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镁合金种类众多，应用广泛。作为最轻的金属结构材料，镁合金主要应用在航空航天、交通运输、电子3C等领域。然而较低的抗蠕变能力使大多数镁合金工作环境在120℃以下。合金化是有效改善镁合金高温性能的方法之一， Si和RE元素是应用最多的合金化元素。由添加Si和RE元素所得到的AS和AE系合金是应用较多的耐热镁合金。但AS系镁合金铸造性能差，AE系镁合金成本高，且两种合金都存在增强相形态尺寸不易控制的缺点。Mg2Si和Al11Ce3在凝固过程中分别容易长成枝晶状和长针状。本文以Mg-Al-Si-Ce系合金为主要研究对象，通过调整合金成分的实验研究来调控 Mg2Si、Al2Ce、Al11Ce3、Al4Ce等耐热相的形态，利用第一性原理计算方法研究耐热相的结构与特性，以探明Mg-Al-Si-Ce合金中耐热相的形态特征及变质机理，提出基于成分控制的耐热相形态与尺寸调控机制，为开发性能优良的低成本耐热镁合金提供理论指导。 Mg-Al系合金中Al与Ce形成的化合物主要有长针状的Al11Ce(Al4Ce)、块状和杆状的Al2Ce。研究表明，Ce含量在1wt.％以下时，Ce易与Al形成长针状Al11Ce3(Al4Ce)，在Mg-Al系合金中加入少量Ce对共晶Mg2Si相形态影响不大，但可以改善初生Mg2Si相的形态，使其由花瓣状逐渐向规则的多边形颗粒转变。当Al含量在3wt.%左右时，合金中的Mg2Si易形成更加规则的多边形颗粒，细小的针状 Al11Ce3(Al4Ce)相可以与 Mg2Si相形成界面。计算得到 Al4Ce(100)与Mg2Si(100)的错配度为0.59%，远小于6%，根据错配度理论，Al4Ce可能成为Mg2Si异质形核核心。经计算Al2Ce(100)与Mg2Si(100)的错配度为12.02%，处于临界值，因此 Al2Ce相作为 Mg2Si相异质形核核心可能性较小，但不排除形成界面的可能。受合金成分与凝固条件的影响，Al4Ce相和Al2Ce相极易长成长针状和块状，较大的Al4Ce相和Al2Ce相难以成为Mg2Si的异质形核核心，但Al4Ce、Al2Ce与Mg2Si仍然可以形成稳定的界面，对其晶体生长产生一定影响。 Mg-Al-Si镁合金中添加Ce稀土元素，不仅能减少Mg17Al12数量和改善其形态尺寸，还能与Al形成Al-Ce增强相，产生固溶强化、析出强化和晶界强化等多重强化效果。硬度和力学性能测试结果表明，Mg-xAl-2.5Si-Ce合金的硬度随Al含量的升高而增大；当Al含量在2wt.%以上时，合金的室温力学性能变化不大，约为130MPa左右，伸长率随着Al含量升高而增大。 利用第一性原理计算方法研究了 Mg2Si、AlCe、Al2Ce、Al3Ce、Al11Ce3和Al4Ce相的电子性质、声子性质、机械性能以及热力学性质等。结合能计算结果表明，化合物稳定性按Al11Ce3、Al2Ce、AlCe、Al3Ce和Al4Ce顺序依次降低；形成焓计算结果表明，合金化过程中更易形成Al11Ce3、Al4Ce，其次是Al3Ce和Al2Ce，最后才会形成 AlCe。弹性性质计算结果表明，除 Al3Ce以外，AlCe、Al2Ce、Al11Ce3和Al4Ce均满足弹性力学上晶体的稳定条件；Al-Ce化合物均属于脆性材料，塑性大小依次为 AlCe、Al4Ce、Al3Ce、Al2Ce和 Al11Ce3。Al-Ce相的各向异性以Al3Ce、Al11Ce3、Al2Ce、AlCe和Al4Ce顺序减弱。电子态密度计算结果表明，除AlCe态密度曲线杂化不明显以外，其余各Al-Ce相内Al原子与 Ce原子都存在明显的杂化现象，说明 Al2Ce、Al3Ce、Al11Ce3、Al4Ce内Al原子与Ce原子都形成了较强的键合。形成共价键的强弱以Al11Ce3、Al4Ce、Al3Ce、Al2Ce顺序依次减弱；金属性大小按 Al11Ce3，Al3Ce，Al2Ce，Al4Ce， AlCe的顺序依次递减；德拜温度大小按 Al11Ce3、Al2Ce、Al4Ce、Al3Ce、AlCe顺序递减，说明Al11Ce3间存在较强的键合，具有更高的热导率，AlCe相原子间的键合最弱。以上结果为进一步研究Al-Ce相的性质积累了基础数据。