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目前，强塑性差和耐热性差等基础性问题仍然制约着镁合金的应用范围。含长周期堆垛有序结构相（long period stacking ordered phase，简称LPSO相）的稀土镁合金因其具备较高的室温和高温屈服强度，良好的塑性和抗蠕变性而引起了学术界和工业界的广泛重视。在过去的十多年间，陆续有学者在不同的Mg-RE-X（原子半径rRE>rMg>rX)合金中发现了LPSO相。但关于LPSO相的形成条件和形成机制，及其对稀土镁合金组织与性能影响的研究仍处于起步阶段。本文通过设计两组对比合金，主要运用高分辨电子显微术（HRTEM）研究了LPSO相的形成条件、形成机制和不同热处理状态下的结构类型与尺寸分布，并基于本文建立的Zener修正模型阐释了LPSO相对稀土镁合金组织与性能的影响。本文的主要成果描述如下：1.通过对名义成分为Mg-10Y-5Gd-1.5Zn-0.35Zr（WGZ1051K，wt.%）和Mg-12.5Y-5Gd-1.5Zn-0.35Zr（WGZ1251K，wt.%）的铸态镁合金在535°C固溶处理16小时，再经225°C下时效（10分钟～1200小时）的组织演化进行研究后发现，这两种合金的主要时效序列相同：α-Mg (SSSS)→β’’(D019)→β’(cbco)→β1(fcc)。从镁基体{1010}α面析出的c轴底心正交结构（c-axis base-centeredorthorgonal，简称cbco）β’相（aβ’=2aα-Mg=0.642nm, bβ’=43aα-Mg=2.224nm，cβ’=cα-Mg=0.521nm）是这两种合金的主要时效强化相，它与镁基体之间的位向关系为：(010)β’//{1010}α，[001]β’//[0001]α,而非前人所报道的位向关系：(010)β’//{1210}α，[001]β’//[0001]α。从镁基体(0002)α面析出的LPSO相被证明不是这两种合金的主要时效强化相，但它能强烈钉扎晶界，由此产生显著的细晶强化。同时LPSO相还能允许基面位错滑移通过，从而保持了合金优良的塑性。在此基础上提出的以LPSO相钉扎晶界和阻挡β’相长大的理想显微组织模型为新一代高强塑性抗蠕变Mg-RE-X合金的设计提供了方向。2.通过对名义成分为Mg-10Y-2Zr （W10K， wt.%）、 Mg-10Y-1Zn-2Zr（WZ101K，wt.%）和Mg-10Y-1Al（WA101，wt.%）的铸态镁合金分别在520°C下固溶处理72小时（520ST态）和在550°C下固溶处理48小时（550ST态）后发现，无论是铸态时所形成的LPSO相（WZ101K合金，Type I）还是在固溶处理过程中所形成的LPSO相（WA101合金，Type II），都能够在高温下有效地抑制镁合金晶粒尺寸的长大。Zener模型被证明能很好地预测Zr和Al2Y等球形颗粒钉扎晶界导致的极限晶粒尺寸，但它不能预测LPSO相钉扎晶界导致的极限晶粒尺寸。为此，本文建立了Zener修正模型，它能很好地预测含LPSO相Mg-RE-X合金的极限晶粒尺寸和解释层片状LPSO相对镁合金晶粒高温热稳定性的影响。3.在设计的Mg-Y-Al合金中首次观察和证明了18R-LPSO相的存在，并用高角度环形暗场扫描透射技术（high-angle annular dark field scanning transmissionelectron microscopy，简称HAADF-STEM）对这种具有伪孪晶卫星斑（pseudo-twinning satellite reflections）的18R结构进行了分析。在[1210]α Mg晶带轴下进行观察发现，该18R-LPSO相的堆垛序列为ABCACACABCBCBCABAB，它具有单斜结构(monoclinic structure)，其晶格常数为： a=23aα Mg=1.112nm,b=6aα Mg=1.926nm, c≈18c α Mg=4.69/sinβ=4.72nm和β=83.2°。在[1010]α Mg晶带轴下进行观察发现，该18R-LPSO相的ABCA型堆垛块存在4种不同层间原子有序态（in-plane ordering）。将这四种层间原子有序态分别命名为α、β、γ和δ，其中β、γ和δ为首次发现。伪孪晶卫星斑的出现可能和β、γ和δ的存在相关，这一发现说明Mg-Y-Al合金中的有序18R-LPSO相结构比之前文献报道在其他Mg-RE-X合金中的18R结构更复杂。4.通过研究铸态WZ101K合金中的18R-LPSO相、520ST态WZ101K合金中的14H-LPSO相和550ST态WA101合金中的18R-LPSO相的形成和结构特点，提出了铸态和固溶析出Mg-RE-X合金中LPSO相形成机制的共性和异性：LPSO相的形成均通过特征ABCA型堆垛块形核，结合溶质原子的短程扩散和镁原子层的长程扩散形成固定的堆垛序列，同时逐渐完成溶质原子在堆垛层间的有序化。不同堆垛结构的LPSO相之间的相互转变属于扩散-位移型相变。由于在铸造液态金属凝固过程中溶质原子容易扩散，导致形成的18R LPSO相能够提前完成有序化过程，并且高度的有序化使18R结构可向更稳定的14H结构转变；而在固态金属热处理过程中溶质原子不易扩散，导致形成的18R结构有序度存在差异，在固溶Mg-Y-Al合金中形成的具有四种不同层间原子有序态的18R结构正是溶质原子的不完全有序造成的，继续增加固溶处理的时间直到18R结构完全有序之后才能向更稳定的14H结构转变。