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在镁合金系列中，运用最广泛的是Al作为主要合金元素的镁合金。然而现有的商业用合金（如AZ系列、AM系列）在很多零件上不能应用，如引擎、变速箱等，因为常用的Mg-Al系合金都要受到其低于120℃的服役温度的使用限制，这根源于Al12Mg17相在高温下会发生软化，使得其蠕变性能很差。近几年随着镁的开发热潮，由于工业特别是交通业的需求，迫切需要人们开发出新的系列的镁合金，这种镁合金须具有良好的力学性能，在高温下有稳定的显微结构，以及良好的铸造性能，而且成本要相对低廉。Mg-Sn合金较好地满足了这些要求：相对于常用的Mg-Al、Mg-Zn等镁合金，Mg-Sn二元合金凝固区间小，其最大的液固温度范围是67℃，这与Mg-Al、Mg-Zn合金最大的液固温度范围136℃、283℃相比要窄得多，因此Mg-Sn合金在凝固过程中形成的诸如疏松和热裂等铸造缺陷少；Sn在Mg中的固溶度从在共晶形成温度561℃的14.85wt％到200℃的0.45wt％，如此大的固溶度的变化范围，为后续的时效强化提供了很大的空间；析出相Mg2Sn（FCC晶体结构，a=0.676nm，空间群m（?）m）的熔点高达771.5℃，明显高于Mg17Al12（462℃）、MgZn（347℃）相的熔点。Mg-Sn合金作为新的系列的镁合金在国际已引起了重视，但总体上目前的工作都是刚刚展开，很多研究工作需要继续深入。本文系统研究了铸态Mg-Sn二元合金的组织与性能，优化出了Sn的含量为5wt％，即Mg-5％Sn合金具有良好的综合性能：在此基础上，对Mg-5％Sn合金的固态时效过程及价电子结构进行了深入的研究，从电子层次上揭示了Mg-5％Sn合金相变机理；实验还考察了混合稀土元素Di对Mg-5％Sn合金组织与性能的影响。本研究达到了预期的研究目标，取得了一些具有理论价值和工程价值的创新性研究成果。获得了以下重要结论：1、Mg-5％Sn合金的固溶过程为：α-Mg枝晶首先消失，同时共晶Mg2Sn迅速溶解，此两个过程应该伴随着成分均匀化过程，少量较大尺寸的离异共晶Mg2Sn溶解速度较慢，最后α-Mg发生类似再结晶的现象。2、Mg-5％Sn合金脱溶时效过程为：晶界连续非均匀脱溶加晶内连续均匀脱溶。160℃～240℃可能的脱溶过程为SSSS→β′→β，而280℃脱溶过程为SSSS→β。3．Mg-5％Sn合金脱溶时效过程中晶内沉淀相有盘片状、板条状两种形状。160℃时效720h，沉淀相与基体的位向关系是（110）p∥（0001）m，<001>p∥<11（?）0>m，与基体保持共格关系，含Sn为5-7at％，为贫溶质相；240℃时效16h，沉淀相与基体的位向关系是（111）p∥（0001）m，<110>p∥<11（?）0>m，其中板条相含Sn13.38at％，为贫溶质相，与基体保持半共格关系，盘片状沉淀相含Sn30.51at％，接近Mg2Sn成分，与基体为非共格关系。4．Mg-5％Sn合金脱溶时效过程中晶界上沉淀相形状为盘片状。160℃时效720h沉淀相与基体的位向关系是（110）p∥（0001）m，<001>p∥<11（?）0>m，与基体保持共格关系，含Sn为20.51at％，为贫溶质相，尺寸比晶内沉淀相略大：240℃时效16h沉淀相与基体的位向关系（111）p∥（0001）m，<110>p∥<11（?）0>m，与基体为非共格关系，含Sn为32.26at％，为平衡相，尺寸与晶内沉淀相相当。5、Mg-5％Sn合金脱溶时效过程中，晶界两侧伴有无析出带（PFZ）出现。PFZ的宽度随时效时间的延长先增大后减小；时效温度对PFZ宽度的影响远大于时间的影响，提高时效温度使PFZ的宽度增加。在本实验条件下，PFZ的生成可能由溶质贫化机制导致。6、利用EET理论建立了Mg-5％Sn二元合金固态时效过程中各相的价电子结构模型，计算表明亚稳相β′和平衡相β中共价键明显比合金基体的共价键要强。Mg2Sn平衡相中最强键的键强稍高于亚稳相β′相中最强键的键强，因而平衡相β比亚稳相β′相稳定。亚稳相β′（111）面的界面与基体α-Mg（0001）面的面电荷密度连续，而稳态相β（Mg2Sn）的界面的面电荷密度相差较大。这些计算结果有助于理解Mg-5％Sn合金时效过程中沉淀相的作用。7、Mg-5％Sn合金加入钕镨混合稀土金属Di明显改善了合金的力学性能，尤其是高温强度和高温抗蠕变性能。Mg-5％Sn-2％Di合金室温的拉伸性能稍差于AE42合金，而在150℃、175℃条件下，拉伸性能超过了AE42合金。Mg-5％Sn-2％Di合金表现出优良的抗蠕变性能，在相同的实验条件下，其压蠕变速率明显小于AE42合金。可以合理地预测，Mg-Sn-RE合金是极具潜力的高温抗蠕变新型镁合金。