镁合金因其密度低、比强度高、刚性好等优良特性在各行各业中得到广泛的应用,但是其应用领域的拓展也因其易氧化燃烧、耐蚀性差以及塑性变形能力差等原因而受到限制,目前新型镁合金的开发大多聚焦于力学性能和成形性等问题,对于镁合金在高温环境时的氧化行为的研究较少,目前对于镁合金高温氧化性的研究主要集中于二元和三元镁合金,对于工业上常用的AZ系合金的高温氧化性能的研究比较少。本文选取工业中应用最广泛的AZ91铸造镁合金作为基础合金,在合金中添加不同含量的Gd、Y或Ca元素,通过等温氧化实验,考察三种元素对于AZ91合金在450℃～650℃的高温下的氧化动力学规律,通过金相显微镜、扫描电镜(SEM)、多晶X射线衍射仪(XRD)等分析手段考察合金元素对组织和物相的影响,合金氧化膜的形貌、结构以及物相成分等因素对合金抗高温氧化性能的影响。研究取得以下主要结论:(1)Gd、Y或Ca添加在AZ91合金中改变了合金的组织和物相组成。Gd和Y使AZ91合金中的枝晶变细,网状第二相断开转变为棒状和颗粒状,Ca使岛状第二相向细杆状和由细杆形成的网状转变;Gd、Y和Ca均消耗了第二相中的Al,形成了相应的Al2Gd、Al2Y和Al2Ca三种高温稳定相;(2)少量添加Gd、Y或Ca后,AZ91合金在450℃下的氧化增重均减少,抗高温氧化性能均显著提高,其添加效果依Y、Gd、Ca顺序逐渐减弱;增加元素的添加量均可进一步提高合金的抗高温氧化性,其中Gd含量的影响最明显,Y含量的影响最小,比较表明,添加0.5wt.%Y、1.0wt.%Gd或2.0wt.%Ca可以达到同等的抗氧化效果;(3)少量添加Gd、Y或Ca后,AZ91合金在500℃下的抗高温氧化性均降低,其中Gd的影响最大,增加添加量均使合金的抗高温氧化性逐渐提高,在Y或Ca分别达到0.5wt.%和1.0wt.%,其抗高温氧化性均好于不添加时,而增加Gd含量尽管其抗高温氧化性有改善,但均不如AZ91基体合金;(4)少量添加Gd后,AZ91合金在550℃下的抗高温氧化性降低,增加Gd含量尽管其抗高温氧化性有改善,但均不如不添加时;而少量添加Y或Ca后,AZ91合金在550℃下的抗高温氧化性显著提高,添加0.25wt.%Y或1.0wt.%Ca对AZ91合金的抗高温氧化性提高显著,继续增加添加量,其效果无进一步明显改善;(5)Gd的添加恶化了 AZ91合金的在500℃和550℃下的抗高温氧化性,这与低温熔点相β-Mg17Al12相的熔化以及Gd的氧化物有关,在高温下β-Mg17Al12相熔化更完全加速氧化反应的进行,且高温下Gd氧化活性强,形成的氧化膜结构疏松,对合金基体的保护能力有限;Y的添加提高了AZ91合金的抗高温氧化性与择优氧化有关,在发生氧化反应时Y和Al与O的亲和力大于Mg,优先生成致密氧化物YAlO3保护合金基体避免更严重的氧化;Ca在镁合金中的固溶度较小,与AZ91中的Al元素形成高温稳定相Al2Ca,减少低温熔点相β-Mg17Al12相的形成,有利于合金抗高温氧化性能的提高,而氧化后氧化物中的CaO和CaAl2O也是使AZ91镁合金的抗高温氧化性能提升的重要原因。