镁合金具有密度小、比强度高、电磁屏蔽性能好等优点,在需求轻量化的汽车、航空、3C等领域都有广阔的应用前景。但密排六方晶体结构导致镁合金的常温塑性及成形性能较差,而且镁合金的耐腐蚀性能不理想,限制了其工业应用。晶粒细化可以有效的改善镁合金常温力学性能,尤其是塑性。探究新型细晶镁合金板材制备工艺,有利于推动镁合金塑性成形技术的发展。剧塑性变形(SPD)技术通过引入剧烈变形及热量,使合金晶粒发生动态再结晶,形成细晶甚至超细晶组织。搅拌摩擦加工(FSP)作为一种新型SPD技术,不仅可以显著细化晶粒,还具有工艺简单、自动化程度高、能耗低等优点,而且通过改变重叠率可以进行多道次加工(MFSP),制备大尺寸细晶板材。因此,本课题以轧制AZ31镁合金实验对象,在空冷和水冷的条件下分别进行了单道次及多道次搅拌摩擦加工,研究加工参数、冷却条件、加工道次等对镁合金组织演变过程的影响,分析了晶粒尺寸、织构与常温力学性能的关系。此外,考察了空冷及水冷多道次AZ31板材的腐蚀行为,探讨了其腐蚀机理,为搅拌摩擦加工制备AZ31镁合金板材提供理论依据和技术参考。首先,选用不同工艺参数在空冷条件下进行单道次FSP,研究旋转速度对AZ31镁合金组织及性能的影响,优化MFSP镁合金板材制备工艺,系统考察板材微观组织特征与各向力学性能。FSP搅拌区的晶粒由于发生动态再结晶被显著细化,合金塑性得以明显提升。随着旋转速度提高,热输入量增加,再结晶晶粒长大,力学性能随之下降。选用旋转速度1100 rpm和行进速度60 mm/min的参数进行MFSP,由于加工道次及热量的叠加作用,板材相邻道次间存在组织不均匀的过渡区。后续加工道次可进一步细化上一道次组织,加工区平均晶粒尺寸为12.9μm。受益于晶粒细化,板材PD、TD、45°三个方向的塑性均有所改善,PD方向的塑性提高最为明显,伸长率达46.6±1.5%。此外,由于过渡区组织不均匀与织构分布差异,MFSP-AZ31板材出现了一定程度的各向异性。其次,选用不同工艺参数在水冷条件下进行单道次FSP(SFSP),研究强制冷却作用对AZ31镁合金组织及常温力学行为的影响。水冷降低了热量输入,获得了更为均匀细小的晶粒,硬度及塑性比空冷FSP更高。选用1100-60参数成功制备出无缺陷的水下多道次AZ31细晶板材(M-SFSP),平均晶粒尺寸为1.8μm。与空冷MFSP板材相比,M-SFSP镁合金板材表现出更高的力学性能。PD方向提升最为明显,抗拉强度及伸长率分别为218±5 MPa和49.7±2.0%。主要原因是水下加工冷却速率高,有利于抑制后续热量输入导致的晶粒粗化,板材细晶强化效应更为显著。此外,过渡区组织均匀性提高,对TD方向的不利影响被削弱,三个方向力学性能差距缩小,板材各向异性降低。最后,研究了母材与MFSP、M-SFSP镁合金试样在3.5 wt%Na Cl溶液中的腐蚀行为。研究发现,腐蚀初期母材就出现了明显的点蚀,浸泡48 h后表面已经严重破坏。MFSP试样由于显著的晶粒细化、晶界元素溶解进镁基体以及细密腐蚀产物膜的保护,48 h后仍保持良好的表面形貌。M-SFSP试样的腐蚀速率与腐蚀失重量在三者中最低,腐蚀后的的表面形貌最为完好,其耐腐蚀性能最佳,主要原因是M-SFSP板材晶粒尺寸差异小,组织细密均匀,不同组织间的自腐蚀电位差较小。