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镁合金是目前工程中质量最轻的金属材料,具有良好的电磁屏蔽性、减震性、导热及导电性。但是,铸态镁合金力学、耐腐蚀以及耐高温性能不足、加工成本略高等制约了镁合金的广泛应用。因此,如何利用镁合金性能优势、弥补不足、拓展镁合金的应用领域成为当前镁合金研究的焦点。为此,本文以Mg-Zn-Y(-Gd)镁合金体系为研究对象,采用近平衡态凝固方法制备了不同Zn/RE原子比的Mg-Zn-Y(-Gd)镁合金,获得了二十面体准晶相(Icosahedral quasicrystal phase,简称Ⅰ相)、Mg3Zn3Y2(W)相和长周期堆垛有序结构才(Long period stacking ordered structure phase,简称LPSO结构相)增强稀土镁合金。采用OM、SEM、EDS、XRD、TEM和SAED等分析方法对合金中第二相进行表征,并探讨了Ⅰ相和LPSO相的形成机制。在此基础上,建立了Ⅰ相体积分数与合金凝固冷速之间的关系,确定了凝固冷速与合金耐蚀性之间的关系,揭示了Ⅰ相增强Mg-Zn-Y镁合金耐腐蚀机理；解释了LPSO增强Mg-Zn-Y(-Gd)镁合金凝固过程,系统地分析了Y和Gd联合作用对LPSO相形成的影响,讨论并揭示了铸态LPSO增强Mg-Zn-Y(-Gd)镁合金强化机制、耐腐蚀机制和导热机制；讨论并揭示了LPSO增强Mg-Zn-Y(-Gd)镁合金塑性变形机制。常规凝固高Zn/RE原子比Mg68Zn29Y3和Mg68Zn28Y4镁合金均可自生Ⅰ相,形成准晶增强镁合金。Mg68Zn28Y4合金的Ⅰ相直接从熔体中形核、长大,而Mg68Zn29Y3合金由熔体中首先形成W相,进而通过包晶反应生成Ⅰ相。冷却速度对Ⅰ相的形成、尺寸、体积分数及分布影响显著,Ⅰ相表现出形貌多样性特点。采用实验和模拟方法分析了冷却速度对铸态Mg68Zn29Y3镁合金凝固组织、Ⅰ相体积分数和分布的影响。研究发现,冷速较快时,合金动力学过冷度大、形核率高,从而促进准晶相形核并以小平面方式生长；而冷速下降将导致Ⅰ相形核率降低,Ⅰ相由细小弥散演变为粗大碎化,并在准晶“一次分枝”周围形成“二次分枝”。在模拟海洋环境腐蚀实验中,Ⅰ相表现出了较高的耐腐蚀性。铸态Mg68Zn28Y4镁合金浸蚀30小时后的自腐蚀电流密度较未腐蚀的Mg68Zn32镁合金降低了两个数量级,达到6.0×10-5A/cm2,腐蚀电位为-1.35V。虽然,高Zn含量能够促使Mg-Zn-Y系镁合金获得微米级大尺寸准晶增强相,并由于准晶的耐腐蚀性强而提高合金耐腐蚀能力。但是,高电位差造成合金中基体和固溶体相作为阳极而加速腐蚀进程。此外,微米级准晶相与基体之间形成的高值应力,使镁合金脆性提高,并易于形成应力腐蚀开裂。低Mg、高Zn/RE比镁合金并不适用于工程材料,但此研究结果明确了准晶相的形成条件、形成过程及耐腐蚀性能,为设计适用于工程用准晶增强镁合金提供依据。低Zn/RE比(Zn/RE=1)下,采用常规凝固技术在Mg92Zn4YxGd4-x(x=4,3,2,1,at%)和Mg94Zn3YxGd3-x(x=3,2,1.5,1, at%)合金中获得了稳定的14H-LPSO相。二维空间中,Mg92Zn4YxGd4-x(x=4,3)和Mg94Zn3YxGd3-x(x=3,2,1.5,1)合金中的LPSO相以平行线状方式生长。铸态Mg-Zn-Y(-Gd)合金由于固溶强化、第二相强化和弥散强化共同作用表现出良好的压缩力学性能,即随LPSO体积分数增加,合金的压缩力学性能越好。而铸态Mg-Zn-Y(-Gd)合金的耐腐蚀性随Zn和Gd含量增加而变差。当Gd≤1at.%时,Mg-Zn-Y(-Gd)合金表现出良好的耐蚀性,而Gd>1.5at.%时合金的耐腐蚀能力下降。Mg94Zn3YxGd3-x镁合金耐腐蚀能力优于Mg92Zn4YxGd4-x镁合金。其中Mg94Zn3Y3的耐腐蚀性最好,自腐蚀电流密度为3.988×10-5A/cm2,腐蚀电位为-1.524V,其耐腐蚀性优于商用AZ91D镁合金。由电化学阻抗谱结合ZSimpWin软件拟合出LPSO增强Mg-Zn-Y(-Gd)镁合金电化学腐蚀等效电路为R(Q(R(QR)))。铸态Mg-Zn-Y(-Gd)合金导热机理分析发现,合金的导热性能主要受位错散射和界面散射影响,伴随各相分布状态和体积分数、微观结构、界面形态以及溶质元素等影响。LPSO结构相的堆垛层错和大量晶界阻碍了声子在其内部以及晶界处的扩散运动,降低了镁合金的热导性。铸态Mg92Zn4Y4和Mg92Zn4Y3Gd.1镁合金经500℃/12h均匀化处理后偏析现象消除。均匀化处理态Mg92Zn4Y3Gd1镁合金的α-Mg基体中析出大量线状14H-LPSO结构相。后经300℃、340℃、370℃和400℃的正挤压,挤压比为9：1,获得了14H-LPSO增强细晶镁合金。不同挤压温度下,Mg92Zn4Y3Gd1合金的挤压织构以{0001}面平行于挤压方向为主。Y降低了基面织构组分,并促使Mg92Zn4Y4合金{1121}棱锥面滑移系启动。合金的室温和高温力学性能受挤压前后组织、织构类型、W相和LPSO增强相分布、合金元素的影响。挤压态Mg92Zn4Y4合金室温抗拉强度达到409.7MPa,拉伸应变率为5.15%。而在100℃-300℃区间,挤压态Mg92Zn4Y3Gd1合金的力学性能更为优异。250℃下Mg92Zn4Y3Gd1合金的抗拉强度和拉伸应变率分别为297.8MPa和15.7%；300℃时的抗拉强度达到了225.3MPa,拉伸应变率达到35.5%。