本文以Mg-3Al-Zn混合粉末为研究对象，利用高能球磨粉末冶金工艺制备了块体超细晶镁合金，旨在通过细化晶粒来提高镁合金的强度。重点研究了高能球磨粉末冶金工艺制备超细晶镁合金的组织演变规律和室温变形，揭示了超细晶镁合金的强化机制。以期提出制备超细晶、甚至纳米晶镁合金的工艺方法以及改善镁合金力学性能的有效途径。获得如下结果：　　本文首先研究了Mg、Al和Zn单质混合粉末在氩气保护球磨过程中的粉末形貌及组织结构的变化规律，结果表明，在适当球磨工艺条件下，可以获得粒径小于10μm，平均晶粒尺寸小于50nm的镁合金粉末。研究了粉末在氢气氛下球磨过程中微观结构的变化，结果表明，粉末在氢气氛下可以发生氢化反应，氢化后可获得平均晶粒尺寸约为15nm的MgH2组织。　　采用真空热压烧结与温挤压相结合的致密化工艺来致密材料，研究了烧结温度、挤压温度和挤压比对合金粉末致密度的影响。结果表明，选择合适工艺参数可获得致密度超过99％的近全致密材料。　　研究了氩气保护高能球磨制备块体超细晶镁合金的组织结构，重点探讨了球磨、烧结和挤压工艺参数对合金组织的影响。研究发现温挤压镁合金粉末预制坯可以得到组织均匀致密的最小平均晶粒尺寸仅为180nm超细晶镁合金，明显小于其他强应变塑性变形方法制备的晶粒尺寸。　　通过室温拉伸、压缩和硬度实验研究了晶粒尺寸对超细晶镁合金室温力学性能的影响规律。结果显示，在拉伸过程中，所有的超细晶镁合金都显示了较高的强度，并且随着晶粒尺寸的减小，合金的屈服强度和抗拉强度都逐渐升高。平均晶粒尺寸为180nm的材料屈服强度为379MPa，抗拉强度为417MPa，延伸率为5.1%。晶粒尺寸对压缩性能的影响与对拉伸性能的影响一致，平均晶粒尺寸为180nm的材料屈服强度为410MPa，抗压强度为414MPa。晶粒尺寸对材料硬度的影响与对其拉伸压缩性能的影响一致。　　通过对超细晶镁合金的热处理和热处理后材料的室温压缩性能的研究，探讨了合金的组织结构和性能的热稳定性，发现粉末冶金法制备的超细晶合金具有良好的晶粒尺寸稳定性。在200℃保温60min时，超细晶开始晶粒长大，300℃保温相同时间时，长大明显由原来的500nm左右长大到2μm左右。在100℃，真空退火1h后，发现材料的屈服强度从退火前的370MPa增加到394MPa，而抗压强度从414MPa增加到433MPa，即出现所谓的退火强化现象。对比了材料拉伸屈服强度与压缩屈服强度，结果发现超细晶镁合金的拉压不对称性基本被消除。基于室温塑性变形过程中组织与性能的研究，分析了超细晶镁合金的室温变形行为。结果显示超细晶镁合金，变形以滑移为主，孪生变形受到抑制。镁合金强化机制的研究表明，超细晶镁合金强度的提高是细晶强化、氧化物颗粒强化、位错强化及固溶强化的共同影响。　　研究了采用氢处理粉末冶金工艺制备块体超细晶甚至纳米晶镁合金的的可行性，并对材料的组织结构与力学性能进行了分析。结果表明，氢化态合金粉末可以在360℃真空热处理60min后完全脱氢，采用真空热压与温挤压相结合的致密工艺，可获得最小平均晶粒尺寸为80nm的合金，材料的强度很高，压缩屈服强度最大为497MPa。　　在250-300℃温度范围内和1×10-2-1×10-4s-1应变速率范围内通过单向拉伸试验研究了超细晶镁合金超塑性变形行为。研究了超塑性变形过程中表面形貌、空洞和断口特征，结果表明，在250℃，1×10-3s-1的变形条件下，材料的最大延伸率为158%。