随着科学技术的飞速发展,资源有限、环境可持续和能源问题日益严重,对轻量化工业加工的要求也在不断升级。镁及其合金具有高比强度、比刚度,在过去几十年中作为汽车工业中的轻量化部件而备受关注。然而,由于密排六方结构,镁合金在室温下的成形性差、塑性低,严重限制了镁合金的应用。细化晶粒是提高镁合金综合性能的重要手段。镁合金的晶粒细化通常采用两种方法,一种是塑性变形,例如挤压、轧制和搅拌摩擦加工等;另一种是合金化。本文选用高性能低成本Mg-Al-Ca-Mn四元合金为基体合金,通过添加不同含量的Zn元素,综合微合金化和热挤压变形的方法,采用金相观察、扫描电镜及能谱、X-射线衍射分析等相关材料分析及检测手段,较系统地研究合金的微观组织、力学性能和腐蚀行为,得出以下结论:1、Mg-1Al-0.3Ca-0.3Mn-xZn(x=0,0.2,0.4,0.6wt%)合金经挤压后都发生不完全动态再结晶。当Zn含量小于0.4wt%时,由于挤压过程中的动态再结晶和固溶体原子对晶粒生长的抑制作用,Zn的加入导致合金晶粒细化。随着Zn元素的进一步添加,合金中元素含量增大,挤压过程中产生大量的热量,导致晶粒长大。2、Zn元素的加入对挤压态合金的织构也有轻微的影响,能够轻微的提高挤压态Mg-1Al-0.3Ca-0.3Mn合金的传统织构的强度。由于细晶强化、固溶强化和加工硬化的综合作用,添加0.2wt%Zn后,挤压合金的拉伸强度明显提高。另外是挤压态合金的塑性随Zn含量的增加而增加。3、在搅拌摩擦加工过程中,Mg-1Al-0.3Ca-0.3Mn-0.6Zn合金粗大的α-Mg基体发生完全动态再结晶,晶粒明显细化。随着转速从1000r/min提高到1600r/min,由于应变速率和热输入综合作用,合金晶粒尺寸增大。搅拌摩擦加工后,合金形成极强的{0001}基面织构,强度在83.64~105.19之间。4、与母材相比,搅拌摩擦加工后合金的延伸率显著提高,提高了158%,而最大抗拉强度和屈服强度则有所降低。力学性能的变化主要是由于搅拌摩擦加工后合金晶粒的细化和较强的{0001}基织构的形成。5、浸泡试验和电化学试验表明,Zn元素的加入有利于提高Mg-1Al-0.3Ca-0.3Mn合金的耐腐蚀性能。其中,含0.2wt%Zn元素的挤压态Mg-1Al-0.3Ca-0.3Mn合金具有最好的耐蚀性,耐腐蚀性能的提高与合金的微电偶腐蚀和晶粒细化有关。