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Mg-Zn-Al系镁合金是开发成本低廉且具有显著热处理强化特征的新型镁合金。目前Mg-Zn-Al和微合金化Mg-Zn-Al系合金在铸态、固溶处理、时效处理和半固态等温处理下的组织和性能研究还不够充分。另外,合金为非枝晶态时,在热处理条件下研究G.P.区的脱溶析出和G.P.区与析出相强化固相颗粒的机理非常少见。鉴于上述,利用光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、拉伸试验机和显微硬度计等表征方法研究了新型Mg-Zn-Al和元素Sm/Mn微合金化Mg-Zn-Al系镁合金在铸态、固溶态、时效态和半固态的组织和性能。在实验基础上,深入研究分析了Sm/Mn微合金化和热处理对Mg-Zn-Al系合金组织和性能的影响及强化机理。本论文的主要研究内容和结果如下:研究了Mg-6Zn-xAl（x=0,1,3,5,7,wt.%）铸态合金的组织和性能。结果表明:Al加入量从0%增至7%时,共晶相从孤立的岛状演变成了粗大且连续的网状结构;合金的拉伸性能呈先增加后降低的趋势。根据合金的组织和性能,优化出了Al加入量为3%的合金,即Mg-6Zn-3Al（ZA63）合金,其抗拉强度和伸长率分别为:214 MPa和8.70%。研究了Sm/Mn（0,0.1,0.3,0.5,wt.%）微合金化ZA63铸态合金的组织和性能。研究发现:稀土Sm在ZA63合金中以Al2Sm和Zn12Sm相存在。Sm的加入使ZA63合金枝晶形貌趋于越发达,主要归于Sm的加入导致固液界面处成分过冷区增加,随之固液界面变得不稳定且局部产生凸起,其生长过程中不断的向周围液相中“排出”Sm原子,促进了初始光滑界面向胞状树枝晶的发展,在这种趋势的诱导下,随Sm加入量增加,合金的晶粒枝晶形态趋于越发达;拉伸性能逐渐降低。然而,0.1%Mn合金化使ZA63合金晶粒有了细化,这得益于固液界面前沿的成分过冷致使孕育形核率增加和异质形核基底（τ-AlMn）降低了异质形核功。随着Mn加入量增加,α-Mg枝晶形貌趋于发达,同时共晶相趋于粗化,这主要由于生成的γ2-Al8Mn5相与τ相相互作用,弱化了τ相异质形核的基底作用。含Mn的合金中,Mg-6Zn-3Al-0.1Mn（ZAM6301）合金具有最佳的抗拉强度（219 MPa）和伸长率（7.01%）组合。依据ZA63铸态合金的DSC曲线表征,制定了固溶处理工艺并对已优化出的ZA63、Mg-6Zn-3Al-0.1Sm（ZAS6301）和ZAM6301铸态合金分别进行了固溶处理。根据不同固溶工艺下的组织,优化出合金的最佳固溶工艺为:350℃+28 h。此工艺下,ZA63、ZAS6301和ZAM6301合金的组织演变概括为:α（基体）相+β（共晶）相→过饱和α-Mg固溶体+Mg32（Al,Zn）49相;合金的抗拉强度分别为:241 MPa、245 MPa和252 MPa,伸长率分别为:11.12%、8.82%和9.87%。研究了ZA63、ZAS6301和ZAM6301合金经固溶时效处理后的组织和性能。从时效后的性能出发,优化出合金的较佳时效工艺为:180℃+24 h。此工艺下,ZA63、ZAS6301和ZAM6301合金的抗拉强度分别为:298 MPa、285 MPa和309 MPa;伸长率分别为:9.78%、7.43%和7.52%;硬度峰值分别为:96.3 HV、85.4 HV和97.8 HV;关于析出沉淀相TEM分析表明:ZA63、ZAS6301和ZAM6301合金中主要析出呈条状和方形状的强化相。采用半固态等温热处理法制备了ZA63-xSm/Mn（x=0,0.1,0.3,0.5,wt.%）合金分别在560℃、580℃和600℃保温30 min后的半固态试样。通过对合金在相同等温工艺下的半固态组织及其内部精细结构的研究分析,揭示Sm/Mn微合金化对合金半固态非枝晶组织的影响,确定该系列合金的适宜半固态等温热处理工艺。结果表明;在相同等温工艺下,Sm微合金化ZA63合金后,随其加入量增加,半固态组织中颗粒的尺寸和形状因子趋于增大,究其原因归于铸态发达的枝晶组织和较大原子半径的Sm阻碍了较小原子半径Mg、Zn和Al的扩散。然而,Mn微合金化ZA63合金后,在相同等温工艺下,颗粒的尺寸和形状因子随Mn加入量增加呈先减小后增大的趋势,其中ZAM6301合金经580℃保温30 min后,获得了圆整度和尺寸分布均匀性较好的近球状颗粒,其平均尺寸和形状因子分别为:98μm和1.21。在本实验条件下,根据颗粒的尺寸和圆整度及合金试样的变形程度,优化出适合该系列合金的半固态等温热处理工艺参数为:580℃+30 min。对非枝晶态ZA63和ZAM6301合金在350℃固溶不同时间后的组织研究表明:固相颗粒的合并是在浓度梯度、能量起伏共同作用下通过相同晶向结构初生α1-Mg颗粒间的迁移和游离态α2-Mg与初生α1-Mg颗粒间的相互依附生长完成。研究了非枝晶态ZA63和ZAM6301合金经预时效、单级和双级时效处理的组织和显微硬度。结果表明:ZA63和ZAM6301合金经350℃固溶12 h,随后在90℃时效24 h后,均观察到了形态各异的团簇原子或G.P.区。双级时效硬化效果显著优于单级时效,究其原因:合金预时效过程中析出的团簇原子或G.P.区扮演了二次时效过程中强化相异质孕育形核的核心,使析出相的孕育形核、长大和析出速率提高。非枝晶态ZA63和ZAM6301在180℃时效24 h时达到硬化峰值,分别为:96.9 HV和98.1 HV;同时,在90℃预时效24 h,随后在180℃时效24 h时达到硬化峰值,分别为:98.4 HV和100.2 HV。相同时效工艺下,非枝晶态ZAM6301合金的时效硬化水平优于ZA63合金,这得益于0.1%Mn的微合金化使合金的晶粒细化和沉淀相析出的形核功降低,析出相的位向趋向性和条状相密度的增加。非枝晶态ZA63和ZAM6301合金中固相颗粒间强化机理主要概括为:G.P.区或团簇原子的内应力强化和位错绕过/切过β1’、β2’、β及Mg32（Al,Zn）49相的协同强化。