镁合金材料因具备高比强度，高比刚度和容易回收利用的优点，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。但是目前应用广泛的铸造镁合金产品，因存在晶粒粗大、成份偏析、显微缩孔和力学性能较差的缺点，已经难以满足人们对高性能镁合金材料的需求。因此，对高强、高韧变形镁合金材料及其制备技术的开发已成为当前镁合金材料研究的一个重要方向，这也是将我国由“镁资源大国”到“镁科研强国”转变的关键突破口。本文将围绕一个新开发的镁合金体系-Mg-Gd-Er-Zr系合金，研究合金在铸态、固溶态、时效态和塑性加工后显微组织的演变规律，以及各种精细结构对材料力学性能的影响规律和强韧化机理，探索该系合金的设计原理和显微组织控制机理。以不同“热-力”加工制备条件对合金中包括：晶粒大小、界面结构和第二相形貌的影响规律为研究主线，突出研究合金中超立方结构稳定相--Mg5(Gd，Er)相的控制机理。从详细研究Mg5(Gd，Er)相的晶体结构入手，研究在不同“热-力”加工制备条件下Mg5(Gd，Er)相微观形貌的演变规律，对基体的强韧化作用，以及“热-力”耦合作用下的动态析出机制，探索控制Mg5(Gd，Er)相动态析出形貌的热/动力学条件，突破以往该类合金只能通过时效析出亚稳相发挥强化作用的限制，为基于利用纳米尺度的精细结构强化的稀土镁合金材料设计与开发，提供理论依据和实践基础。主要研究内容包括以下几个方面：　　基于DSC、TEM、HRTEM和XRD技术探索了Mg-Gd-Er合金的设计理论。研究了Mg-Gd-Er三元合金在富Mg角的相图，验证了Zr元素对镁合金异质形核的细化方式，提出了Zr元素同尺寸效应的细化机理，分析了MgsGd和Mga4Er5结构在不同电子入射条件下的电子衍射花样和高分辨照片，重构了MgsGd的晶胞，发现MgsGd是晶格常数为α=2.243nm的超立方结构。研究发现MgsGd相具有非常好的强化效果，并围绕MgsGd结构为增强相，提出了合金设计的成份范围，指出此系合金中Gd元素的使用量在5～15wt.％，Er元素的使用量在1～2wt.％，Zr元素的使用量在0.3～0.6wt.％变化，基于此开发了GE52K、GE72K、GE92K、GE112K、GE132K和GE152K合金。　　对Mg-Gd-Er-Zr系合金铸态组织和性能研究结果表明，GE52K、GE72K、GE92K、GE112K、GE132K和GE152K合金铸态组织均由基体相、网状的初生Mg5(Gd，Er)(Super cube，α=2.24nm)相和Mg5(Gd，Er)相内部或者边缘的富稀土方块相(fcc，α=0.526nm)组成。对Mg-Gd-Er-Zr合金的常温和高温拉伸性能表明，随Gd含量的增加合金中网状Mg5(Gd，Er)相增加，屈服强度和断裂强度增加，塑性降低。　　对Mg-Gd-Er-Zr系合金固溶后组织的分析结果表明，随固溶时间的延长和固溶温度的升高GE52K、GE72K、GE92K、GE112K、GE132K和GE152K合金的晶粒尺寸增加，Mg5(Gd，Er)相会逐渐消失，而富稀土方块相有增多和长大的趋势，研究显示Gd原子的扩散速率是Mg-Gd-Er-Zr系合金固溶后组织改变的控制机制。对Mg-Gd-Er-Zr系合金的时效硬化曲线的分析结果显示，该系合金具有明显的时效硬化效应，存在明显的形核孕育期，长大期、峰值时效和过时效期。并且发现合金成份、时效温度和时效时间对合金时效析出的形核和长大过程有重要影响，即在一定温度下随时间的延长，已固溶的原子会不断沉淀析出，并进一步形核长大，这个过程随合金中稀土元素的增多和时效温度的增高而加快。利用XRD、TEM和HRTEM技术对合金时效析出过程的进一步研究表明，GE92K合金的时效析出序列为β″、β′和β相，与其它同类合金体系相比，本研究发现GE92K合金的时效过程有以下特点：　　1)时效过程没有明显的β1相；　　2)相比其他同类合金，β′相有三个演化过程，分别为Pre-β′，Peak-β′和Over-β′；　　3)D019结构实际为合金的有序固态体结构，其中α=2αMg=0.64nm，c=CMg=0.52nm，该接过沿{1010}面形成，与基体完全共格且有<0001>β′//<0001>α，{1100}β″//{1100}α的晶体学关系；　　4)D019结构会引起基体晶格的变化，使基体晶格由0.24nm扩展为0.32nm纳米，基体为降低界面能，并在热作用下使稀土原子沿(1100)析出形成Layer Stmcture；　　5)Peak-β′相为b.c.o.结构，其中a=0.640nm，b=2.223nm，c=0.521nnl也与基体完全共格，与基体的位向关系为<001>β′//<0001>α，[010]β′//{1010}α，{100}β′//{2110}α；　　6)合金的时效序列是：无序固溶体→有序固溶体→Layer Structure→Pre-β′→Peak-β′→Over-β′→β。对Peak-β′和β相的动力学研究发现，Peak-β′的激活能为44.645kJ/mol，β相的激活能是41.874 kJ/mol，以上激活能均低于Mg的晶格扩散激活能135 kJ/mol，因此，合金等温时效过程属于扩散型相变是热激活过程。　　通过研究不同“热-力”作用下Mg-Gd-Er-Zr系合金了的组织演变规律发现。挤压后GE92K合金组织由晶粒尺寸在50um左右动态再结晶晶粒组成，基体中不存在动态析相；再结晶温度以下反复轧制过程中，有1μm左右的Mgs(Gd，Er)动态析相沿孪晶界分布，初步发现在一定的温度和应力作用下缺陷对Mg5(Gd，Er)相的动态析出有诱导作用；对合金进一步采用RPW大塑性方式制备后发现，有大量100纳米左右的弥散Mg5(Gd，Er)相析出，证实了通过“热-力”耦合方式控制Mg5(Gd，Er)析出相形貌、大小和基体位相关系的可能，提出了采用RPW工艺制备纳米Mgs(Gd，Er)结构析出相和纳米晶粒联合强韧的高性能稀土镁合金制备方法，所制备合金的强度超过了500MPa。