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由于Sn在Mg中具有较大的固溶度,且能够形成高稳定性的Mg2Sn金属间化合物,使得该体系作为潜在的新型高温抗蠕变镁合金引起了研究者的广泛关注。稀土(RE)作为该体系重要的合金化元素,不仅可以提高其室温强度和高温抗蠕变性能,而且可以改善其室温塑性和韧性。但是作为合金化改性的基础,有关Mg-Sn-X系相图的研究鲜有报道,使得新型Mg-Sn基合金的研发仍然处于尝试阶段。近来,德国Clausthal大学Schmid-Fetze课题组通过CALPHAD方法已成功设计出了低含Sc含量的在350℃下仍有很高抗蠕变性能的Mg-Sc基合金MgGd5Mn1Sc0.3,使原先十分昂贵的Sc含量从6～15wt.%降低到0.3～1wt.%,这意味着相图与相平衡热力学在镁合金的科学设计上是可以大有作为的。因此,本文采用扩散偶法与合金法,通过EPMA、XRD、SEM-EDS对Mg-RE (Y,Nd,Gd)二元系、Mg-Sn-Y (Si)三元系相平衡进行测定,并根据Mg-Sn-Y三元相图的测定结果,设计了不同的Mg-Sn-Y合金,较系统地研究了铸态和挤压态Mg-Sn-Y三元合金的组织结构、室温及高温力学性能和高温蠕变性能。根据300～500℃测得的RE (Y, Gd, Nd)在α-Mg固溶体的溶解度,外推至共晶温度获得了Y、Nd和Gd在α-Mg中最大固溶度分别约为4.7at.%、3.2at.%和7.1at.%,均高于目前普遍认为的结果。确定了300～500℃时,Mg24Y5-x和Mg2Y1-x相的成分区间。与目前Mg-Y二元相图相比,成分区间明显向富Mg端偏移,且其成分范围扩大。与已接受的Mg-Nd二元相图相比,Mg41Nd5金属间化合物的成分范围与早期结果基本一致；而Mg3Nd和MgNd金属间化合物在400℃以上成分范围变大,并且Mg3Nd/MgNd和MgNd/(MgNd+a-Nd)相平衡边界向富Nd端移动。在Mg-Gd二元系中,Mg5Gd和Mg3Gd并不是严格计量比化合物,而是具有一定的固溶度范围。Mg2Gd和MgGd的成分范围向富Gd端偏移,并且高于目前普遍认为的值。同时,获得了Mg在α-Nd和α-Gd中的最大固溶度分别为10.0和15.4at.%,均稍高于目前接受相图中的结果。但是,关于Mg-50at.%RE (Y,Nd,Gd)左右在高温部分(500℃以上)的相平衡关系及其成分需要更为详细的研究,以更为详细、完整地重新构建出Mg-RE二元系相图,从而为建立更准确可靠的Mg-RE基热力学数据库提供有价值的基础数据,最终为Mg-RE系镁合金的成分设计、热处理及加工工艺的优化奠定热力学基础。构建了Mg-Sn-Si (Y)三元系在Mg角300～500℃等温截面,两个体系相平衡关系随温度升高都没有发生明显变化。在Mg-Sn-Si三元系中,仅存在α-Mg固溶体与Mg2Si和Mg2Sn金属间化合物的相平衡关系,不存在三元金属间化合物,同时获得了Mg2Sn/Mg2Si两相平衡时的相边界。在Mg-Sn-Y三元系中,存在Mg2Sn、MgSnY、Sn3Y5和Mg24+xY5四种化合物与α-Mg固溶体平衡,明确了Mg-Sn-Y三元化合物的存在范围。Sn和Y二者不能同时固溶于α-Mg基体中,当α-Mg与Mg2Sn和MgSnY相平衡时,主要固溶的是Sn元素；当α-Mg与Sn3Y5和Mg24Y5或与Sn3Y5和MgSnY相平衡时,主要固溶的是Y元素。根据上述Mg-Sn-Y三元相图的测定结果,设计了Mg-1.0Sn-1.5(3.0,3.5) Y (at.%)三元合金,并利用金属模具铸造后在300℃下反挤压,挤压后α-Mg基体晶粒得到了显著细化,晶粒尺寸分别为3、7和9μm。反挤压Mg-1.0Sn-1.5(3.0,3.5) Y (at.%)合金中的主要第二相组成与铸态相比无明显变化,即三个合金的第二相分别为MgSnY、 Sn3Y5+MgSnY和Sn3Y5。此类第二相尺寸均比较大,且主要分布在晶界处,同时在a-Mg基体中析出细小、弥散的第二相。反挤压三个合金均具有良好的塑性和较高的压／拉屈服强度比值R, Mg-1.0Sn-1.5Y合金的塑性达24%,三个合金R值分别为0.82、0.85、1.08。反挤压Mg-Sn-Y合金具有很好的高温性能,Mg-1.0Sn-1.5(3.0,3.5)Y合金在150℃下屈服强度分别为118MPa、155MPa和162MPa,并且在150～250℃温度范围内强度并未明显下降。反挤压Mg-1.0Sn-1.5(3.0,3.5) Y三元合金在150℃/75MPa下的稳态蠕变率分为1.39×10-9s-1、7.21×10-10s-1和6.84×10-10s-1,200℃/75MPa下的稳态蠕变率分为9.26×10-8s-1、3.43×10-8s-1和3.65×10-8s-1,三个合金均表现出优异的高温抗蠕变性能。同时对蠕变激活能Qc进行粗略计算,仅从激活能的角度认为反挤压Mg-Sn-Y合金的蠕变机制为位错攀移机制。