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AZ系镁合金具有铸造成型性好、适用范围广、成本低廉等一系列优势,已经成为目前应用最为广泛的商用镁合金体系。但AZ系合金某些方面的性能,特别是力学性能与铝合金相比仍存在一定差距,某些特定场合下无法满足实际需求。因此,提升力学性能方面的研究对于AZ系合金的实际应用意义重大。本文以AZ系合金中综合性能优良的AZ80合金为研究对象,选择稀土 Nd、Gd作为合金化元素,围绕含稀土 AZ80合金中Al-RE相的形貌控制这一问题展开了一系列的研究,通过控制Al-RE相的形貌来改善合金的铸态组织,进而达到提升合金力学性能的目的。在本文的开篇,首先分析了单独添加Nd或Gd元素的情况下,AZ80合金组织性能的演变规律,结果发现不同Nd或Gd含量的AZ80合金的组织差异主要体现在Al-RE相结构、形貌的变化方面。对于单独添加Nd元素的AZ80合金,随Nd元素含量的增加,合金组织中的Al-RE相先后以针状All1Nd3和块状A12Nd相的形式存在。而对于单独添加Gd元素的合金,随着Gd含量的增加,A]-RE相主要以块状A12Gd相的形式存在。通过组织性能对比,发现合金中Al-RE相形貌的变化会对合金的力学性能产生显著影响:尺寸较小、分布较弥散的块状和针状Al-RE相都能对合金的力学性能起到强化作用,而且块状稀土相的强化效果要好于针状稀土相。但是,块状Al-RE相的析出尺寸容易粗大,这反而会损害合金的性能,导致合金强度和伸长率明显降低。因此,控制含稀土AZ80合金中Al-RE相的形貌,获得具有细小弥散分布Al-RE相的合金组织,是提升合金力学性能的关键。在后续研究中,通过新型制备工艺探索以及Nd、Gd元素复合合金化两种途径,展开了含稀土 AZ80合金组织中Al-RE相形貌控制方面的研究。在含稀土 AZ80合金制备工艺探索中,以组织中块状Al-RE相明显粗大的AZ80-3.0RE（RE=Nd或Gd）合金为代表性研究对象,探讨了控制合金中Al-RE相形貌的工艺方法。研究中首先分析了合金中块状Al-RE相的析出时机:利用亚快速凝固方法,对不同状态下的AZ80-3.0RE合金熔体进行组织冻结,发现合金中块状Al-RE相是伴随加入的合金化原料的熔化过程而析出的,即块状A1-RE相是Al、RE元素以溶质状态在熔体中相遇时形成的。基于这一发现,提出控制Al-RE相形貌的工艺构想:在加入合金化原料、熔体中Al、RE两合金化元素相遇时对熔体施加搅拌,使A1-RE相在形核生长过程中受到搅拌力的作用,抑制熔体中Al、RE溶质元素在Al-RE相表面的堆垛,从而阻碍Al-RE相的持续生长。由此,本文提出了一种镁合金熔炼的新方法——混熔搅拌铸造法,该方法采用合金原料分组熔炼的思想,将A1和RE原料分别隔离在两组熔体中进行单独熔炼,避免在原料熔化阶段形成Al-RE相,然后在搅拌过程中对熔体进行混合,使Al-RE相在混熔搅拌的过程中析出。通过组织对比分析,发现混熔搅拌铸造法能够有效控制合金中Al-RE相的形貌,避免其析出尺寸粗大,进而显著改善合金组织。通过该方法制备的AZ80-3.0RE合金抗拉强度和伸长率分别可达245MPa和10.8%,与普通熔炼工艺制备的AZ80-3.0RE合金相比分别提高了 34%和50%。但是混熔搅拌铸造法由于当前设备防护能力不足,导致镁合金中氧化夹杂增多,造成合金力学性能不稳定。因此,本文提出在AZ80合金中同时添加Nd、Gd元素进行复合合金化的研究思路,核心思想是利用Nd、Gd元素间的交互作用关系实现Al-RE相的形貌控制,以期在普通熔炼工艺条件下制备出强度较高而且力学性能稳定的合金。在复合合金化研究中,首先分析了 Nd、Gd两种稀土元素对合金组织中Al-RE相形貌、结构的调控规律。结果表明,随着Nd、Gd元素含量的变化,复合合金化组织中能够同时形成块状和针状两种形貌的A1-RE相,且块状、针状Al-RE相的析出存在相互抑制的现象,即随Nd、Gd元素含量的改变,当块状Al-RE相析出增多时,会抑制针状Al-RE相的析出,反之亦然。通过对Al-RE相的进一步分析,发现复合合金化组织中析出的针状Al-RE相以Al11Nd3相的晶体结构为基础,Al11Nd3相中部分Nd被Gd替代,形成与Al1Nd3相形貌和晶体结构一致,但同时含有Nd、Gd元素的Al11Nd（Gd）3相。而块状Al-RE相则在A12Gd或A12Nd相的晶体结构基础上,产生Nd、Gd元素间相互替代的现象。由此,通过Nd元素含量的调节,能够控制复合合金化组织中以Al11Nd3相为基础的针状Al-RE相的形成,通过Gd元素含量的调节,能够控制以A12Gd相为基础的块状Al-RE相的形成。而利用针状、块状AI-RE相之间的抑制关系,又可以进一步实现A1-RE相析出尺寸、数量的调控。因此,通过Nd、Gd元素含量的调整,能够实现复合合金化组织中Al-RE结构、形貌的控制。据此本文提出了复合合金化成分设计方案,对复合添加Nd,Gd元素的AZ80合金进行了成分优化。结果表明,在所测试的合金中,AZ80-1.2Gd-0.9Nd合金的力学性能最优,其抗拉强度和伸长率分别达到219±5MPa和9.1 ±0.5%。与混熔搅拌铸造法制备的合金相比,复合合金化方法制备合金的平均力学性能,特别是力学性能稳定性方面明显优于当前采用的混熔搅拌铸造法。根据本文的研究结果可以预测,未来结合改进的混熔搅拌铸造法与复合合金化方法,可以期待制备出具有更高、更稳定综合力学性能的AZ80镁合金。