本论文以三元层状化合物M_n+1AX_n陶瓷为增强相成功制备了新型高性能锌铝基复合材料,并对其制备工艺以及力学性能、摩擦磨损性能等应用基础问题进行了深入的研究与分析。全文分六章分别阐述了锌铝基复合材料的研究背景与发展现状、三元层状陶瓷Ti₃AlC₂与锌铝合金ZA27的反应机理、Ti₃AlC₂/ZA27复合材料的制备及其基本性能的测试与分析、应用条件下Ti₃AlC₂/ZA27复合材料的摩擦磨损特性的测定及分析,以及不同M_n+1AX_n增强相（Ti₃AlC₂、Ti₃SiC₂和Ti₂SnC）对锌铝基复合材料组织与性能的影响。论文取得以下主要结论:1、采用无压烧结、热压烧结以及无压烧结-加压致密化两步烧结工艺制备了Ti₃AlC₂/ZA27复合材料。物相分析发现,在本实验条件下,烧结温度低于800℃时,复合材料内部无反应发生;而当烧结温度达到870℃,且在锌铝合金液的促进作用下,Ti₃AlC₂颗粒与ZA27基体的界面处发生了微弱的化学反应,生成Al0.64Ti0.36、TiC 和 Al 相,其反应式为:（?）2、机械合金化球磨混料可大大降低Ti₃AlC₂颗粒增强相的尺寸,提高增强颗粒弥散强化的效果。微观分析发现Ti₃AlC₂/ZA27复合材料中含有大量30～50nm的Ti₃AlC₂颗粒,这是其性能得以提高的重要因素之一。3、烧结工艺对Ti₃AlC₂/ZA27复合材料的性能有很大影响。本实验范围内,无压烧结工艺的最佳烧结制度为:烧结温度870℃,保温时间2.5h;无压烧结-加压致密化两步烧结工艺的最佳烧结制度为:烧结温度870℃,保温1h后降温到500℃并施加30MPa的压力,保温保压1.5h。综合考虑材料的各项性能,两步烧结法为制备Ti₃AlC₂/ZA27复合材料的最优工艺。4、增强相含量对Ti₃AlC₂/ZA27复合材料的性能影响显著。对于两步烧结工艺制备的Ti₃AlC₂/ZA27复合材料,在Ti₃AlC₂含量为10～40vol.%范围内,随着Ti₃AlC₂含量增加,Ti₃AlC₂/ZA27复合材料的力学性能呈先升后降的趋势,在Ti₃AlC₂含量为30vol.%时复合材料的拉伸强度、弯曲强度和维氏硬度均达到最大值,分别为 335MPa,570MPa和 1204MPa。5、在ZA27合金中添加Ti₃AlC₂颗粒增强相能有效提高复合材料的摩擦磨损性能,降低摩擦过程中的温升。随着Ti₃AlC₂含量的增加,复合材料的摩擦系数先减小后增大,当Ti₃AlC₂含量为30vol.%时,复合材料表现出最优的摩擦学特性。在对磨材料为45#钢,滑动速度为3m/s、法向压强0.5MPa、油润滑的实验条件下,与ZA27基体相比,30vol.%Ti₃AlC₂/ZA27复合材料的摩擦系数降低了 43%、磨损率降低了 33%。对于同一组分的Ti₃AlC₂/ZA27复合材料,其摩擦系数随法向压强的增大呈下降趋势,而磨损率随法向压强的增大呈上升趋势,且相对于ZA27基体材料,Ti₃AlC₂/ZA27复合材料的摩擦系数对载荷波动的敏感性更小,摩擦性能更稳定。6、三种M_n+1AX_n增强相（Ti₃AlC₂、Ti₃SiC₂和Ti₂SnC）对于提高锌铝合金的性能具有相似的作用,但由于其结构稳定性略有差异,因而对M_n+1AX_n/ZA27复合材料的界面反应及其性能改善效果产生一定影响。对于两步烧结法制备的30vol.%M_n+1AX_n/ZA27复合材料,增强相Ti₂SnC在烧结温度870℃下完全发生了反应,Ti₃AlC₂部分发生反应,而Ti₃SiC₂没有发生反应。对比ZA27基体材料及三种30vol.%M_n+1AX_n/ZA27复合材料的力学性能发现,M_n+1AX_n相颗粒的加入使得ZA27合金的力学性能和摩擦磨损性能均得到明显提高,三种复合材料中,Ti₃AlC₂/ZA27复合材料的力学性能和耐磨性最优,Ti₂SnC/ZA27复合材料的力学性能最差,Ti₃SiC₂/ZA27复合材料的耐磨性最差。本论文的主要创新成果如下:1、选用与锌铝合金ZA27匹配性良好的Ti₃AlC₂为增强相,首次研制出具有优良力学性能和摩擦磨损性能的Ti₃AlC₂/ZA27复合材料,并对复合材料组分、制备方法及工艺参数进行了优化。2、发现了Ti₃AlC₂增强相与ZA27之间存在l-2nm厚度的界面层,现象表明该界面层的存在与Ti₃AlC₂/ZA27复合材料力学性能的提高有直接关系。3、探索了 Ti₃AlC₂、Ti₃SiC₂和Ti₂SnC三种M_n+1AX_n相增强的ZA27复合材料微观结构及其力学性能的差异。研究表明,Ti₃AlC₂/ZA27复合材料的力学性能和摩擦磨损性能最优。