镁合金作为工业应用中质量较轻的金属材料,凭借着其良好的性能优势,得以在汽车制造、航空航天、3C电子、轨道交通和生物医学等行业广泛应用。但是,由于应用形式日益呈现多样性与复杂化,对于镁合金的性能要求也越来越高。研究表明提高镁合金力学性能的有效途径是利用稀土元素对镁合金进行合金化处理。一直以来稀土Mg-Zn-RE合金,因其优异的力学性能和独特的晶体结构而备受关注。在Mg-Zn合金中添加稀土Y、La元素,不仅可以通过形成稳定的准晶体强化相来改善周围的力学性能,而且可以改善镁合金的高温强度和耐蠕变性。此外,稀土元素还可以极大提升镁合金断后伸长率和冲击韧性。为了系统研究稀土元素Y、La对Mg-Zn合金的强化机理,本文利用第一性原理计算方法,对生成于Mg-Zn-Y（La）系金属间化合物的热力学稳定性、力学性能、电子结构进行了系统研究,同时利用第一性原理加压计算方法和拉伸计算方法重点研究了各化合物在高压环境下的性能表现以及稀土元素Y、La原子固溶于镁基体后对镁基体的强化效果及强化机制。首先,本文计算分析了稀土元素Y、La加入Mg-Zn合金后,在金属间起强化作用的合金化合物MgZn₂、Mg₂Y、Mg₂La、Mg₃La和Mg₃Zn₃Y₂的热力学稳定性、力学性能、熔点、硬度和电子结构等物理性质和电子性质;计算结果表明,MgZn₂、Mg₂Y和Mg₂La为韧性相,Mg₃La和Mg₃Zn₃Y₂为脆性相;含有稀土元素Y和La的化合物具有较高的形成能力和热稳定性,Y和La的化合物可以增强Mg-Zn系合金结构的合金化能力和热力学稳定性;含有Zn、Y元素的三元化合物Mg₃Zn₃Y₂的力学性能表现突出,其抵抗压缩形变的能力、抵抗剪切应变的能力和刚度都很强,而单纯的二元化合物的综合表现将弱于Mg₃Zn₃Y₂,说明通过生成含Zn、Y的三元镁合金化合物可以促进Mg-Zn合金的力学性能增强;另外,通过硬度与熔点的预测可发现含有Zn、Y元素的化合物其硬度和熔点表现也优于其他化合物。其次,利用第一性原理加压计算方法,预测了化合物Mg₃Zn₃Y₂、MgZn₂、Mg₂Y、Mg₂La和Mg₃La在高压环境下的性能表现。研究发现,这几种化合物在高压下均变得难以压缩,其合金化能力和稳定性均随压力增大而降低,当压力增大到10 GPa或20 GPa后均无法通过正常的放热反应形成。在高压下,Mg₃Zn₃Y₂没有诱导相变的发生,仍然保持显著的金属特性,导电性减弱,通过施加压力的方式可以增加Mg₃Zn₃Y₂的耐热性和耐磨性。几种化合物在高压下均展现出良好的力学性能,抵抗压缩变形的能力、抗剪切应变的能力和刚度均增强。在高压环境下,MgZn₂的力学性能表现强于Mg₂Y,Mg₂La的力学性能表现强于Mg₃La。压力可以提升Mg₂La、Mg₃La和Mg₃Zn₃Y₂塑性,MgZn₂的塑性在压力下呈现减弱趋势,Mg₂Y的延性与韧性要强于MgZn₂,Mg₂La延性与韧性强于Mg₃La。最后,利用第一性原理拉伸计算方法,计算研究了Zn、Y、La原子固溶于镁基体后对基体的强化作用,实验中Zn、Y、La原子通过置换镁原子形成浓度含量分别为1.8 at.%和3.7 at.%的Mg₅₃X₁和Mg₅₂X₂固溶体。实验过程计算了在0-20%范围的应变条件下,几种固溶体的结合能、差分电荷密度、电子态密度和应力等性能,分析了固溶强化的机理。实验结果表明,在拉伸应变条件下,含Y、La原子的固溶体其结构更加稳定,固溶强化中稀土元素Y、La对于增强Mg基体的稳定作用强于Zn元素。X含量为1.8 at.%时,稀土元素Y、La对于提高固溶体屈服强度和抗拉强度的作用要强于Zn元素。X含量为3.7at.%时,Zn、Y元素对固溶体的强化作用强于1.8 at.%时的效果,而La元素对固溶体的强化作用消失,导致Mg基体的拉伸性能下降。