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作为当今世界最轻的金属结构材料，镁合金比强度、比刚度高，在航空航天、汽车等领域已有一定应用，但较差的塑性、高温力学性能制约了镁合金的广泛应用。近些年，人们发现长周期堆垛有序（LPSO）结构相不仅硬度高、弹性模量高，而且热稳定性高，是镁合金中优异的强化相，可大大提高镁合金的室温和高温力学性能。本文用常规铸造法制备了LPSO结构增强的Mg96Gd3Zn1-xNix(x=0,0.1,0.3,0.5,1)和Mg95.7Gd3Ni1Al0.3Sry(y=0,0.1,0.2,0.3)合金，并对合金进行热处理，探究了Zn、Ni元素参与形成Mg-Gd合金中LPSO相的异同点及原因、Ni部分取代或完全取代Mg96Gd3Zn1合金中的Zn元素对合金的影响，以及Al和Sr元素对Mg96Gd3Ni1合金的组织形貌和力学性能的影响。研究结果如下：添加Ni元素不仅可以促使铸态Mg-Gd-Zn合金中生成大量LPSO相，还可以大幅度提高铸态合金的强度尤其是塑性。铸态Mg96Gd3Ni1合金的抗拉强度和伸长率分别达203MPa和8.8%，相比Mg96Gd3Zn1合金分别提高了19.7%和63.6%。经过固溶处理，Mg-Gd-Zn和Mg-Gd-Zn-Ni合金中均生成大量LPSO相，且LPSO相的成分中Gd与Zn、Ni原子和之比始终基本相同。Mg-Gd-Ni合金中的LPSO相具有较高的热稳定性，在固溶处理时没有发生明显变化。经过时效处理，所有Mg-Gd-Zn、Mg-Gd-Zn-Ni和Mg-Gd-Ni合金的抗拉强度和伸长率都得到提高。相比Zn元素，Ni对提高时效态合金的抗拉强度的幅度较小，但Ni元素可明显提高铸态和时效态合金的塑性。在Mg96Gd3Ni1合金中添加0.3at.%Al，合金中LPSO相的体积分数明显提高；合金中的枝晶得到改善，晶粒明显细化；合金中生成细小弥散分布的杆状和花瓣状Mg-Gd-Ni-Al四元新相，它们的成分分别为Mg73.9Gd9.3Ni8.5Al8.3、Mg44.4Gd16.9Ni16.3Al22.4，花瓣状相具有特殊形貌，其花瓣间夹角约为60度，且这些新相具有较高的热稳定性和硬度。添加Sr元素可进一步细化Mg95.7Gd3Ni1Al0.3合金的显微组织；添加0.1at.%Sr即可达到较好的晶粒细化效果，过量Sr（0.3at.%）使合金中生成三元Mg-Gd-Sr新相；Sr元素不直接参与杆状和花瓣状相的生成，但可明显促进这些相的长大。通过添加0.3at.%Al和0.1at.%Sr，Mg96Gd3Ni1合金的组织明显细化、LPSO相增多，并且杆状相和花瓣状相对合金具有弥散强化效果，合金的宏观硬度得到明显提高。