目前,汽车工业对汽车节能减排的要求越来越高,而新能源汽车的发展遇到了续航不足的问题,这些问题制约了汽车工业的进一步发展,而汽车轻量化可以很好地解决这些问题。AA6111铝合金具有优秀的综合力学性能,是汽车轻量化的重要材料,但随着汽车性能的不断提升,对其安全性和可靠性也提出了更高的要求,这就要求材料具有较高的高周疲劳性能。本文在AA6111铝合金的基础上,通过原位反应技术制备出新型抗疲劳原位ZrB₂纳米颗粒增强AA6111铝基复合材料。研究了原位ZrB₂纳米颗粒增强AA6111铝基复合材料的颗粒含量对其铸态及挤压变形后的微观组织及拉伸性能的影响规律;还研究了复合材料的热处理强化现象,确定了最佳热处理参数,在此基础上对不同颗粒含量T6态复合材料的高周疲劳性能及其断裂机制进行探究。ZrB₂/AA6111复合材料微观组织分析表明:ZrB₂颗粒的加入增加了复合材料中异质形核位点,晶界上的ZrB₂颗粒阻碍了晶粒的生长,同时抑制网状析出相和枝晶的形成,从而达到晶粒的细化和等轴化的效果。随着颗粒含量的增加,复合材料晶粒细化效果越来越好,但颗粒团聚尺寸呈加速增加的趋势。经过热挤压变形,复合材料中ZrB₂颗粒沿挤压方向呈带状分布于基体中,随着颗粒含量的增加,ZrB₂颗粒带的数量和宽度都明显增加,整体颗粒团聚尺寸与挤压前相比明显减小,在沿挤压方向分布更为均匀。复合材料在挤压的过程中发生动态再结晶形成细小等轴晶。热挤压变形过程中硬质ZrB₂颗粒会成为晶界的形核位点,促进再结晶过程,因此,随着ZrB₂颗粒含量的增加再结晶晶粒的数量快速增加,使其平均晶粒尺寸明显减小。ZrB₂/AA6111复合材料力学性能研究表明:随着复合材料中颗粒含量的增加,铸态和挤压态复合材料拉伸强度不断增加,延伸率则呈现出先增后降的趋势,且发现复合材料延伸率与平均颗粒团聚尺寸呈负相关。复合材料的硬度高于基体合金,且随着增强颗粒体积分数的增加而升高。复合材料的硬度随着时效时间的增加表现为:增加→稳定→下降,其原因是随着时效时间的增加析出相发生变化。对复合材料挤压材进行T6热处理,发现其极限强度得到显著提升,但延伸率有所下降。ZrB₂/AA6111复合材料的高周疲劳性能研究表明:颗粒含量为2 vol.%的复合材料具有最高的疲劳极限125MPa,相对于基体合金提高了31.6%。根据复合材料S-N曲线和其力学性能测试结果得出不同颗粒含量复合材料的工程Goodman直线、Gerber抛物线和Soderberg直线,并根据实验数据推算出颗粒含量为2 vol.%的复合材料的疲劳寿命工程式及其各等寿命曲线工程式,并分别对其特点进行分析,为复合材料实际应用中疲劳寿命预测提供了重要依据。通过对疲劳断口的观察发现,基体合金与复合材料的疲劳裂纹扩展过程均可分为四个阶段:裂纹萌生阶段、微裂纹扩展阶段、裂纹稳定扩展阶段和失稳断裂阶段。通过对基体合金和复合材料断口中裂纹萌生区的观察发现,其裂纹萌生均由于试样表面附近驻留滑移带的扩展。复合材料的疲劳辉纹宽度要小于基体合金,说明复合材料中裂纹扩展较慢。在基体合金中裂纹扩展表现为Mg、Si化合物的断裂,而在复合材料中很少发现这种现象。复合材料中的裂纹在扩展过程中会受到增强颗粒的阻碍而改变其原有扩展路径,这是裂纹在复合材料中扩展较慢的重要原因之一。对ZrB₂/AA6111复合材料抗疲劳机理的研究表明:导致复合材料疲劳寿命提升的原因主要包括:（1）颗粒增强作用使复合材料在循环应力作用下产生更小的应变,造成较小程度的滑移带扩展,从而延长其疲劳寿命。（2）ZrB₂颗粒通过阻碍位错的运动延缓裂纹的扩展。（3）复合材料更明显的裂纹闭合效应导致裂纹扩展较慢。（4）由于ZrB₂颗粒的加入,导致复合材料晶粒细化,从而增加了晶界密度,阻碍了裂纹的扩展。