作为钢铁材料保护镀层的纳米CeO2/Zn-4.5%Al-RE-Mg-Ti(ZA)复合材料(ZACs),具有优良的耐蚀性及良好的可镀性等优点。本文首先介绍了颗粒增强金属基纳米复合材料(PRMMNCs)的研究方法及现状,并设计了一套高能超声搅拌制备装置,然后用SEM、EDS、TEM、XRD、DSC、TG、AES、XPS和EIS等多种现代分析和测试手段,着重研究了纳米CeO2的表面改性工艺、CeO2/ZA体系的润湿特性,进而较系统地研究了纳米CeO2p/ZA复合材料的机械搅拌与高能超声搅拌的复合制备工艺、凝固特征、力学性能和耐蚀性能及机理,最后探讨了复合材料在热镀方面的应用。试验结果表明所设计的高能超声搅拌装置具有防氧化、控温准确、超声搅拌效果佳的特点,能够制备MMNCs。计算结果表明Ti制带过渡段阶梯形超声变幅杆在熔体中的振幅为53.41μm,声强达到了1.30×106 W/m2,声压幅值为7.58 MPa。TEM和AES分析结果表明,超声表面活性剂包覆改性在纳米CeO2表面形成了一层厚度约为20 nm的物理包覆层,显著提高了微粒的分散性;TG分析结果表明CeO2表面的包覆层在ZACs制备过程中能够完全炭化,热力学分析证实该炭化层能与包裹在CeO2表面的氧化膜(主要成分为ZnO)反应,消除氧化膜对CeO2/ZA体系润湿的不利影响,提高体系的润湿性。两相润湿过程力学和动力学判据的讨论结果表明,在高能超声作用下纳米CeO2粒子很难直接进入到ZA熔体中。因而采用卷入能力强、分散能力差的机械搅拌法制备复合材料的初步混合体,然后再用高能超声对卷入的CeO2颗粒团进行分散,从而得到名义质量分数1~6%的ZACs。FE-SEM和TEM观察的结果表明,用该法制备的ZACs中纳米分散较均匀。OM和XRD结果表明,ZACs的室温金相组织主要包括呈小岛状分布的α(Al)+β(Zn)共析组织和呈层片状分布的α+β组织。TEM的研究结果表明,纳米CeO2与基体界面清晰、光滑,无反应产物;纳米CeO2分布在初生和共晶β相中,且与基体无明显位向关系,复合材料中的CeO2颗粒是在初生相长大过程中被捕获的。力学性能测试结果表明,适量纳米CeO2的加入改善了ZACs的力学性能。与基体合金相比,的抗拉强度和弹性模量明显提高,延伸率降低。但当纳米CeO2质量分数大于3%时,使ZACs的抗拉强度比3%时略有下降。ZACs的断裂机制为脆性断裂。腐蚀试验研究结果表明,ZACs的耐蚀性能明显优于基体合金的,主要是由于加入的纳米CeO2通过提供氧空位和变价作用来耗氧,阻碍了腐蚀过程的进行,从而提高复合材料的耐蚀性。热镀工艺的初步探讨结果表明,在本研究的热镀工艺条件下,纳米CeO2含量为2%的ZACs的热镀质量好,表面平整,没有漏镀、微裂、鼓包等表面缺陷,镀层厚度约为30μm,而且与基体的结合力较好。