晶粒尺寸是金属材料一项重要的显微组织参数,能够显著影响材料的多种性能。近年来,通过剧烈塑性变形的方法制备超细晶、纳米晶材料引起了材料研究者的广泛关注。卢柯等人通过具有高应变速率的表面机械碾磨分别在纯镍、纯铝中获得梯度纳米层片结构,具有纳米层片结构的纯镍表现出高强度和良好的热稳定性。与纯镍相比,纯铝具有较低的位错湮灭激活能和较高的回复率,加剧了晶粒细化的困难。添加合金元素（比如镁元素）可以显著减小铝合金通过变形获得的稳态晶粒尺寸,给我们在铝合金中制备纳米层片结构提供了思路。本文以纯铝和5052铝镁合金为研究对象,通过等径角变形+液氮冷轧的两步法,显著细化铝及铝合金晶粒,大幅度提高材料强度,特别是在铝合金中,突破超细晶的细化极限,成功制备纳米层片结构。同时还分析了合金元素在铝合金变形过程中对组织和性能的影响,定量计算铝合金的强化机制。本文主要获得以下结论:（1）等径角变形和液氮冷轧的两步法能够突破超细晶的细化极限,将晶粒转变为层片状,在5052块体铝合金中成功制备平均层片间距小于50 nm的层片结构,具有高位错密度(6.4×1014 m-2)、高强度（屈服强度515 MPa）。等径角变形阶段不同变形路径的影响在轧制后被大幅度削弱,最终A路径制备的层片间距略小,BC路径的综合性能略优。（2）镁元素对微观组织的影响主要分为两部分:一是固溶的镁元素与晶粒内部位错相互作用,阻碍位错运动。二是变形过程诱导溶质晶界偏析。偏析的镁元素与晶界相互作用,降低晶界可动性和晶界能。分析表明5052合金所含2.695 at.%的镁中,0.456 at.%的镁偏析到晶界,使晶界镁浓度达到4-10 at.%。在等径角变形阶段,通过变形获得的稳态晶粒尺寸大幅度减小;在液氮冷轧过程,铝合金具有更高的几何细化效率。（3）通过定量计算固溶强化、细晶强化和加工硬化对强度的贡献,发现退火样品屈服强度的计算值与实验值在误差范围内匹配良好;而具有纳米层片结构的变形样品屈服强度计算值比实验值小～100 MPa,证明还存在溶质的晶界偏析强化和织构强化。晶界偏析阻碍位错的形成和运动,形成了额外的强化贡献;而液氮冷轧后形成高层错能面心立方金属轧制织构,产生流变应力各向异性,对轧制方向产生了强化。