为了进一步提升镁合金的综合性能，材料学者们对镁合金的强化机理进行了深入研究。目前认为，镁合金的强化方式主要包括以下几种方式，即细晶强化、固溶强化、第二相强化、形变强化和复合强化。

金属的力学性能与其晶粒大小关系密切，霍尔-佩奇 (Hall Petch) 公式阐述了金属材料的屈服强度和品粒大小之间的关系，具体表示为:

其中o表示金属材料的屈服强度，d 表示金属材料的品粒尺寸,k表示金属材料的 HallPetch 常数。由霍尔-佩奇公式可知，金属材料的晶粒尺寸越小，屈服强度越大。并且镁合金的品粒得到细化后，其在常温下的塑性也会得到明显改善。

此外，随着品粒尺寸的减小，金属材料的晶界面积随之增加，所以能够有效抑制材料中裂纹的扩展，提升金属材料的力学性能。

镁合金具有密排六方的品体结构，其 Hall Petch 常数通常比面心立方和体心立方的合金高，因此细晶强化效果尤其显著。

目前可以通过使用错、钙、银等品粒细化剂来细化镁合金的晶粒，也可以通过塑性变形或热加工的方式来达到细化镁合金品粒的目的。

当其他合金元素固溶于镁基体时，由于溶质原子与镁基体原子的原子半径不同等因素，会引发镁基体的品格暗变，进而产生应力场，阻碍合金中位错的运动，从而达到强化镁合金的目的，这种强化方式称为固溶强化。

固溶强化的效果与溶质原子的浓度、原子半径和弹性模量等因素有关。溶质原子的浓度越高，合金元素的原子半径和弹性模量与镁基体元素的原子半径和弹性模量的差别越大，溶质原子的价电子数与镁基体原子的价电子数差别越大，则对镁合金的固溶强化效果越明显。

铝元素、锌元素和稀土元素对镁合金的固溶强化效果均十分显著。溶质原子对合金的强化效果可以表述如下：

其中 r指的是固溶强度导致的临界分切应力的增加，t\x代表单位溶质原子通过晶格畸变引起的临界分切应力增量，x 表示溶质原子占总原子数的比例。

若其他合金元素在镁基体中的固溶度随温度变化，便可以在高温下对镁合金进行固溶处理，形成过饱和固溶体，接着在相对较低的温度下对镁合金进行时效处理，便可在合金中产生弥散分布的析出相，从而实现对镁合金的强化，这样的强化方式称为析出强化。

若时效产生的析出相细小且分布均匀，并且析出相与基体有稳定的共格关系，则析出相对合金的析出强化效果尤其明显。

虽然通过固溶处理和时效处理可以使析出强化达到很好的效果，但镁合金中的沉淀相容易在高温下溶于基体，使析出强化失效。

同析出强化不同，弥散强化起强化作用的弥散相产生于合金的凝固过程。在合金形变的过程中，弥散相能够阻碍位错的移动，从而提高合金的力学性能。由于弥散相的熔点高并且对镁基体的溶解度极低，因此弥散相的热稳定性较高，经过弥散强化的合金在高温下仍然具有良好的力学性能。

此外，弥散相还能起到避免合金软化和晶粒长大的作用，从而提高合金的抗蠕变性能。析出强化和弥散强化均属于第二相强化。根据第二相颗粒的大小和形变性质，可将第二相颗粒分为不易变形颗粒和易变形颗粒。

不易变形颗粒包括弥散强化的第二相颗粒和析出强化中尺寸较大的第二相颗粒，易变形颗粒指析出强化中尺寸较小的第二相颗粒不易变形颗粒和易变形颗粒分别对应不同的强化机制。

位错绕过不易变形颗粒的强化机制称为奥罗万(Orowan)机制，这种位错绕过机制由奥罗万于 1948 年首次提出。如图所示，位错线从左向右移动，遇到不易变形的第二相颗粒时受阻。

在外加切应力的作用下，位错线以弯曲的形式继续向前移动，留下环绕第二相颗粒的位错环，其余位错线以原来的形态继续向前移动。

位错线绕过第二相颗粒所需的临界切应力与第二相颗粒的关系可以表述为:

其中，Ar 表示位错线绕过第二相颗粒所需的临界切应力，a 是与位错类型有关的常数对刃位错为 0.093，对螺位错为 0.14，/是第二相颗粒的体积分数，广是第二相颗粒的半径。

可见，不易变形颗粒对合金的强化效果随第二相颗粒的体积分数的增加而增强，随第二相颗粒半径的增加而减弱。此外，后续移动的位错线也会受到来自位错环的阻碍作用，从而使合金得到强化。

位错移动遇到不易变形的第二相颗粒时，会绕过颗粒，并留下位错环，但若遇到易变形的第二相颗粒，则位错线会切过该颗粒。根据颗粒与位错发生交互作用的间距，可将位错切过易变形第二相颗粒的强化机制分为两类。

若颗粒与位错发生交互作用的间距小于十倍位错伯氏矢量的模，这样的强化机制称为短程交互作用:若颗粒与位错发生交互作用的间距大于十倍位错伯氏矢量的模，则称为长程交互作用。

短程交互作用对合金的强化主要体现在以下几个方面。第一，位错切过易变形的第二相颗粒后，会造成表面积的增加，从而导致界面能的增加，所以位错移动需要更多的临界切应力来克服新增加的表面能。

第二、位错切过易变形的第二相颗粒有可能造成反向畴的形成，为了克服新增加的反向畴界能，临界切应力也会随之增加。第三，若基体的派纳力低于第二相颗拉的派纳力或基体和第二相颗粒的潜移面不重合，均会导致临界切应力的增加。

综合以上因素，短程交互作用对临界切应力的贡献可以表述为:

其中广表示易变形第二相颗粒的体积分数，广表示易变形第二相颗粒的半径。可见，临界切应力随易变形第二相颗粒的体积分数和半径的增加而增加。

长程本百作用通过应力场之间的相互作用实现对材料的强化。由于易变形的第二相颗拉与基体的点阵不同，致使共格界面失配，从而产生应力场。位错向易变形的第二相颗粒移动时，位错的应力场会与因共格界面失配而引发的应力场发生相互作用，导致临界切应力的增加，具体表述为:

其中，E表示材料的杨氏模量，e 为错排度的函数，6表示位错伯氏矢量的模，T表示位错的线张力，1为泊松比，广表示易变形第二相颗粒的体积分数，广表示易变形第二相颗粒的半径。结合式，位错切过易变形第二相颗粒对临界切应力的贡献可以表迷为：

显然，当位错切过易变形第二相颗粒时，临界切应力随易变形第二相颗粒的体积分数和颗粒半径的增加而增加。

形变强化主要通过品粒细化的方式实现对镁合金的强化。本文对 Mgx at% Co-6.0at%Y ( 0.0，1.0，2.0，4.0) 合金和 M-1.0at% Co-6.0at% Y-xat%Sn (x 0.0，0.5.1.0，2.0，4.0) 合金所进行的热挤压处理，便属于形变强化。热挤压工艺细化镁合金品粒的主要原理为，镁合金在热挤压过程发生了动态再结品或在热挤压完成后发生了静态再结品。

研究经过热挤压处理的 AZ91 合金发现，挤压后的品粒尺寸随 Zener-Hollomon参数 Z的增加而减小。Zener-Hollomon 参数表述为:

其中，飞表示挤压速率，0 为镁基体的品格扩散激活能，R 表示气体常数，T表示挤压温度。根据式，可以通过提高热挤压过程的挤乐速率和降低热挤压过程的挤乐温度来获得更细小的品粒。此外，利用等角挤压技术对镁合企进行处理，同样可以得到均匀细小的品粒口。

复合强化是指在镁合金中引入纤维、陶瓷颗粒等增强相，制成镁基复合材料，从而改善镁合金的性能。镁基体与增强相能够形成复合材料的主要原因有以下几点。

第一、镁基体与增强相发生了化学反应，由化学键提供结合力。但若反应过于严重，则会损伤界面，降低材料的性能。第二，镁基体与增强相之间存在取向关系。第三，镁基复合材料中组元间的扩散使得界面结合牢固。

增强相的种类和含量对镁基复合材料的抗蠕变性能、屈服强度和极限抗拉强度等力学性能有着重要影响。