利用XRD衍射仪（D8 ADVANCE）分析了球磨过程中的结构演变，利用激光粒度仪（LS13 320，BECKMAN COULTER，USA）测定了粉末样品的粒度。利用TG209—C型差热分析仪对粉末进行了DSC分析。利用日立S—2500型扫描电镜（SEM）进行了金相组织观察与分析，用其附带的能谱仪（EDS，OXFOED INCA）验证和分析了化学成分。采用透射电镜（TEM，JEOL JEM2010型）分析了退火后晶体的粒度和微观组织结构，确定TiAl₃金属间化合物的晶格特征，验证Cr-TiAl₃-IM的D0₂₂—L1₂结构转变。利用HXD-1000显微硬度仪测试不同球磨时间和退火后粉末的显微硬度。采用压痕裂纹法（DCM）测定材料的断裂韧性。其次，利用有机前驱体烧蚀技术制备了具有高气孔率（70～95％）、大比表面积、小热膨胀系数、高化学稳定性和尺寸稳定性，耐高温、耐化学腐蚀及良好的强度和过滤吸附性能的TiAl₃金属间化合物网络结构，研究了这种多孔网络结构的拓扑结构及力学性能特点。认为IPMMCs网络结构是由十四面体在空间延伸而形成的三维结构，仍然遵循Euler定律、Aboav-Weaire定律和Levis准则，其形状各向异性率为R₁₂=1.2，R₁₃=1.0。许多因素如孔隙率、烧结温度、孔的几何特征和拓扑结构、孔筋内裂纹、孔洞的非均匀性及组成孔筋的颗粒尺寸决定NS的抗压强度和断裂韧性。利用桥接机理和裂纹钝化行为理论探讨断裂韧性的改善机理，通过消除孔筋内裂纹、减少孔筋内孔隙率及提高烧结温度来提高抗压强度和提高断裂韧性。利用阿基米德法测试网络结构相对密度，利用气泡法测试网络结构孔径。利用SEM观察与分析了金相组织和孔状形貌特征，用其附带的能谱仪（EDS，OXFOED INCA）验证和分析了化学成分。利用Instron5569型电子万能材料试验机测定了抗压强度和断裂韧性。再次，采用真空负压浸渗技术制备IPMMCs。根据热力学原理考察了增强相与基体的化学相容性，预测出可能的界面化学反应。研究IPMMCs材料界面区的微观结构及拓扑形貌，界面相组成，界面区合金元素的分布。研究了基体合金元素和工艺参数对界面区组织与组分的影响。研究界面两侧相的化学相容性及Mg元素对界面反应产物的贡献。认为，整个浸渗过程分为三个时期，孵化期、快速浸渗期和平稳期。TiAl₃IM与Al合金的润湿性特别好，润湿角几乎等于零，与Mg合金的润湿角大大小于90°。温度是影响润湿性的主要因素，随浸渗温度的上升，润湿角逐渐减少，800℃时润湿角小于90°，900℃时润湿角约为55°（5％Al），当温度等于1000℃时润湿角约为30°。研究了IPMMCs的力学性能指标。认为IPMMCs复合材料增强体的体积分数明显影响弯曲强度和断裂韧性。当增强相体积分数为6％，IPMMCs展现了高的弯曲强度（276MPa）。当体积分数大于6％时，随其不断增加，弯曲强度开始下降。而断裂韧性在增强相体积分数为6％时为25.5MPam^1／2，其后，随体积分数的增加，断裂韧性直线下降。IPMMCs表现出两种不同的断裂机制：局部韧性断裂失效机制和裂纹扩展断裂失效机制。随增强相体积分数的增加，有限的韧性引起裂纹失稳，裂纹扩展断裂失效机制起主导作用。IPMMCs复合材料强化机制是Orowan的位错移动机理。界面的反应产物MgAl₂O₄粒子成为位错移动的阻碍，位错线切不过去时，会形成位错环，从而使强度提高。另外，研究了IPMMCs摩擦磨损行为，建立了互联通复合材料的摩擦磨损模型。考虑网络结构增强体特殊的拓扑结构因素和弹性模量影响，利用复合材料磨损率最小化和最大化假设，建立网络结构增强复合材料的数学磨损模型。指出该模型不同于Khruschov模型和Zum-Gahr模型，其关系不遵循线性规则。该模型与增强体复合材料的磨损试验数据相拟合，能够较好地反映网络结构增强复合材料的磨损性能，具有一定普遍性。基体合金的摩擦形貌可见明显宽而深的犁沟，犁沟之间是高的隆起。IPMMCs复合材料磨损表面的划痕和犁沟变的又浅又窄，犁沟之间的隆起量少，可见因裂纹脱落而产生的磨屑。IPMMCs复合材料存在磨粒磨损和粘着磨损循环交替的混合磨损机制。实验采用干摩擦的形式，利用自制简易摩擦试验机，对不同载荷下磨损量进行了统计和分析。最后，探讨IPMMCs的切削加工性，研究切削参数、刀具磨损、表面粗糙度和切削力的变化关系。硬而脆的IPMMCs网络结构的TiAl₃IM增强相使IPMMCs复合材料韧性明显下降，热膨胀系数减少，切削时塑性变形减小，切屑短小，切屑与前刀面摩擦距离短，排屑容易。但切削力和摩擦力大，刀具后刀面磨损严重，由于网络结构对热量传递的阻隔，使导热系数大大下降，切削热传递阻滞，切削温度升高，刀具磨损量大。采用不同刀具切削IPMMCs及其基体合金，切削温度有很大差别，从而影响刀具的使用寿命，且随着网络结构增强相比例的增加，刀具后刀面最大磨损值VB_max亦相应增大，25TiAl₃IM／AZ91复合材料对刀具的磨损量最大。在几种刀具材料中，45钢刀具磨损量最大，K10道具次之，PCD刀具磨损量最小。PVD刀具硬度高，抗弯强度较好，价格低廉，是切削IPMMCs复合材料最理想的刀具材料之一。复合材料的增强相与基体相相互贯穿、相互交叉，使切削过程中刀具受力不均，切削力变化幅度大，产生的冲击力大，机床震动剧烈，切削质量差。切削过程中，随着切削速度的增大、进给量的减小，表面粗糙度值也将减小，切削深度对表面粗糙度的影响不大。当切削速度v＞300m／min时，Ra反而有上升的趋势，进给量大，刀具受力大，复合材料中硬度分布不均匀现象在一定程度上加剧了振动，导致切削力波动起伏较大，对表面粗糙度产生一定影响。增强体体积分数大的复合材料其平均切削力、切削力峰值和切削力波动幅度都迅速增大，观察切削后的刀具状态，可发现这是因已发生严重的径向和后刀面磨损而引起。增强体体积分数小的复合材料其平均切削力、切削力峰值和切削力波动幅度增长较小。当增强相体积分数大时，增强相颗粒在切削变形区受刀刃挤压而拔出、破碎、脱落的几率比较大，而硬相颗粒一方面参与切削，一方面对前后刀面的刮擦耕犁，造成刀具磨粒磨损。总之，TiAl₃-IM以其低密度、高强度以及良好的耐热性能，成为近年来轻质结构材料研究中十分活跃的领域。而IPMMCs既具有三维连续交叉网络结构，相互缠结和盘绕，互相贯穿和渗透，又具有高耐磨性、高断裂强度、高比强度和可控制的电、热性能，在航天航空、汽车、电子、机械制造等工业领域展示了广泛的应用前景。本课题的研究不仅有助于镁铝基复合材料理论的发展，而且能够拓展镁铝基复合材料理论和实际应用范围，具有重要的理论指导意义。目前，本研究课题已申报了国家专利，并在山东省自然科学基金（Y2006F03）资助下，正致力于IPMMCs的进一步研究。