镁合金是目前最轻的金属结构材料，具有比强度比刚度高、阻尼减震能力强、导热性好和易于回收等优点，在汽车、摩托车等交通工具、3C产品、航空航天及国防军工等领域具有广泛的应用前景。但强度和塑性的不足限制了镁合金在工业上的实际应用。镁合金的塑性变形主要通过位错滑移和形变孪生来相互协调。因此，全面认识和理解镁合金在塑性过程中产生的各类晶格缺陷的结构特征及形成机制、晶格缺陷与晶格缺陷的交互作用及溶质原子与晶格缺陷的交互作用，有助于深刻理解镁合金塑性变形过程中的变形机制和力学行为，为设计高性能镁合金提供一定的理论依据。
　　利用球差矫正扫描透射电镜的高角环形暗场（HAADF-STEM）成像技术，本文首先系统研究了Mg–0.4Bi合金冷轧样品中的层错和位错结构，并根据经典位错理论探讨了合金中不同层错结构的形成机制。研究结果表明：（1）冷轧态Mg?Bi合金中含有I1和I2两种层错。大多数I1的形成与位错分解有关，只有极少数I1是类生长型，它们主要分布在{101-2}孪晶内部而少量分布在镁基体中；I2层错则来源于基面位错的分解，它们分布于孪晶和基体中且分布情况无明显差异。（2）观察到一个不常见的I1层错，其总的柏氏矢量投影类似于一个60°基面位错。该缺陷由基面位错与类生长型I1层错发生反应而形成。（3）一些I1层错上还存在台阶状缺陷，每个台阶分别对应形成一个Shockley不全位错（1/3<101-0>）。根据Shockley不全位错在单个I1层错上的分布特点，可分为三类：I1上有一个Shockley不全位错、I1上有两个符号相同的Shockley不全位错以及I1上有两个符号相反的Shockley不全位错。有趣的是，这两个符号相同或相反的Shockley不全位错之间的层错类型为I1而非I2。晶体学几何分析表明I1层错上的Shockley不全位错的形成是由基面位错与I1末端的Frank不全位错（1/6<202-3>）发生反应引起的。
　　随后，本文对Mg?Bi和Mg-Pb合金的孪晶界上溶质原子的偏聚行为进行了系统研究。研究结果表明：（1）两种合金的共格孪晶界上出现了反常的溶质原子偏聚现象，即大原子Bi或Pb偏聚到{10-11}共格孪晶界的受压位置，而在{101-2}共格孪晶界受拉和受压位置均未观察到明显的溶质原子偏聚。（2）Bi和Pb在{10-11}共格孪晶界受压位置的溶质浓度分别为~20%和~40%，而非过去研究者们广泛认为的100%占有率。（3）除应变场效应外，溶质原子与共格孪晶界上Mg原子之间的强交互作用可能是影响镁合金共格孪晶界溶质原子偏聚行为的另一个重要因素。
　　最后，本文还对Mg–Gd合金中的形变孪生行为进行了研究。研究结果表明：（1）相对于纯镁只启动{10-12}孪生，Mg–Gd合金不仅启动{10-12}孪生，还启动{112-1}孪生，且{112-1}孪晶数目随着合金中Gd浓度增加而增多。（2）第一性原理表明Mg–Gd合金中大量{112-1}孪晶的形成与Gd原子有效降低{112-1}孪晶界面能有关。该孪晶界面能的降低是由溶解在α-g中的高浓度Gd原子显著减小{112?1}孪晶界面处的弹性应力场引起。