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尽管目前有多种理论分析了Mg-A1合金碳质细化机理及异质形核核心相的形核能力,但是由于缺乏对α-Mg与异质核心界面机制的有效研究,不同理论给出的解释与实验现象存在矛盾。用第一原理计算方法可以从原子尺度上研究α-Mg与异质形核核心之间界面的性质,分析α-Mg/形核核心相界面的界面能及原子尺度的界面结构,是揭示异质形核内在机制的一条可行途径,且在推动Mg-A1合金晶粒细化理论的发展和提高细化剂的细化性能等方面具有重要意义。本论文对Mg/Al4C3界面和Mg/Al2CO界面的原子堆垛规律、电子结构及能量状态的第一原理研究发现,Mg与碳化物粒子A14C3和A12CO间的界面处的原子都存在最优的结合方式,Mg(0002)与A14C3(0001)形成界面后,界面处的Mg原子更倾向于直接堆垛在界面处的C原子上方,界面原子间的电荷发生了重新分布,且电荷转移呈现局域化特征,使界面处C和Mg原子间形成了离子键和极性共价键混合键,界面结合能为1.968J/m2；而Mg/Al2CO界面,Mg原子更倾向于直接堆垛在O原子上方,界面处存在离子键,界面结合能为0.427J/m2,比Mg/Al4C3界面的小很多,所以Mg/Al2CO界面结合强度比Mg/Al4C3界面小很多。Mg(0002)/Al4C3(0001)的界面能不会随着体系化学成分的变化而变化。Mg熔体中,α-Mg在A14C3粒子上形核产生的Mg/Al4C3界面能小于α-Mg直接形核时的Mg(1)/Mg(s)界面能,所以满足A14C3粒子充当α-Mg有效形核核心的能量条件,这为Mg熔体内存在Al4C3粒子时有晶粒细化效果的实验现象提供了理论解释。与Mg/A14C3界面不同,Mg/A12CO的界面能会随体系化学成分在一定范围内变化,只有当体系的化学成分达到一定水平,α-Mg才可在A12CO(0001)表面形核。对镁合金试样的SEM和EDS分析结果表明,当Mn含量较低时,容易形成α-Mg的有效形核核心,如A14C3和Al-Mn-C-Fe相,对镁合金晶粒起到较好的细化作用。随着含Mn量的提高,A18Mn5相或A18(Fe,Mn)5相与碳化物发生相互作用并持续长大,形成尺寸较大的十字花瓣状中间相,不利于a-Mg在其上发生异质形核,并消耗了A14C3等有效形核核心,从而导致a-Mg晶粒粗大。