Al-Cu-Mg系合金是航空航天、武器装备和汽车工业中重要的结构材料,通常采用铸造制坯,经塑性加工后采用固溶时效对合金进行强韧化处理。由于合金元素含量较高、结晶温度间隔大,Al-Cu-Mg凝固时易出现晶粒粗大和枝晶偏析等问题,严重影响其塑性加工及力学性能。细化晶粒是改善铸坯加工性能、提高其力学性能的重要手段。目前,常用的Al-Ti-B细化剂对Al-Cu-Mg系合金具有较好的细化效果,但存在TiB2粒子易聚集沉淀和被“毒化”而失效等问题。因此,开发新型铝合金细化剂对细化Al-Cu-Mg合金铸态组织、改善其加工性能和提高其力学性能具有重要意义。向铝液中添加纳米陶瓷颗粒可提供大量的弥散质点促进晶粒的异质形核,细化铝合金组织,该工艺具有良好的可控性,能克服内生颗粒法在生成颗粒数量及尺寸上的不确定性和难以把握性等问题,具有广泛的应用前景。然而,外加纳米陶瓷颗粒与铝液的润湿性差,难以均匀分散到铝合金的熔体中,因此,改善陶瓷颗粒与铝液的润湿性是纳米陶瓷颗粒细化剂应用的关键之一。而且,目前对纳米陶瓷颗粒在铝合金凝固过程及组织形成、以及热处理过程中的影响等均缺乏系统研究。为此,本文采用高能球磨法制备了 Ti粉负载纳米TiC复合晶粒细化剂（简称:TiC/Ti细化剂）,研究了球磨时间和粉料配比对细化剂结构和细化效果的影响,探讨了细化剂的细化机理。在此基础上,研究了 TiC/Ti细化剂对Al-Cu-Mg合金铸态和热处理态组织和性能的影响,揭示了纳米TiC颗粒对合金时效行为的影响机制。取得了以下研究成果。研究了球磨时间和粉料配比对细化剂结构和细化效果的影响。结果表明,在0-20 h内,延长球磨时间有利于Ti粉的细化,对纳米TiC的分散有益。但球磨时间过长,使Ti粉表面光滑,不利于纳米TiC在Ti粉表面的负载。适当增加纳米TiC含量（从TiC:Ti=1:20至1:10）,有利于Ti粉破碎和纳米颗粒的负载;但纳米颗粒含量过高（至TiC:Ti=1:5）时,会使纳米TiC对Ti形成包覆,阻碍Ti的变形和破碎。粉料比TiC:Ti=1:10、球磨5 h制备的细化剂中纳米颗粒分散好、负载量合适,以此作为复合细化剂制备的工艺参数。添加0.1 wt.%的该细化剂可使纯铝的铸态组织由毫米级粗大柱状晶转变为平均尺寸132 μm的等轴晶,优于Ti粉细化的424 μm。研究了 TiC/Ti细化剂对纯铝的晶粒细化机理。研究发现,在添加TiC/Ti细化剂的纯Al凝固过程中,α-Al的（111）晶面与TiC晶体的（111）晶面有良好的界面匹配关系,使α-Al可依附于纳米TiC表面异质形核;载体Ti溶解后向TiC颗粒偏聚,在界面层的Al液中形成“富Ti过渡区”,改善α-Al和TiC的界面匹配关系,促进α-Al的异质形核。在Ti的辅助和纳米TiC粒子的形核作用下,0.5 wt.%的细化剂使纯铝凝固初始温度从656.7℃提升至664.4℃,并使纯铝的晶粒由毫米级的柱状晶转变成114 μm的等轴晶。研究了 TiC/Ti细化剂对Al-4.5Cu-1.5Mg合金铸态组织和性能影响。结果表明,随TiC/Ti细化剂添加量的增加,Al-Cu-Mg合金平均晶粒尺寸先减小后增大。当添加量为0.2 wt.%时,Al-Cu-Mg合金的晶粒尺寸由未细化的415 μm减小至88 μm,减小了 78.7%。且α-Al的细化改善了晶间第二相（网状共晶α-Al+θ-Al2Cu+S-Al2CuMg和块状Al2Cu）的分布,并增加了 Cu、Mg原子在α-Al中的固溶度。同时,Al-Cu-Mg合金的抗拉强度、屈服强度和维氏硬度分别达到249 MPa、125 MPa和102 HV,相较于未细化的合金,分别提高了 39.8%、68.9%和13.4%。研究了 TiC/Ti细化剂对Al-Cu-Mg合金热处理组织和性能的影响。结果表明,热压变形Al-Cu-Mg合金经495℃/2 h固溶处理后,其再结晶晶粒尺寸为76 μm,相较于未添加和添加Ti细化剂的试样,晶粒尺寸分别减少了 66.7%和37.7%;在此过程中,纳米TiC可作为再结晶形核基底促进再结晶晶粒细化。经180℃/6 h时效处理后,发现时效析出相S’（021）//Al（001）//TiC（001）之间有良好的界面匹配关系,可促使 GPB（Guinier-Preston-B agaryatsky）区和 S’-Al2CuMg 相以 TiC 为基底析出,提高强化效果;时效处理后合金的维氏硬度、屈服强度、抗拉强度和延伸率分别提高至156 HV、287 MPa、421 MPa和25.5%,相较于未细化的试样分别提升了 11.4%、22.6%、14.7%和109.1%,合金的断裂方式由韧性沿晶断裂转变为韧性穿晶断裂。