本文选取Mg基二元合金为研究对象,采用第一性原理计算方法,首先研究了合金元素的置换式固溶对Mg结构的影响规律。并结合第一性原理分子动力学方法,深入研究了在工业上有重要地位的Mg-Li、Mg-Al二元合金系中的液固结构相关性。采用第一性原理计算方法,并通过构造置换式固溶体Mg15X(X为合金元素,共53种),研究了不同合金元素对Mg结构与力学性质的影响。与纯Mg相对比,计算了置换式固溶体Mg15X的体积变化率△V%、能量变化率△E%,并以此建立了 Mg15X的△V%-△E%平面直角坐标系。合金元素在△V%-△E%坐标系中的分布反映了合金元素在Mg中的最大平衡固溶度与Mg结构"损伤容限"的内在联系。并且具有周期性规律。其中主族元素的周期性排布表明,相比于原子尺寸效应,电负性差异对合金结构的影响更为显著。进一步,结合差分电荷密度,讨论了位于△V%-△E%坐标系不同象限内的合金元素对Mg力学性能的影响,并初步建立了置换式固溶体Mg15X中合金元素、结构性质、力学性能三者之间的联系。采用第一性原理分子动力学的方法,研究了 973K温度下液态Mg-Li合金的局域原子结构、动力学以热力学性质。研究发现,12.5 at.%～31.25 at.%Li成分区间为液态Mg-Li合金的结构转变区:Li的加入导致Mg周围密堆积型局域原子结构向体心立方bcc型转变,与固态下的两相区相对应。计算得到的Mg-Li混合焓曲线在结构转变区内存在一处拐点,从能量的角度为局域原子结构转变提供了佐证。由于结构的转变,Mg、Li原子的自扩散系数随合金成分的变化呈现出了不同的趋势。此外,我们以转移电荷量表征液态Mg-Li合金中Mg、Li原子间的相互作用,并根据准化学近似模型,表明了电荷转移为影响Mg、Li原子间相互作用的关键因素。通过第一性原理分子动力学的方法,研究了 973K温度下液态Mg-Al合金的结构性质随合金成分的演变规律。结构性质研究表明,随着Al含量的增加,纯Mg中的密堆积型局域结构以片段的形式被保留了下来,而富Mg端中离散分布的Al原子则在18.75～31.25 at.%Al成分区间内开始向Mg原子周围发生偏聚。电子结构分析则进一步揭示了以上液态结构特征的形成机理,即增加的Al原子间趋于形成能量较低的Al-Al键,从而限制了 Mg-Al键的形成。根据以上结果,Mg-Al合金的液态结构可以模型化为依附于密堆积型Mg原子片段周围的Al原子网状结构。此外,Mg、Al原子的自扩散系数结果显示,Al原子网状结构有效地限制Mg原子的扩散,进而从动力学性质的角度证明了该结构模型的合理性。该结构模型为Mg-Al二元合金系中复杂金属间化合物的研究提供了新的视角。依据Mg-Al合金液态结构模型,为了揭示Mg-Al金属间化合物中与非化学计量比特性相关联的共有结构特征,通过第一性原理计算方法,研究了非化学计量比化合物Mg17Al12和MgAl2晶格结构中反位缺陷的占位机制。综合考虑不同反位缺陷对结构稳定性的影响以及各缺陷结构中的键合特征,Mg-Al金属间化合物中与非化学计量比特性相关联的共有结构特征可以通过一种局域结构形态来表现,即垂直于Mg原子六边形方向的Al原子支架构型。进一步,将该局域结构形态分别嵌入面心立方Al与密排六方Mg的超胞中以构建Mg-Al固溶体体系,所得能量较相应的特殊准随机结构更为稳定。由此可以推断,垂直于Mg原子六边形的Al原子支架构型这一局域结构形态不仅表现了非化学计量比Mg-Al 金属间化合物的共有结构特征,也是 Mg-Al 固溶体中一种可能的原子排布模式,因而可以代表普适于Mg-Al二元合金体系的一种局域结构特征。