镁及镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、减震性好、电子屏蔽性能优异及易回收等一系列的优点，在汽车、电子、航空航天、国防军工等领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景。传统的Mg-Al和Mg-Al-Zn系镁合金，由于β-Mg17Al12相的存在使其高温抗蠕变性能较差，工作温度不能超过120℃，因此限制了这类合金在汽车、航空航天等工业中的进一步应用。一些稀土耐热镁合金由于铸造性能差和生产成本较高，也不适合规模化生产。因此，开发具有良好综合性能的低成本耐热镁合金，仍然是目前镁合金研究领域的热点。近来的研究报道，新型Mg-Zn-Al系镁合金可满足上述要求，有可能成为目前Mg-Al基合金的理想替代。　　 本文以Mg-Zn-Al三元合金为研究对象，全面测试了各成分合金的室温和高温力学性能及抗蠕变性能。运用了光学金相分析（OM），等离子耦合光谱（ICP），X射线衍射分析（XRD），扫描电镜（SEM），X射线能谱分析（EDX），透射电镜（TEM）等多种现代分析和测试手段，系统研究了不同Zn、Al含量对ZA系镁合金显微组织组成相的影响。同时，本文还以Mg-12Zn-4Al（ZA124）合金为基，通过碱土元素Ca和Sr微合金化技术，研究了元素含量对ZA基合金组织和力学性能的影响和作用机理。此外，根据经验蠕变理论，在一系列蠕变实验结果的基础上讨论了Mg-Zn-Al-（Ca）基合金可能的蠕变机制。　　 XRD衍射分析结果表明，铸态实验Mg-Zn-Al系三元合金中的化合物相主要有块状τ-Mg32（Al，Zn）49相，致密层片状ε-Mg51Zn20相、层片状φ-Al2Mg5Zn2相及团絮状β-Mg17Al12相等。低锌铝含量的Mg-（2～6 wt.％）Zn-（1～4 wt.％）Al合金中，ZA21合金属单相固溶体。Zn/Al浓度比较大的ZA31、ZA61和ZA62合金的显微组织主要由α-Mg基体相和致密层片状ε相组成，而Zn/Al浓度比较小的ZA32和ZA64合金中，除了α-Mg基体相外，出现了块状τ相。在Al含量较高的ZA64合金组织中，同时还有少量层片状共晶φ相和沿晶界附近分布的团絮状p相。高锌铝含量的Mg-（8～12wt.％）Zn-（2～6 wt.％）Al合金中，Zn/Al浓度比较大（Zn/Al=4～6）的ZA82、ZA102等合金的显微组织由α-Mg、致密层片状￡相和块状τ相组成。中等浓度比（Zn/Al=2～3）的ZA84，ZA104等合金显微组织中的中间相则为沿晶界呈连续或半连续分布的块状τ相。Zn/Al浓度比较小（Zn/Al=1～2）的ZA86，ZA106等合金显微组织由块状τ相，层片状φ相，还有一些依附于这些中间相附近呈团絮状的β相组成。铸态ZA124母合金中存在分布于枝晶界附近的块状准晶Q相，其成分与三元平衡相图中τ相接近。经T6处理后，Mg-Zn-Al合金铸态组织中致密层片状￡相与层片状φ相组织的共晶形貌特征逐渐消失，β相溶入基体，块状τ相形态变化相对较小，部分合金中τ相仍然保持了铸态下的网状连续分布。　　 Ca加入ZA124母合金后，组织中形成了沿枝晶界分布的层片状含Ca共晶φ相和三元块状τ相。Ca元素主要溶入了晶界化合物相中，提高了中间相的热稳定性。Sr加入后合金中不仅出现了含Sr的块状τ相，同时形成了沿枝晶界分布的致密层片状ε相。碱土元素Sr主要分布在块状相中或块状相与基体交界处，几乎不溶于基体相和ε相。含Sr合金中加入一定量Ca后，合金中形成了鱼骨层片状（）相，且随着Ca的加入量增加，合金组织中致密层片状ε相减少。　　 对于低锌铝Mg-（2～6 wt.％）Zn-（1～4 wt.％）Al合金，铸态下合金的抗拉强度和屈服强度随元素含量的增加而逐渐提高，但塑性显著降低，其中以ZA64合金的抗拉强度最高。高温下，各合金抗拉强度均显著下降。与低锌铝合金相比，高锌铝含量Mg-（8～12 wt.％）Zn-（2～6 wt.％）Al合金的屈服强度明显增加，而抗拉强度和延伸率有所下降。元素含量的变化对高锌铝含量合金的强度影响较小，合金抗拉强度和屈服强度随温度下降的幅度也较小。　　 铸态ZA系镁合金主要的断裂方式有解理断裂、准解理断裂和沿晶断裂。塑性较好的合金（ZA31等）表现为穿品解理断裂的特征。断口形貌主要是通过解理台阶与撕裂棱而形成的发达的河流花样以及较多的微型韧窝。塑性略低的合金（如ZA62），解理刻面较小，撕裂棱和韧窝形貌不明显。元素较多的合金（如ZA84）表现为既有穿晶断裂又有沿晶断裂的特征。断口形貌上有少量细小而杂乱的解理刻面并伴有少量二次裂纹。元素含量更多的合金（ZA124），整个断口呈现沿品断裂的特征，枝晶界附近二次裂纹明显。　　 室温下，ZA124合金中随Ca加入量的增加，抗拉强度和延伸率逐渐下降，然而Sr含量增加，合金抗拉强度呈先上升后下降的趋势，屈服强度略有下降，合金延伸率变化较小。随Ca含量增加，ZA124合金在200℃下高温屈服强度逐渐增大，塑性逐渐减小，而随Sr加入量增加合金抗拉强度及屈服强度显著上升。过量Sr的加入，导致合金强度下降。与铸态合金相比，T6态下的几种实验合金强度均显著增加，但塑性更低。　　 高锌铝含量合金中的Zn/Al浓度比对合金的抗蠕变性能有显著的影响。Zn/Al浓度比比值在2～3左右时，合金的抗蠕变性能较好，低于或高于该比值范围，合金的高温抗蠕变性能下降。合金中Zn、Al元素总量对合金高温蠕变性能的影响规律却不明显。实验合金中中间相的组成、形貌及分布对蠕变性能具有不同的影响。显微组织中出现连续网状分布的块状组织相的ZA124合金显示出了最好的蠕变抗力。改变Zn，Al元素含量，合金中出现ε共晶相，φ共晶相以及β-Mg17Al12等中间相时，合金（如ZA122、ZA106和ZA126等）抗蠕变性能则明显下降。　　 在175℃/70 MPa和200℃/70 MPa条件下的蠕变实验（100 h）表明，碱土元素Ca和Sr的加入对合金ZA124的高温抗蠕变性能产生了截然不同的影响。少量碱土Ca的加入使母合金的蠕变抗力大幅提高，而Sr的加入使母合金的蠕变抗力显著下降。Ca提高了合金晶界的强度和稳定性，促进形成了新的热稳定性很高的中间相，晶界处形成含Ca的α-Mg+φ共晶相有效限制了蠕变裂纹的生长和扩展，抑制了蠕变中的晶界滑移。低熔点易分解的ε-Mg51Zn20相的出现是含Sr合金高温抗蠕变性能降低的主要原因。　　 在175℃，200℃/（30～80）Mpa试验条件下，实验ZA124、ZAX12402和ZAX12406几种合金应力指数n值在2～3范围内。根据n值对蠕变机理的推断，合金处于晶界滑移蠕变范围。根据Power-law方程对本文的几种Mg-Zn-Al-（Ca）基镁合金的蠕变激活能（Q）计算显示，70 Mpa/（150～200）℃实验条件下，ZAX12402合金Q值为72.9 kJ/mol。温度低于175℃，ZA124和ZAX12406合金Q值分别为为81.2 kJ/mol和40.6 kJ/mol，蠕变受晶界滑移机制控制；温度高于175℃时，ZA124和ZAX12406合金的蠕变激活能分别上升至150.1 kJ/mol和134.2 kJ/mol，接近于镁的自扩散激活能。根据经验蠕变理论中n和Q判据并结合蠕变试样微观分析，本文研究的Mg-Zn-Al-（Ca）镁合金高温回复蠕变过程受到位错运动、晶界运动（滑移、扩散等）及孪生的影响，而晶界滑移对蠕变的贡献要远大于位错运动和孪生行为。