由于具有低密度、高比强度和比刚度以及优良的阻尼性能和电磁屏蔽性能等优点,镁合金在许多工业领域中有很重要的应用价值。然而,因为镁合金晶体结构为密排六方结构,在室温下塑性变形时独立的滑移系较少,导致其室温塑性差,加工变形较为困难,因此其广泛的使用受到了很大的限制。如何提高镁合金的室温塑性是目前镁合金材料研究的重点话题。广义层错能是一个与材料塑性变形和滑移系激活密切相关的重要参数,其值的高低代表了滑移系开启的难易程度。基面滑移系是镁合金在室温变形时最容易开启的滑移系,在镁合金中掺杂其它元素可以有效改变滑移系的广义层错能,从而使其室温塑性得到改善。目前,对于镁合金层错能的计算主要与二元镁合金相关,而与三元镁合金相关的研究相对很少。因此,建立三元镁合金广义层错能数据库并研究对其影响的因素,对于高性能镁合金的设计具有重要的意义。本文以第一性原理计算方法为基础,首先通过计算生成焓确定了三元镁合金中两种合金元素原子的相对占位,然后选择了在镁基体中有一定固溶度的21种元素,计算了这些元素掺杂在Mg-Al、Mg-Sn和Mg-Gd基合金中形变层错I2在基面{0001}（?）10（?）0（?）滑移系的广义层错能。计算结果表明三元镁合金中合金元素的占位与其电子结构性质有关,对于层错能,只有Mg-Al-Li体系的基面滑移系广义层错能比纯镁高,其它体系都比纯镁低,说明这些合金元素添加在镁基体中都降低了基面滑移系的活性。此外,归纳了掺杂元素的本征性质并分析了它们对层错能的影响,并通过多元线性分析建立了三元镁合金基面广义层错能的预测模型。分析发现,在包含Ca、Ce、Dy、Er、Gd、Ho、Nd、Sc、Sm、Sr、Tb、Y和Zr元素的三元Mg-Al-X、Mg-Sn-X和Mg-Gd-X合金体系中,当元素X的原子尺寸较大、电负性和电离能较小以及弹性模量较低时,镁合金的基面广义层错能更低。在广义层错能计算的基础上,设计了Mg-Al-Zn、Mg-Al-Ca和Mg-Gd-Zn三种合金,并通过材料分析测试方法研究了其微观组织形貌和力学性能。实验结果表明三种合金在经过固溶处理后,Mg-Al-Zn合金中几乎没有第二相存在,Mg-Al-Ca合金中含有极少量的Mg2Ca,而Mg-Gd-Zn合金中有少量的Mg5Gd存在。与纯镁相比,Mg-Gd-Zn合金的晶粒形状和尺寸几乎没有变化,而Mg-Al-Zn和Mg-Al-Ca合金晶粒细化非常显著。三种合金的力学性能均有较大的改善,Mg-Al-Ca合金提升最明显,其屈服、抗拉强度和伸长率相对于纯镁分别增加了153.0%、146.6%和102.9%,这主要是由晶粒细化和基面层错能的显著降低引起的。虽然Mg-Al-Zn合金的层错能几乎没有降低,但是由于晶粒细化和固溶强化,其力学性能也有比较大的改善。与纯镁相比,Mg-Gd-Zn合金的基面层错能降低了43.7%,进一步提高了基面滑移系的活性,所以其伸长率提高了71.4%,此外,由于固溶强化和第二相强化,其强度也有明显的改善。