AZ系镁合金是镁合金的重要系列,在许多领域已经得到了实际应用。为了提升AZ系镁合金的力学性能,包括稀土元素在内的许多元素被用于该系镁合金的合金化处理。它们在AZ系镁合金中以多种存在形式,通过各种机制影响合金的力学性能。固溶是合金元素在AZ系镁合金中的重要存在形式,对α-Mg固溶体基体组织具有固溶强化作用,是合金重要的强化机制。而对于固溶强化作用,它既与元素的固溶程度有关,也与固溶元素的强化效率有关。因此,了解AZ镁合金中元素的固溶程度和固溶强化效率是把握镁合金中元素的固溶作用效果的前提和基础。但是,就AZ系合金以及添加稀土等元素进行进一步合金化的合金而言,目前都缺少相应的固溶量数据,更缺乏对多元合金中元素固溶能力变化原因的分析,同时不同元素的固溶强化效率及其机制也不甚清楚。为此,本工作首先探索建立了AZ镁合金以及添加稀土的AZ-RE镁合金元素固溶量的测定方法,在此基础上,实测了AZ和AZ-RE（Ce、Y、Gd）实验镁合金在多种凝固冷却速度下（压铸非平衡凝固和控温近平衡凝固）的元素固溶量,对合金组成和凝固冷却速度条件影响元素固溶量的规律以及原因进行了分析讨论,同时对不同元素影响固溶体力学性能的效率和机制进行了初步分析。以期通过上述工作,为AZ以及AZ-RE等镁合金的元素固溶作用研究及其合金成分设计与成形加工提供参考。首先,利用镁合金中固溶体的电极电位低于化合物相的性质,建立了基于电化学相分离的元素固溶量直接测定方法。电化学相分离采用以乙醇为溶剂的有机电解液,其组成为乙醇100ml+乙酸2.0ml+松香酸60mg+苯甲酸铵200mg,电解液有合适的电导率和酸度,对温度和电解过程敏感程度低。选取α-Mg相和Mg17Al12相平衡电极电位之间的-900m V作为合金的电解电位,可使α-Mg相发生阳极反应被电解而Mg17Al12相和Al-RE相不发生电化学反应得以保留,从而能够实现α-Mg相与化合物相的有效分离。相分离过程电解液温度保持在-15℃,以抑制合金的化学反应速度。电解结束后,对反应体系中的固液相进行分离,将液相转化为可用于ICP测定的水溶液,根据溶液中合金元素的含量和被分解的固溶体的质量计算出合金元素的固溶量。用上述方法测定了实验合金中RE（Ce、Y、Gd）、Al和Zn元素的实际固溶量。结果表明,不论是非平衡凝固还是近平衡凝固的合金,RE的固溶量都特别低,Ce的固溶量在几十个ppm,Y和Gd的固溶量在数百个ppm,其中Gd的固溶量略大于Y;Al的固溶量比较大,在压铸条件下,AZ31-RE合金中Al的固溶量可以达到其在合金中含量的2/3左右,在AZ61-RE中可以达到其在合金中含量的1/2左右,在AZ91-RE中可以达到其在合金中含量1/3以上;Zn的固溶量也非常小,基本维持在0.1%左右。RE和Al的固溶量都随着自身在合金中含量的提高而增加,但相互降低对方的固溶量;Zn的固溶量随RE含量的提高略有增加,但随Al含量的提高略有减少。提高凝固冷却速度时,各元素的固溶量总体上都呈现出增加的趋势,只是Zn在近平衡凝固条件下的固溶量要高于非平衡凝固。根据Hume-Rothery固溶规则以及热力学和第一性原理计算结果,分析了Mg-X（RE、Al、Zn）体系中的合金元素在Mg基中的平衡固溶能力及其差异,表明上述合金元素均可以在Mg中固溶,且元素的固溶能力存在差异,其中Y、Gd的固溶能力远大于Ce,Al的固溶能力大于Zn。将实验合金近似看做Mg-Al-RE三元合金,对合金中的元素的平衡固溶度进行了热力学模拟计算,显示出与实测固溶量类似的变化规律。在此基础上,通过对Mg-Al-X（RE、Zn）固溶体形成能的计算和对Mg-Al-RE固溶体中元素活度相互作用系数的计算,分析讨论了元素在固溶方面的相互影响,得到了Al与RE之间相互促进固溶、而Al与Zn之间相互抑制固溶的结论。最后,对合金的组织形成过程和物相组成进行了分析,指出Al与RE在合金凝固过程优先形成Al-RE化合物是导致RE固溶量不高和Al固溶量降低的主要原因,并发现Zn更易于固溶于共晶β-Mg17Al12相。计算分析了合金元素对Mg基合金力学性能的影响,以实验和计算相结合的方法重点研究了元素的固溶强化效率及其原因。结果显示,各元素固溶强化效率的强弱排序为Y>Gd>Zn>Al,而对元素电子能级和电子轨道杂化的计算表明,在费米能级附近,Y和Gd的4d轨道电子与Mg的2s,2p轨道电子发生明显的杂化作用,表现出较强的共价键特征,Zn和Al的2s和2p轨道电子与Mg的2s和2p轨道电子杂化作用比较弱,共价键特征不明显,这种不同元素与Mg所形成的共价键的强弱差异,可能是稀土元素对固溶体的固溶强化效率高于Al和Zn的重要原因之一。