镁合金具有质量轻、比强度和比刚度高等优点,在航空、汽车、家电等行业有很广阔的应用前景。目前尚存在的问题是,镁合金的塑性、高温强度等力学性能和耐腐蚀性等尚不能完全满足工业要求,有待进一步改善和提高。添加含碳变质剂是Mg-Al系合金铸造生产过程中最常用的细化方法,也是提高镁合金综合性能的有效手段。目前含碳变质剂的使用在通用性和规范性方面存在很大不足,同时对于含碳变质法与镁合金中Mn等微量元素的相互作用关系及其形核机制,一直存在很大争议,因此有必要对此开展深入的研究。本论文系统研究了碳质法对Mg-Al系合金组织和性能的影响,并且在该基础上对碳质法的细化机理进行了探讨,为碳质法制备高性能的镁合金提供了基础的研究数据和思路。首先,对添加MgCO3、通入CO2气体和超声波处理细化AZ91镁合金的工艺进行研究。比较实验结果后得出在740℃添加1wt%MgCO3粉末能够取得比较理想的细化效果。其次,经过探讨得到在740℃以0.3L/min向镁中通5分钟的CO2气体得到了细化效果最好的镁合金。另外,对比了几种典型的含碳变质剂(MgCO3、C2C16和CO2气体)的细化过程的优缺点,发现MgCO3粉末是比较适合的一种含碳变质剂。改变镁合金中Mn含量的碳质细化实验及分析发现,当镁合金中不含Mn元素时,添加含碳变质剂不能引起镁合金的细化。只有在含Mn的前提下,添加含碳变质剂才能起到细化效果。借助SEM、DTA、EDS等分析手段,提出了镁合金的碳质法细化机理：首先,镁合金中的C与Al生成了细小的Al-C化合物,这成为了初始形核核心；在该形核核心基础上,Mn与Al形成了新的异质形核核心Al8Mn5,最后,α-Mg在该粒子表面开始形核。