关键词： 镁合金   连续变通道直接挤压   拉压非对称性   细观演变   再结晶行为  

摘要： 作为金属材料,镁合金拥有低密度、高比强度、高弹性模量的特点,在应用过程中表现出优异的综合性能,其在航空、航天、化工等工业领域得到了大量应用。但在室温条件下,镁合金成形能力差,传统挤压、轧制等成形工艺所加工制品多存在强基面织构,增加后续工序的难度。大量实验结果表明细化晶粒是改善镁合金强度最有效的方法之一,连续变通道直接挤压法在保留三向压应力分布特征的同时,通过设置非线性型腔通道结构,增大累积变形量,实现晶粒细化及均匀化程度的有效提升,达到成形及改性的双重目的。镁合金在流经型腔通道过程中会发生镦粗-挤压变形,在剪切应变作用下使织构发生一定程度的改变,有助于降低织构对镁合金塑性变形的影响,完成晶粒尺寸及晶粒取向的主动控制。 镁合金从细观到宏观尺度均存在非均匀变形行为,造成其力学性能的非对称性及各向异性特征,导致其成形性能及断裂韧性差。为探明不同工艺条件对镁合金宏观变形行为及断裂特征的影响,本文选择连续变通道直接挤压态（CVCDE态）镁合金作为研究对象,通过引入强度差异性参数揭示工艺条件影响下的各向异性力学性能,完成CVCDE态镁合金拉压非对称性的定量评价。基于对CVCDE态镁合金宏微观断裂特征、孪生行为及取向差演变的分析,明确连续变通道直接挤压法改善材料宏观力学性能的内在机制及其产生各向异性的微观机理。 通过不同织构下的拉伸塑性变形行为,确定CVCDE态镁合金屈服强度及晶粒尺寸的协同变化规律,探明织构及力学性能的内在关联。结果表明,具有不同形状镁合金的Hall-Petch变化规律不同,即不同工艺条件下成形CVCDE态镁合金型材,其屈服强度及平均晶粒尺寸间变化规律并不遵循Hall-Petch关系,呈近似相反的变化趋势。对于不同加载方向的CVCDE态镁合金棒材,其屈服强度随晶粒尺寸下降而呈上升趋势,符合Hall-Petch规律,其Hall-Petch常数k在不同加载方向（0°、45°和90°）拉伸过程中呈现出先减小、后增大的变化趋势。 基于细观晶体塑性有限元框架,建立耦合滑移与孪生机制的连续变通道直接挤压织构演化预测模型,引入优势孪晶取向准则,实现了对晶粒取向的可靠预报,阐明了连续变通道直接挤压对镁合金织构分布造成的影响。利用织构模拟厘清镁合金变形过程中微观变形机制转变及剪切应变作用对织构变化的影响,阐明CVCDE态镁合金应力应变分布规律及细观织构特征。结果表明,位于型腔通道不同位置的特征单元,其受力状态存在差异性,位于各位置的特征单元呈不同应变分布规律,即各位置镁合金所受累积应变量不同。塑性变形过程中,位于边缘位置的特征单元附近镁合金受显著切应变作用,促进非基面滑移系开启,使晶粒取向发生偏转,与中心位置特征单元附近镁合金织构产生明显区别。 为了研究材料真实塑性变形的再结晶行为与力学性能（如屈服强度、硬度）间的相互联系,选择CVCDE态镁合金作为研究对象,完成对具有特征结构镁合金热塑性变形协调及织构演变过程的分析。借助Avrami公式及相对软化系数确定CVCDE态镁合金动态再结晶临界条件,发现CVCDE态镁合金中第二相粒子的促进形核机制,明确第二相粒子破碎、剥落等形态改变对再结晶行为的影响,揭示其在剪切作用下的变化规律和分布特征,明晰其与再结晶行为间存在的诱导形核关系,完善有关再结晶驱动下的改性机制。研究发现CVCDE态镁合金可通过微剪切带形成而诱导动态再结晶行为发生,实现非连续动态再结晶过程。粗大变形晶粒的晶界位置多呈锯齿状,由于晶粒内部存在高密度位错,使晶界逐渐在位错作用下闭合成亚晶粒,随亚晶粒完全形成,转变为再结晶晶粒,导致晶粒内部位错密度下降,即由亚晶粒特征结构诱导的连续动态再结晶机制。

关键词： 锆合金   热氧化   金属陶瓷   生物摩擦   生物相容性  

摘要： 采用高温热氧化法对Zr705合金进行了表面改性处理,生成了致密的、连续的氧化锆涂层,成功制备了锆金属陶瓷(Cermet-Zr)。实验中,调控气氛、温度、保温时间等参数,完成了对高温热氧化工艺的改进,并对锆金属陶瓷的微观结构、成分组成、力学性能、摩擦学性能以及生物相容性进行分析测试,获得了综合性优异且具有良好应用前景的新型锆金属陶瓷材料。表面成分分析表明,采用热氧化工艺可以制备以Zr705合金为基体的锆金属陶瓷。锆金属陶瓷由氧化锆陶瓷层、氧扩散区以及锆合金基体组成。热氧化的保温温度和保温时间对锆金属陶瓷的表面陶瓷层的影响较大,随保温温度和保温时间的上升和延长,氧化锆陶瓷层的厚度持续增长,但在达到5μm后,陶瓷氧化层内开始出现微裂纹,氧化机制发生转变,氧化层厚度迅速增长,最高可达到13μm。研究发现,保温气氛中氧气体积分数的改变并没有对锆金属陶瓷产生实际的影响。锆金属陶瓷的表面Zr O陶瓷相极大地提高了基体的表面硬度,表面的维氏硬度高达778.23HV,是Zr705合金的3.68倍,纳米硬度可以达到12.90GPa,是基体的4.48倍,同时,塑性仅下降27.6%,仍然有远超陶瓷材料的塑韧性。锆金属陶瓷表面氧化锆陶瓷和基体间的氧的梯度扩散区的存在,使得两者间有着优异的结合。实验结果表明,锆金属陶瓷兼具了陶瓷的高硬度和金属的强韧性,体现出金属陶瓷的特性和优点。在滑动摩擦磨损实验中,与Zr705合金相比,锆金属陶瓷的摩擦系数和磨损率均表现出明显下降趋势,在SBF模拟体液润滑条件下,锆金属陶瓷磨损率最高下降了89.61%;在25%小牛血清溶液润滑条件下,磨损率最高下降了85.58%,锆金属陶瓷的磨损机制表现为轻微的磨粒磨损和粘着磨损,显示出优异的生物摩擦学性能。MC3T3E1成骨细胞在锆金属陶瓷上增殖情况良好,经培养7天后,细胞胞体饱满,生长分布均匀,无坏死细胞出现,生物相容性良好,生物毒性可以评价为0级无毒。人体巨噬细胞系THP-1与锆金属陶瓷共培养48h后,TNF-α试剂盒测定结果显示TNF-α表达水平仍然低于正常值,锆金属陶瓷在植入人体后,不会因材料特性诱发炎症,符合人体植入物要求。本文研究表明,锆金属陶瓷具有与人体关节适应的力学性能、良好的生物相容性以及显著增强的生物摩擦学性能,为人工关节材料的选择提供了一种新的且极具潜力的选择。该论文有图40幅,表4个,参考文献86篇。

关键词： ZK61M镁合金   电塑性效应   V形弯曲   帽形弯曲  

摘要： 航空航天等领域高端装备对大运力、低能耗和长寿命等需求的日益增加,对其结构件轻量化的追求愈加紧迫。电流辅助成形不仅可以抑制回弹变形、提高成形极限,还能通过电流作用对材料的组织性能进行控制。因此,将电流辅助成形工艺应用到镁合金等轻质难变形材料塑性加工中,具有深远的意义。本课题以ZK61M镁合金为研究对象,针对其室温变形能力差,成形性不佳以及冷弯曲回弹大等问题,将脉冲电流辅助技术引入到单向拉伸变形和弯曲变形之中,分析了变形过程中的力学响应,脉冲电流作用下的微观组织演化,以及弯曲件的成形效果等多方面,探索了镁合金中电塑性效应的机理,揭示了脉冲电流对ZK61M镁合金变形行为的影响规律。 开展了室温、脉冲电流辅助以及加热等三种变形条件下的单向拉伸实验。研究发现,脉冲电流可显著降低ZK61M镁合金单向拉伸时的变形抗力,增强材料的塑性变形能力。施加峰值电流120A的脉冲电流时,抗拉强度下降了32.5%,90A脉冲电流时,伸长率从16%提升到36%。脉冲电流可通过改变晶体取向,提高晶粒的Schmid因子,进而促进高SF值晶粒中{10-12}孪晶的形成。同时脉冲电流可以激发位错运动能力,促进位错的湮灭效果,降低位错密度,缓解应变硬化程度,有效降低变形抗力并提高材料延展性。从力学响应和组织分析两方面证明了电塑性中存在非焦耳热电流效应。 开展了厚度为1mm和2mm的镁合金板脉冲电流辅助V形和帽形弯曲实验。实验结果表示脉冲电流能明显降低弯曲时的弯曲力,抑制镁合金板的回弹变形,提高成形精度,但过大的脉冲电流会促使弯曲负回弹的产生,损害弯曲效果。脉冲电流还可提升镁合金帽形弯曲件的成形极限,改善板材成形性,保证弯曲形状。在弯曲变形各阶段,脉冲电流通过影响材料力学性能,改变弯曲件变形区长度和曲率半径,对弯曲变形行为产生重要影响。

关键词： 镁合金   微弧氧化   缓蚀剂   耐蚀性   硬度  

摘要： 镁合金因为其质量轻,比强度高、高阻尼性等性点,在航空、汽车等领域具有很好的应用前景。然而镁合金耐蚀性和耐磨性差严重限制了镁合金的广泛应用。微弧氧化（micro-arc oxidation,MAO）是一种新型表面处理技术,通过调整电解液与电参数,可在镁合金表面制备成分可控的陶瓷涂层。本论文通过选用氟钛酸钾（K2Ti F6）,氟锆酸钾（K2Zr F6）,磷酸钠（Na3PO4）,四硼酸钠（Na2B4O7）等四种添加剂在中性电解液中分别采用单因素和正交实验,在镁合金表面制备陶瓷涂层,清晰了电解质影响氧化膜性能的规律,揭示了电解质对镁合金的缓蚀机制,并成功筛选出最佳耐蚀性和硬度工艺。本论文得出以下结果:1.在中性电解液中,研究K2Ti F6浓度对氧化膜表面形貌、化学成分、耐蚀性和硬度影响。结果表明:含钛复合性涂层的耐蚀性是由疏松层的钛元素和紧密层的氟元素共同决定的,其中涂层微孔直径和孔隙率与耐蚀性密切相关。随着K2Ti F6浓度增加,涂层中Ti含量和硬度也随着增加。当K2Ti F6浓度为1 g/L时,涂层耐蚀性能最佳。2.选用K2Ti F6,K2Zr F6,Na3PO4,Na2B4O7作为电解质组分,并通过正交试验研究了组分浓度对涂层性能影响。结果表明:涂层化学成分和厚度对其耐蚀性以及硬度起到重要影响,且影响氧化膜耐蚀性的顺序为Na3PO4>K2Zr F6>K2Ti F6>Na2B4O7。当溶液含2 g/L K2Ti F6,2 g/L K2Zr F6,5 g/L Na3PO4及4 g/L Na2B4O7时,涂层耐蚀性最好,腐蚀电流密度值(icorr)比基体小5个数量级。影响涂层硬度的顺序为K2Zr F6>Na3PO4>K2Ti F6>Na2B4O7。含锆氧化物能够使得涂层硬度逐渐增大;四种电解质都是镁合金的缓蚀剂,其中Na3PO4是影响耐蚀性最重要的因素,5 g/L Na3PO4能够对镁合金基体起到最佳的缓蚀作用。3.为进一步筛选最佳耐蚀性工艺,在前期研究基础上,研究了恒流模式下Na3PO4浓度和三个恒电压对氧化膜耐蚀性影响。结果表明:恒流模式下5 g/L Na3PO4制备的陶瓷涂层耐蚀性最好,但涂层微孔尺寸不均匀且厚度较薄。当恒定电压从300 V增加到500 V后,涂层表面微孔数量大大减少,涂层厚度逐渐增大,即电压为500 V时,涂层最厚,为46.06μm,此时耐蚀性最好,icorr值比基体小5个数量级。

关键词： AZ31镁合金   弯曲限宽矫直   拉伸孪晶  

摘要： 通过室温弯曲限宽矫直技术在AZ31镁合金板材中预置了{■}拉伸孪晶，并对弯曲限宽矫直变形后的板材进行200℃×3 h的退火处理，探究了变形及后续退火工艺对镁合金板材力学性能及微观组织的影响。研究发现，室温弯曲限宽矫直后的镁合金板中出现了晶界含量约为21%的{■}拉伸孪晶，变形板材的抗拉强度达到260 MPa，较原始板材大幅度提升，板材由较强的基面织构转为RD偏转织构。200℃×3 h退火后的板材中仍然保留了大量的{■}拉伸孪晶，板材的塑性和抗拉强度较原始板材明显提升，但屈服强度降低。

关键词： AZ31镁合金   复合施密特因子   晶间变形   织构  

摘要： 本文旨在利用复合Schmid因子（CSF）探索AZ31镁合金晶间变形行为与织构的相关性。为此,以商业AZ31镁合金热轧板为初始材料,制备了与板材法向成不同角度的四种拉伸试样,利用万能试验机和配备了原位加载装置的扫描电子显微镜,系统研究了织构对拉伸过程晶间变形行为和微观组织演变的影响。主要结论如下:（1）实验证实,从0°、30°、45°到60°样品,孪晶面积分数逐渐降低,其中在0.04真应变时,分别为8.96%、7.12%、5.02%和1.14%,表明随着拉伸方向与板材法向之间夹角的增大,镁合金的主导变形机制由孪生向滑移发生转变。（2）基于晶界两侧的微观变形组织特征,定义了孪生-孪生（T-T）、孪生-滑移（T-S）或滑移-孪生（S-T）,以及滑移-滑移（S-S）三种晶间变形模式。统计结果表明,具有最高CSF值的晶间变形模式优先出现,并且所选择的孪生或滑移变体在相应晶间变形模式的所有变体组合中具有第一或第二大的CSF值。（3）从0°、30°、45°到60°样品,晶间变形模式中T-T的占比逐渐减少,S-S的占比逐渐增加。S-T（或T-S）在0°、30°及45°样品中均有一定占比。计算了三种晶间变形模式的CSF均值,发现从0°到60°样品,T-T的CSF值逐渐降低,S-S的CSF值逐渐升高,而S-T（或T-S）在0°、30°及45°样品中均具有较高的CSF值。上述结果表明,通过CSF计算可以很好的揭示镁合金晶间变形行为与织构的相关性。（4）研究了晶间变形模式与晶界取向差的相关性,发现T-T倾向于出现在取向差角小于35°的晶界处,而S-T（或T-S）主要聚集在取向差角为30～50°的晶界处。这是因为随着晶界取向差角的增加,T-T的CSF值不断下降,而S-T在晶界取向差角为30～50°范围内具有最高的CSF值。（5）统计数据表明,孪晶从哪一段晶界形核与其CSF值密切相关,在30°和45°样品中,孪晶优先在T-T或S-T的CSF值(即CSFT-T或CSFS-T)较高的晶界处形核;对于0°样品而言,由于大多数晶界都具有极高的CSFT-T值,孪晶形核的位置具有一定的随机性;此外,孪晶传递倾向于在高CSFT-T晶界处进行,但需要满足CSFT-T>CSFT-S（指T-S的CSF值）这一条件。

关键词： 微弧氧化   Ti6Al4V   金刚石颗粒   耐蚀性   耐磨性   生物相容性  

摘要： Ti6Al4V合金因其优异的力学性能和耐蚀性能而成为最常用的生物医用骨植入材料之一。但由于其生物惰性,骨整合能力不足,耐磨性差,不能满足某些特殊的临床要求。这些都严重影响了Ti6Al4V合金作为骨植入材料的应用范围,因此对Ti6Al4V合金表面改性以完善其生物学性能引起了人们的日益重视。金刚石作为一种硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性强的无机材料,已广泛应用于各个领域,其化学惰性、生物相容性和无毒性使其成为一种可植入材料。此外,植入材料的微观结构,例如微纳米仿生结构、较大的比表面积,也会对周围组织的生物学响应产生很大的影响。本研究采用微弧氧化技术（MAO）,以硅酸钠、磷酸三钠、β-甘油磷酸钠、Na OH、金刚石粉作为反应电解液,通过控制电解液中Na OH含量和MAO时间对制备的涂层进行仿生微纳米结构构建,随后对MAO涂层进行水热处理,在涂层表面进行了仿生成分构建。最终对各组样品进行了深入表征和性能评价。结合一系列的表征以及测试,主要得出以下结论:（1）以硅酸钠、磷酸三钠、Na OH、金刚石粉作为电解液通过MAO技术在Ti6Al4V合金表面制备了金刚石颗粒增强MAO陶瓷涂层。发现随着MAO时间的增加,样品由隆起和微孔组成表面逐渐向仿生微纳米结构转变。对各组涂层进行性能测试后发现,金刚石掺杂15分钟的D-MAO-15样品拥有最好的耐磨性能,样品磨损失重相比于Ti6Al4V基体减少了一倍;电化学测试表面MAO处理后的样品Icorr相比于Ti6Al4V合金提高了一个数量级,体现了优异的耐蚀性能;体外细胞实验证明MAO涂层相比于Ti6Al4V合金具有更好的细胞相容性和细胞外基质矿化能力。（2）以硅酸钠、β-甘油磷酸钠、不同含量Na OH、金刚石粉作为电解液,通过改变电解液中Na OH含量选择性去除涂层中的Al、V元素,增强涂层的生物相容性。发现随着Na OH含量由0.15M提升到0.3M,涂层表面的微观形貌更加平整,孔洞直径变小,表面粗糙度降低,涂层表面的岛状沉积物减少,表面纳米孔数量增加。对各组涂层进行性能测试后发现,N-0.15、D-0.15样品的耐磨性能比N-0.3、D-0.3样品的耐磨性能更好,掺杂金刚石涂层的耐磨性能要比未掺杂样品好;电化学测试表面MAO处理后的样品Icorr相低于Ti6Al4V合金,表明更高的耐蚀性;体外细胞实验证明MAO涂层相比于Ti6Al4V合金具有更好的细胞相容性,其中N-0.3、D-0.3样品生物相容性更佳。（3）将（2）中样品进行水热处理后,在涂层表面构建了含PO43-的絮状纳米仿生结构,电化学测试表明水热后样品的耐蚀性能略微变差,但体外细胞实验证明水热处理后涂层相比于Ti6Al4V合金具有更好的细胞相容性,细胞在涂层表面的铺展面积大幅增加,细胞在含PO43-涂层表面有着更好的增殖速率和生物活性。综上所述,通过在MAO电解液中加入纳米金刚石颗粒对Ti6Al4V合金进行表面改性,可有效提升涂层的耐磨性能,选择性去除涂层中Al、V元素和构建微纳米仿生结构提高涂层了的生物相容性,使得改性后的涂层具有更广阔的应用前景。

关键词： ZM5镁合金   J-C本构模型   逆向求解方法   刀屑摩擦模型   切削温度  

摘要： 随着我国国防工业的快速发展,轻量化已成为航空航天领域发展的重要趋势。ZM5镁合金作为一种具有较好铸造性能和力学性能的轻质镁铝锌合金,被广泛应用于航空航天领域。由于ZM5镁合金的燃点较低,导致ZM5镁合金在切削过程中存在切屑自燃的安全隐患。利用有限元仿真技术获得切削过程的温度场分布,可为ZM5镁合金的安全切削提供预判。材料的本构参数与刀屑摩擦模型对切削仿真精度有重要作用。因此,为了提高切削仿真精度,本文以ZM5镁合金为研究对象,对ZM5镁合金本构模型以及刀屑摩擦模型进行研究,建立考虑材料特性与摩擦模型的切削仿真模型,并分析ZM5镁合金切削过程中切削温度的影响规律。本文研究可为ZM5镁合金切削加工有限元仿真提供理论基础,有助于对ZM5镁合金切削机理的理解更加深入,进而指导ZM5镁合金的安全切削加工以及切削参数优化,为我国航空产业发展提供助力。 本文主要研究工作如下: (1)基于不等分剪切区理论,建立主剪切区的等效应力、应变、应变率及剪切平均温度分布模型,采用准静态拉伸实验以及切削实验获取剪切区模型中的相关求解参数;对比分析基本遗传算法、标准粒子群算法、混合粒子群算法的求解精度,采用精度最高的混合粒子群算法逆向求解ZM5镁合金的J-C本构参数;建立基于J-C本构参数的有限元模型;对仿真值与实验数据进行比较,验证逆向求解方法的可行性与ZM5镁合金本构参数的准确性,为后续切削仿真提供基础。 (2)基于刀屑接触区的摩擦理论,考虑切削过程中法向应力,切削参数以及剪切区温度的影响,结合有限元仿真技术对ZM5镁合金切削过程中的刀屑摩擦模型进行构建;依据ABAQUS软件提供的用户摩擦子程序VFRIC接口,编写ZM5镁合金摩擦子程序;使用构建的摩擦模型进行有限元仿真,对仿真值与实验测量数据进行比较,验证所建摩擦模型的准确性,为后续的切削仿真提供可靠的摩擦模型。 (3)基于逆向辨识获得的ZM5镁合金J-C本构参数以及考虑热软化效应的变摩擦系数摩擦模型,建立ZM5镁合金切削仿真模型,通过该有限元模型分析不同切削工艺参数对ZM5镁合金切削过程中切削温度的影响规律,为实际安全加工提供一定的理论参考。

关键词： 导尿管   润滑涂层   聚乙烯吡咯烷酮   载银二氧化硅纳米球   制备工艺   抗菌性能   生物相容性  

摘要： 导尿管是一种应对泌尿系统疾病和手术后辅助治疗的医疗器械，在临床上有着广泛的应用，是使用量较高的医疗器械。尽管导尿管的使用为患者提供了大量便利，但在导尿管使用过程中仍然存在着一些问题。首先是导尿管在使用过程中会出现导尿管相关尿路感染，微生物会在导尿管上定植，进一步形成生物膜，对人体健康造成危害，抗菌药物过度使用、细菌耐药性的增强，也使尿路感染的预防和治疗变得困难。其次，使用导尿管时有一定的侵入性操作，在插入和取出时与人体尿道组织产生摩擦，容易损伤尿道上皮组织，不仅容易导致感染，也对患者造成较大的痛苦。对导尿管进行表面修饰，通过制备涂层的方式为导尿管提供所需的功能是一种可行的有效方法，其中抗菌涂层和润滑涂层的制备受到了越来越多的关注。纳米银（Ag NPs）作为一种高效的广谱抗菌剂，对多种微生物均有抗菌作用，但是在实际的应用中也存在着诸如分散性较差，不容易保存和稳定性差的问题。因此，本研究通过将Ag NPs负载在纳米二氧化硅（SiO2）上，改善其性能。聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinyl Pyrrolidone，PVP）是一种水溶性高分子，有良好的成膜性，可以作为导尿管润滑涂层材料。　　本文从多个方面评价了导尿管涂层的性质：　　（1）制备了粒径大小在356 nm左右的SiO2，将银离子还原负载在SiO2上，制备出 Ag@SiO2纳米球，SiO2的球状结构没有被破坏，在低浓度时也表现出对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效果。　　（2）通过等离子体处理对硅胶导尿管表面进行活化，硅烷偶联处理，将Ag@SiO2与PVP结合在导尿管上制备出PVP/Ag@SiO2-导尿管，研究证明，经过改性后的导尿管表面形貌发生改变，对导尿管的润滑性能产生了影响。涂层导尿管在干态下的摩擦系数.由0.436降到0.110，在湿态下的摩擦系数由0.439降到0.084。经过人工尿液浸泡后，涂层导尿管的摩擦系数只有 0.162，远低于硅胶导尿管。水接触角实验表明涂层导尿管的亲水性得到了极大的改善，水接触角由99.29°降到47.64°。　　（3）溶血实验表明涂层导尿管的溶血率仅有0.433%，证明导尿管具有良好的血液相容性。抗菌实验表明该涂层导尿管对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌都表现出了优良的抗菌效果，通过L929体外细胞实验测试了涂层导尿管的生物相容性，结果表明涂层导尿管没有明显的细胞毒性，对细胞增殖和细胞活力无影响。

关键词： 镁合金   塑性变形   力学性能   显微组织   变形机制   析出行为  

摘要： 近年来,添加高含量稀土(Rare-earth,RE)元素的稀土镁合金作为高强合金的典型代表受到国内外研究人员的广泛关注。稀土镁合金在变形过程中会析出高密度的第二相,极大提高了合金的变形抗力。通过轧制手段制备稀土镁合金板材成形性较差,通常表现出高强度低塑性的特点,如何制备兼具高强度与高塑性的轧制稀土镁合金板材仍是有待解决的难题。此外,稀土镁合金中析出相形貌及尺寸的多样性导致其对位错滑移机制的影响相对复杂,还需进行详细探究。同时,稀土镁合金及含稀土元素的镁合金基体内通常存在难溶共晶相,其对合金塑性的损害不容忽视,探索提高含粗大共晶相合金的强塑性的方法具有重要意义。综上,本文以Mg-4Y-3RE-0.5Zr和Mg-8Al-0.5Zn-0.8Ce合金为对象,围绕力学性能,变形机制及组织调控等方面开展了研究工作。在第三章中探究了衬板控轧(Hard-plate rolling,HPR)高强塑性混晶结构Mg-4Y-3Nd-0.5Zr合金粗晶与细晶的析出行为及变形机制,揭示了柱面析出相与非基面位错交互产生的析出强化;在第四章中进一步揭示了Mg-4Y-2Nd-1Gd-0.5Zr合金时效析出的柱面相对变形机制及力学性能的影响;在第五章中开发了多道次降压下量的旋转衬板控轧(Rotated hard-plate rolling,RHPR)技术,通过RHPR变形在含粗大AlCe相的Mg-8Al-0.5Zn-0.8Ce合金基体内获得了均匀分布的高密度小角度晶界,实现了含粗大共晶相合金的强塑性协同,探讨了高密度小角度晶界提高强塑性机制。主要结论如下:(1)研究了混晶结构Mg-4Y-3Nd-0.5Zr合金变形机制及析出行为。基于HPR过程的不均匀变形,混晶结构Mg-4Y-3Nd-0.5Zr合金中粗晶与细晶的动态析出行为存在差异,细晶区析出相位于晶界,为稳态β相,粗晶区析出相位于晶内,为亚稳态β相。合金在室温拉伸变形过程中,弱织构细晶区以基面位错为主导,而多种因素(晶粒取向、固溶元素、析出相及混晶结构不均匀变形)共同促进了粗晶区高比例非基面位错滑移的开启。(2)揭示了混晶结构Mg-4Y-3Nd-0.5Zr合金高强塑性来源。混晶结构Mg-4Y-3Nd-0.5Zr合金屈服强度为～311.7 MPa,抗拉强度为～322.1 MPa,断裂延伸率为～11.8%。高强度主要来自于亚微米级细晶带来的晶界强化,高塑性来自细晶间基面位错滑移传递及粗晶内非基面位错滑移开启。(3)揭示了时效Mg-4Y-2Nd-1Gd-0.5Zr合金中柱面析出相对基面位错的强阻碍作用。200°C及250°C峰时效后,析出的柱面板状β′相降低了基面位错与非基面位错滑移临界剪切应力(Critical resolved shear stress,CRSS)的差值,提高了拉伸变形过程中非基面位错滑移开启的比例。同时,200°C及250°C峰时效后的合金具有较高的加工硬化率,使合金强度大幅提高,200°C峰时效合金屈服强度～221.3 MPa,抗拉强度可达～334.4 MPa。(4)揭示了影响柱面板状相对基面位错强阻碍作用的关键因素为析出相间距λ。随峰时效温度提高,Mg-4Y-2Nd-1Gd-0.5Zr合金室温拉伸变形过程中开启的非基面位错滑移比例逐渐下降,300°C峰时效样品中柱面板状β相间距λ最大,样品在拉伸过程中开启的位错滑移机制与无析出相的固溶态样品接近。(5)实现了含粗大共晶相Mg-8Al-0.5Zn-0.8Ce合金强塑性协同。基于HPR工艺开发了旋转衬板控轧(Rotated hard-plate rolling,RHPR)工艺。RHPR变形Mg-8Al-0.5Zn-0.8Ce合金屈服强度为～308.2 MPa,抗拉强度为～359.9MPa,断裂延伸率为～13.8%。相较于初始挤压态样品,RHPR变形Mg-8Al-0.5Zn-0.8Ce合金屈服强度提高～161 MPa,断裂延伸率仅下降～2.8%。(6)揭示了RHPR变形Mg-8Al-0.5Zn-0.8Ce合金组织形成机制及强塑性提高机制。基于多道次降压下量轧制过程中不完全连续动态再结晶及中间退火过程中的位错回复,RHPR变形Mg-8Al-0.5Zn-0.8Ce合金基体内保留了高密度小角度晶界(Low angle boundary,LAB),其能够有效阻碍位错运动,提高合金屈服强度,同时能够协调拉伸应变,避免合金基体内粗大AlCe相处微裂纹萌生。