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镁合金因具有良好的性能而广泛应用于航天、汽车、电子领域。但镁合金的塑性变形能力较差以及自身的强度低、脆性大、耐腐蚀性差等缺点阻碍了其在工业中的进一步应用。通过细化晶粒的手段可以有效提高合金的组织和力学性能。其中添加含碳变质剂是Mg-Al系合金铸造生产中最常使用的细化方法。然而，目前还缺乏一种适宜工业推广的碳变质剂，同时对于碳质细化的机理研究还存在较大的争议，因此有必要对新型碳变质剂进行探索并且探讨其细化机理。本文以广泛使用的AZ91D镁合金为实验对象，研究了用MgCO3、C2Cl6、SiC三种碳化物配制成的复合变质剂对合金晶粒细化的影响，并且对复合变质剂的细化机理进行了讨论，确定变质剂的最佳工艺参数。为碳变质法细化镁合金提供了研究数据和思路。首先，研究了不同配比的复合变质剂对晶粒尺寸的影响。通过比较实验结果得出MgCO3、C2Cl6和SiC的质量比为3:1:1时，对合金的细化效果最好。然后，通过调整变质温度来研究复合变质剂的细化作用。结果表明在740℃进行变质处理可以获得比较理想的细化效果。最后，分析了变质剂的添加量对晶粒的影响，得出添加0.8%的变质剂时晶粒平均尺寸最小。显微硬度测试表明变质剂的加入量为1.0%时对合金的力学性能提升最为明显。综合细化效果和力学性能考虑得出复合变质剂的最佳工艺参数：变质温度740℃、添加量1.0%采用热力学对复合变质剂中各组分之间的相互影响进行分析，认为MgCO3和C2Cl6会先参与反应，同时反应使得SiC颗粒充分分散到熔体中。借助XRD、SEM、EDS等方法，提出了复合变质剂的细化机理：一方面，MgCO3、C2Cl6在熔体中参与反应生成了大量Al4C3颗粒，部分直接成为了α-Mg的形核核心，部分与Al-Mn相结合成二相粒子作为α-Mg的异质核心；另一方面，SiC颗粒则分布在晶界，阻碍了晶粒长大；由上述两方面作用实现了镁合金的晶粒细化。