镁合金在汽车工业中应用十分广泛,AM60镁合金主要应用在座椅框架、仪表盘基座和发动机阀盖等重要零部件上,但由于AM60镁合金高温蠕变性能较差,因而只能在150℃以下使用。高温蠕变性能已经成为AM60镁合金发展遭遇的“瓶颈”,如何提升AM60镁合金高温蠕变性能是当下亟待解决的关键科学问题。针对镁合金蠕变行为研究发现,原子扩散、位错运动和晶界滑移是镁合金的主要高温蠕变机制。此外,晶界上低熔点的共晶相的稳定性也显著影响镁合金蠕变性能。本文以AM60镁合金为研究对象,开展镁合金蠕变机制研究,在此基础上采用合金元素复合改性的方法提升AM60镁合金抗蠕变性能。AM60铸造镁合金在150℃和175℃下主要为晶界滑移型蠕变,热稳定性差的共晶相有利于晶界滑移,这是AM60合金高温性能差的主要原因。稀土Ce改性提升了AM60镁合金高温蠕变性能。基于固溶强化原理,添加1.0 wt.%的稀土Ce强烈抑制了合金中热稳定性差的β-Mg₁₇Al₁₂相形成,并在基体中析出强度高且热稳定性好的细针状Al11Ce3相,阻碍和减缓了蠕变过程中的晶界滑移,使AM60-1Ce合金的稳态蠕变速率相比于AM60合金平均降低了约42.5%,显著提升了其高温蠕变性能,但是稀土Ce并不能有效抑制AM60镁合金蠕变过程中的晶界迁移。采用碱土元素Ca和稀土Ce复合改性进一步提升了AM60镁合金高温蠕变性能。在AM60镁合金中添加Ca元素,它会优先与Al结合形成Al2Ca硬质相,可以减少共晶相甚至通过控制Ca元素含量可以逐步消除β-Mg₁₇Al₁₂相,在晶界上主要形成骨骼状的高温热稳定相Al2Ca相。这进一步消除了β-Mg₁₇Al₁₂相对蠕变的不利影响。在蠕变过程中Al2Ca相牢牢钉扎住晶界,阻碍晶界滑移,使AM60-1Ce-1.5Ca合金的稳态蠕变速率相比于AM60-1Ce合金平均蠕变速率再降低33.1%,进一步提高了AM60镁合金的高温蠕变性能。复合改性改变了AM60镁合金的高温蠕变机制。针对AM60-1Ce-1.5Ca铸造镁合金的蠕变机制研究表明,AM60-1Ce-1.5Ca铸造镁合金在150℃下的应力指数n约为1.82,其蠕变机制主要是晶界滑移型蠕变;AM60-1Ce-1.5Ca铸造镁合金在175℃下的应力指数n约为3.07,其蠕变机制主要是位错滑移型蠕变。AM60-1Ce-1.5Ca铸造镁合金中形成的Al2Ca相在高温蠕变过程中表现出很高的热力学稳定性,是阻碍蠕变过程中晶界滑移、位错运动的主要因素,也是其抗蠕变性能好的主要原因。热处理影响AM60-1Ce-1.5Ca镁合金室温力学性能,优化热处理工艺有利于提升蠕变性能。经T4固溶处理,有利于合金元素向AM60、AM60-1Ce和AM60-1Ce-1.5Ca镁合金基体中固溶,但对合金中的高温稳定相影响较小。经过T6热处理,促进了AM60镁合金中片层状的二次β’-Mg₁₇Al₁₂相析出;稀土Ce和Ca可以有效抑制二次β’-Mg₁₇Al₁₂相的析出。经过T6热处理后,AM60-1Ce-1.5Ca镁合金稳态蠕变速率降低了约4.7%;而经过T4热处理后,AM60-1Ce-1.5Ca镁合金稳态蠕变速率较T6热处理降低了约5.2%。这说明,热处理也有利于提升稀土Ce和碱土Ca复合改性AM60镁合金高温抗高温蠕变性能。本文研究表明,高温条件下原子扩散、位错运动和晶界滑移是AM60镁合金的主要蠕变机制,热稳定性差的共晶相对AM60镁合金蠕变产生负面影响。为此,本文提出了通过多种元素复合改性是提升AM60镁合金高温蠕变性能的有效方法,但是应针对AM60镁合金的蠕变机制遴选合适的元素,使其各司其职,分别承担抑制位错运动、阻碍晶界滑移和消除共晶区的作用。在本文中,稀土Ce能够抑制高温原子扩散和位错运动,但碱土元素Ca可以消除低熔点共晶相的不利影响,这样可以综合提升镁合金抗高温蠕变性能。