純鎂中加入某些有用的合金元素可獲得不同的鎂合金，合金元素影響鎂合金的力學(xué)、物理、化學(xué)和工藝性能，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。

鋁是鎂合金中最重要的合金元素。合金用作結(jié)構(gòu)材料時(shí)，合金元素對(duì)加工性能的影響比對(duì)物理性能的影響重要得多。

鋰在鎂中的固溶度相對(duì)較高，可以產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效應(yīng)，并能顯著降低鎂合金的密度，甚至能夠得到比純鎂密度還低的鎂鋰合金。

鋰還可以改善鎂合金的延展性，特別是當(dāng)鋰含量達(dá)到約11%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，能形成具有體心立方結(jié)構(gòu)的β相，從而大幅度提高鎂合金的塑性變形能力，為合金的冷加工提供了前提，(α+β)合金還具有超塑性。

鋰能提高鎂合金的延展性，同時(shí)也會(huì)顯著降低強(qiáng)度和抗蝕性。溫度稍高時(shí)，Mg-Li合金會(huì)出現(xiàn)過(guò)時(shí)效現(xiàn)象，但有時(shí)也能產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化效應(yīng)。由于Mg-Li合金的強(qiáng)度問(wèn)題，至今為止其應(yīng)用仍然非常有限。

此外，鋰增大了鎂蒸發(fā)及燃燒的危險(xiǎn)，只能在保護(hù)密封條件下冶煉。當(dāng)鋰含量達(dá)到約30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以上時(shí)，鎂鋰合金具有面心立方結(jié)構(gòu)。

微量的鈹能有效地降低鎂合金在熔融、鑄造和焊接過(guò)程中金屬熔體表面的氧化。目前，壓鑄鎂合金和鍛造鎂合金都成功地應(yīng)用了這種特性。

鈹含量過(guò)高時(shí)存在晶粒粗化效應(yīng)，因此砂鑄鎂合金中需謹(jǐn)慎使用，變形鎂合金也要控制其含量。

鋁是鎂合金中最常用的合金元素。鋁與鎂能形成有限固溶體，在共晶溫度(437℃）下的飽和溶解度為12.7%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。在提高合金強(qiáng)度和硬度的同時(shí)，也能拓寬凝固區(qū)，改善鑄造性能，有形成顯微疏松的傾向。由于溶解度隨溫度下降而顯著減小，所以鎂鋁合金可以進(jìn)行熱處理。

含鋁量過(guò)高時(shí)，合金的應(yīng)力腐蝕傾向加劇，脆性提高。市售鎂合金的鋁含量通常低于10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。鋁含量為6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，合金的強(qiáng)度和延展性匹配得最好。

Ca在Mg中的固溶度極微，與Mg形成Mg₂Ca化合物，沒(méi)有固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化作用。

少量的鈣能夠改善鎂合金的冶金質(zhì)量，許多生產(chǎn)廠家利用這一點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)鎂合金的冶金質(zhì)量控制。添加鈣的目的主要有兩點(diǎn)：其一是在鑄造合金澆注前加入來(lái)減輕金屬熔體和鑄件熱處理過(guò)程中的氧化；其二是細(xì)化合金晶粒，提高合金蠕變抗力，提高薄板的可軋制性。鈣的添加量應(yīng)控制在0.3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以下，否則薄板在焊接過(guò)程中容易開(kāi)裂。鈣還可以降低鎂合金的微電池效應(yīng)。

在Mg-AI合金中加Ca，形成(Mg、Al)₂Ca化合物，具有與鎂相似的六方晶體結(jié)構(gòu)，與基體形成牢固的界面，(Mg、Al)₂Ca的熱穩(wěn)定性和界面結(jié)合力強(qiáng)并在晶界起到釘扎作用，從而能提高合金整體蠕變抗力。

在Mg-Cu-Ca合金中，由于Mg₂Ca的析出，中和了Mg₂Cu相的電池效應(yīng)，從而導(dǎo)致陰極活性區(qū)減小?？焖倌藺Z91合金中添加2%Ca后，腐蝕速率由0.8mm/a下降至0.2mm/a。然而Ca在水溶液中不穩(wěn)定，在pH值較高時(shí)能形成Ca(OH)₂。此外，添加鈣將導(dǎo)致鑄造鎂合金產(chǎn)生黏模缺陷和熱裂。

少量的Cu可以提高壓鑄鎂合金的抗蠕變性能。

銅是影響鎂合金抗蝕性的元素，添加量不小于0.05%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，顯著降低鎂合金抗蝕性，在Mg-AI-Zn合金中，Cu會(huì)因?yàn)樾纬晒簿郙g(Cu,Zn)而使鎂合金的耐蝕性能降低。

銅能提高合金的高溫強(qiáng)度。

與銅一樣，鐵也是一種影響鎂合金抗蝕性的元素。即使含極微量的雜質(zhì)也能大大降低鎂合金的抗蝕性。

通常鎂合金中鐵平均含量為0.01％~0.03%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。為了保證鎂合金的抗蝕性，鐵含量不得超過(guò)0.005%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

鎂合金中添加錳對(duì)抗拉強(qiáng)度幾乎沒(méi)有影響，但是能稍微提高屈服強(qiáng)度。

Mn的主要作用是提高鎂合金的耐蝕性能，以Mn為主要合金化元素的Mg-Mn合金具有良好的耐蝕性能。在其他鑄造鎂合金或變形鎂合金中，往往加入少量的Mn，與嚴(yán)重?fù)p害鎂合金耐蝕性能的雜質(zhì)Fe形成高熔點(diǎn)化合物而沉淀出來(lái)，減小Fe的有害影響，提高合金的耐蝕性能。例如，錳通過(guò)除去鐵及其它重金屬元素，避免生成有害的金屬間化合物來(lái)提高M(jìn)g-Al合金和Mg-Al-Zn合金的抗海水腐蝕能力。

錳在鎂中的固溶度較低，且不與鎂生成化合物。鎂合金中的錳通常可以細(xì)化晶粒，提高可焊性，但對(duì)鑄造工藝性能不利。

此外，Mn能提高鎂合金的蠕變抗力。

鎳類(lèi)似于鐵，是另一種有害的雜質(zhì)元素，少量的鎳會(huì)大大降低鎂合金的抗蝕性。

常用鎂合金的鎳含量為0.01％~0.03%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。如果要保證鎂合金的抗蝕性，鎳含量不得超過(guò)0.005%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

稀土是一種重要的合金化元素，開(kāi)發(fā)高溫稀土鎂合金是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。

稀土鎂合金的固溶和時(shí)效強(qiáng)化效果隨著稀土元素原子序數(shù)的增加而增加，因此稀土元素對(duì)鎂的力學(xué)性能的影響基本是按鑭、鈰、富鈰的混合稀土、鐠、釹的順序排列。

鎂合金中添加的稀土元素分兩類(lèi)，一類(lèi)為含鈰的混合稀土，另一類(lèi)為不含鈰的混合稀土。含鈰的混合稀土是一種天然的稀土混合物，由鑭、釹和鈰組成，其中鈰含量為50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；不含鈰的混合稀土為85%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）釹和15%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）錯(cuò)的混合物。

稀土元素原子擴(kuò)散能力差，既可以提高鎂合金再結(jié)晶溫度和減緩再結(jié)晶過(guò)程，又可以析出非常穩(wěn)定的彌散相粒子，從而能大幅度提高鎂合金的高溫強(qiáng)度和蠕變抗力。有研究表明，Gd、Dy和Y等通過(guò)影響沉淀析出反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和沉淀相的體積分?jǐn)?shù)來(lái)影響鎂合金的性能，Mg-Nd-Gd合金時(shí)效后的抗拉強(qiáng)度高于相應(yīng)的Mg-Nd-Y和Mg-Nd-Dy合金。

鎂合金中添加兩種或兩種以上稀土元素時(shí)，由于稀土元素間的相互作用，能降低彼此在鎂中的固溶度，并相互影響其過(guò)飽和固溶體的沉淀析出動(dòng)力學(xué)，后者能產(chǎn)生附加的強(qiáng)化作用。

此外，稀土元素能使合金凝固溫度區(qū)間變窄，并且能減輕焊縫開(kāi)裂和提高鑄件的致密性。

鎂合金中添加硅能提高熔融金屬的流動(dòng)性，與鐵共存時(shí)，會(huì)降低鎂合金的抗蝕性。添加硅后生成的Mg₂Si具有高熔點(diǎn)（1085℃)、低密度（1.9g/cm³）、高彈性模量(120GPa）和低線膨脹系數(shù)（7.5 x10^-6℃），是一種非常有效的強(qiáng)化相，通常在冷卻速度較快的凝固過(guò)程中得到。特別是與稀土一起加入時(shí)，可以形成穩(wěn)定的硅化物來(lái)改善合金的高溫抗拉性能和蠕變性能，但對(duì)合金抗腐蝕行為不利。

Si也是一種弱的晶粒細(xì)化劑，同時(shí)與Al、Zn、Ag等相容。

銀在鎂中的固溶度大，最大可達(dá)到15.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。銀的原子半徑與鎂的相差11%，當(dāng)Ag溶入Mg中后，間隙式固溶原子造成非球形對(duì)稱(chēng)畸變，產(chǎn)生很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化效果。同時(shí)Ag能增大固溶體和時(shí)效析出相之間的單位體積自由能。

此外，Ag與空位結(jié)合能較大，可優(yōu)先與空位結(jié)合，使原子擴(kuò)散減慢，阻礙時(shí)效析出相長(zhǎng)大，阻礙溶質(zhì)原子和空位逸出晶界，減少或消除了時(shí)效處理時(shí)在晶界附近出現(xiàn)的沉淀帶，使合金組織中彌散性連續(xù)析出的γ相占主導(dǎo)地位。

因此，鎂合金中添加銀，能增強(qiáng)時(shí)效強(qiáng)化效應(yīng)，提高鎂合金的高溫強(qiáng)度和蠕變抗力，但降低合金抗蝕性。有關(guān)銀對(duì)Mg-Al-Zn合金顯微組織和力學(xué)性能影響的研究表明：隨Ag含量增加，合金屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度顯著提高。

Ag往往與稀土元素一同加入，可提高合金的高溫強(qiáng)度和蠕變能力。

鎂合金中添加釷能提高合金在370℃以上的蠕變強(qiáng)度。常規(guī)鎂合金中含2％~3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）釷，與鋅、鋯和錳結(jié)合。

Th能夠提高鎂合金的焊接性能。

Th是提高鎂合金高溫強(qiáng)度和蠕變性能的最佳元素，但是具有放射性，其應(yīng)用受到很大限制。

鎂合金中添加錫并與少量的鋁結(jié)合非常有用。

錫能提高鎂合金的延展性，降低熱加工時(shí)的開(kāi)裂傾向，從而有利于錘鍛。

Sb能細(xì)化Mg-Al-Zn-Si合金晶粒，并改變Mg₂Si相的形貌，由粗大的漢字形顆粒變?yōu)榧?xì)小的多變形顆粒，其晶粒細(xì)化效果甚至比Ca更顯著。

Sb和混合稀土一起加入Mg-Al-Zn-Si合金時(shí)，鎂合金的抗蝕性大大提高，甚至優(yōu)于AE42合金；其室溫力學(xué)性能優(yōu)于AZ91合金；其高溫性能優(yōu)于AE42合金。

鋅在鎂中最大固溶度為6.2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），是除鋁以外的另一種非常有效的合金化元素。Zn在Mg中的固溶度較大，且隨溫度降低而顯著減小，因此可以使合金產(chǎn)生具有固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化的雙重作用。

鋅通常與鋁結(jié)合來(lái)提高室溫強(qiáng)度。

當(dāng)鎂合金中鋁含量為7％~10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）且鋅添加量超過(guò)1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，鎂合金的熱脆性明顯增加。

鋅也同鋯、稀土或釷結(jié)合，形成強(qiáng)度較高的沉淀強(qiáng)化鎂合金。

高鋅鎂合金由于結(jié)晶溫度區(qū)間間隔太大，合金流動(dòng)性大大降低，從而鑄造性能較差。

此外，鋅也能減輕因鐵、鎳存在而引起的腐蝕作用。

鋯在鎂中的固溶度很小，在包晶溫度下僅為0.58%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），具有很強(qiáng)的晶粒細(xì)化作用。α-Zr的晶格常數(shù)（a=0.323nm，c=0.514nm）與鎂（a=0.321nm，c=0.521nm）非常接近，在凝固過(guò)程中先形成的富鋯固相粒子將為鎂晶粒提供異質(zhì)形核位置。

鋯的主要作用是細(xì)化晶粒，是鎂合金最有效的晶粒細(xì)化劑。因而改善鑄件質(zhì)量，明顯提高合金塑性，并且有一定的強(qiáng)化作用。

鋯可以添加到含鋅、稀土、釷或這些元素的合金中充當(dāng)晶粒細(xì)化劑。鋯不能添加到含鋁的合金中，因?yàn)樗芡@些元素形成穩(wěn)定的化合物而從固溶體中分離出來(lái)。由于Zr與AI、Mn形成穩(wěn)定化合物而沉淀，不能起到細(xì)化晶粒的作用，所以Mg-AI系和Mg-Mn系合金不加Zr。因而有含Zr與不含Zr鎂合金之分。

此外，鋯也能與熔體中的鐵、硅、碳、氮、氧和氫等形成穩(wěn)定的化合物而凈化熔體。由于只有固溶體中的鋯用于晶粒細(xì)化，從而對(duì)合金有用的只是固溶部分的鋯，而并不是所有的鋯。目前鋯細(xì)化鎂合金的機(jī)理尚不十分清楚，普遍認(rèn)為鋯可以作為鎂合金形核的基底。

鋯在變形鎂合金中可以抑制晶粒長(zhǎng)大，因而含鋯鎂合金在退火或加工后仍具有較高的力學(xué)性能。

釔在鎂中的固溶度較高，為12.4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），同其它稀土元素一起能提高鎂合金高溫抗拉性能及蠕變性能，改善腐蝕行為。高溫力學(xué)性能的改善可歸因于固溶強(qiáng)化、對(duì)合金枝晶組織的細(xì)化和沉淀產(chǎn)物的彌散化。

鎂中添加4％~5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))釔能形成WE54、WE43合金，在250℃以上的高溫性能優(yōu)良。就Mg-Y二元合金而言，合金的延性隨Y含量的增加而由高延性-延性、脆性轉(zhuǎn)變，當(dāng)Y大于8%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，Mg-Y合金就會(huì)產(chǎn)生脆性。然而從實(shí)用的觀點(diǎn)，釔價(jià)格昂貴且難以加進(jìn)熔融的鎂中。

由于Cd與Mg的原子半徑、電負(fù)性差別小，而且晶體結(jié)構(gòu)相同，因此可與Mg形成連續(xù)固溶體。

Cd能提高M(jìn)g的塑性，由于Cd的熔點(diǎn)低（321℃），所形成的化合物Cd₃Mg、CdMg、CdMg₃熔點(diǎn)更低，對(duì)Mg的強(qiáng)度和其他性能沒(méi)有產(chǎn)生特殊的影響，且Cd有毒，因此沒(méi)有得到工業(yè)應(yīng)用。

銦的熔點(diǎn)低(157℃)，一些低熔點(diǎn)元素能增加鎂對(duì)熱激活滑移的敏感性，因此能明顯提高鎂的塑性，In是其中有代表性的元素。

In在Mg中的固溶度比較大，最大固溶度接近x_(In)=20%，室溫時(shí)超過(guò)x_(In)=10%，這在二元鎂合金包晶反應(yīng)類(lèi)合金中也是特殊的，但由于其固溶度隨溫度變化不大，對(duì)鎂的強(qiáng)化作用弱。

Sc提高鎂的室溫和高溫強(qiáng)度，與Ce、Mn等元素同時(shí)加入時(shí)，顯著提高合金的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能。

Pb在Mg中固溶度大，且隨溫度變化大，因此有固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化作用。但Pb會(huì)降低塑性。

Pb還可以明顯提高M(jìn)g的腐蝕電位。

Bi可產(chǎn)生固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化作用，由于Mg₃Bi₂可強(qiáng)化晶界，對(duì)改善耐熱性能有利，但降低合金塑性。

Sr可細(xì)化晶粒，能提高合金的蠕變性能，對(duì)耐蝕性能有利。

Fe是常見(jiàn)的雜質(zhì)元素，主要源于鎂合金的熔煉器。分散在鎂基體中的Fe顆粒與鎂基體之間形成電偶對(duì)是引起鎂合金腐蝕的主要原因。少量Al元素的加入會(huì)大大降低Fe的極限含量，主要是由于Fe與Al極易生成比離散Fe離子更活潑的新相（FeAl₃)。

通常在鎂合金生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)添加Mn來(lái)降低雜質(zhì)Fe的含量。

在工業(yè)鎂合金中Fe的最大允許含量為0.01％~0.03％。對(duì)耐高溫腐蝕的鎂合金，美國(guó)ASTM規(guī)定Fe的質(zhì)量含量要控制在0.005％以下。

Ni在Mg中的溶解度很低，所以鎂合金中的Ni通常是以獨(dú)立相存在。

Ni對(duì)鎂耐蝕性能的危害比Fe還要大，所以在純鎂和鎂合金中Ni的極限含量很低。

Ni在鎂合金中的極限含量不受其它合金元素的影響，但受成形方式的影響。

在工業(yè)鎂合金中Ni的最大允許含量為0.01％~0.03%。美國(guó)ASTM規(guī)定耐高溫腐蝕的鎂合金中Ni的質(zhì)量含量要控制在0.002％以下。

對(duì)鎂合金的耐蝕性能有很強(qiáng)的負(fù)面影響，但Co在鎂合金中不是一種常見(jiàn)的雜質(zhì)元素。