镁合金作为最轻的金属结构材料，在航空航天、汽车、电子等领域具有广泛应用。但因其塑性成形性差，目前镁合金产品多为铸件。铸造镁合金组织粗大，且第二相通常沿晶界呈网状分布，还常伴有孔洞等铸造缺陷。为提高力学性能，必须改善第二相的形态和分布。常规工艺是进行T6处理，即通过高温固溶溶解粗大第二相，然后人工时效析出细小粒子。然而，合金元素在镁中扩散速率很低，需要长时间的固溶处理。比如，对于AZ91和AZ80合金，需要在415oC固溶处理~40 h才能使粗大的 -Mg17Al12相溶解，这不仅耗时、耗能，而且容易导致材料表面氧化和晶粒急剧长大。此外，固溶处理也无法消除合金中的孔洞缺陷。传统的锻造、挤压等塑性变形工艺虽然也可细化、致密化组织，但由于受镁合金塑性变形能力的约束，而且会形成强烈的变形织构。更为重要的是，对于已成型的零件，上述方法无能为力。
能否建立一种工艺，不仅能够细化、均匀化、致密化镁合金组织，而且能够同时实现第二相的溶解且不改变工件的形状和尺寸？金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室马宗义研究员所领导的课题组，采用搅拌摩擦加工技术（Friction Stir Processing, FSP），针对这一问题进行了深入细致的研究，研究工作取得了一系列的进展。
他们对高铝含量的Mg-Al-Zn和稀土镁合金进行了研究，发现FSP能够破碎粗大的铸态组织并导致动态再结晶；破碎粗大的网状第二相粒子并使其大部分溶解；消除孔洞疏松等铸造缺陷。1-2道次的FSP即可实现微观组织重构，把粗大非均质铸造组织转变成细小、均匀、致密的锻造组织（图1）。尤其重要的是，FSP获得的是等轴细晶结构的过饱和固溶体，并且具有高角晶界比率高、织构弱的特点，这是其它塑性加工手段无法实现的。人工时效后，FSP合金中析出弥散的第二相粒子，显著提高了材料的力学性能。例如，对于铸造AZ80镁合金，FSP后的屈服强度、抗拉强度、延伸率较铸态母材分别提高了63%、170%、510%；FSP+时效后，分别提高了130%、194%、315%。对于铸造AZ91D，FSP后疲劳强度从45 MPa提高到105 MP（图2a）。此外，FSP能够实现镁合金铸件的缺陷修复，例如，对于Mg-Nd-Zn-Zr铸件的10mm深缩松区，FSP修复后强度和塑性均高于无缺陷母材。
，对扩散距离d所需扩散时间为：
。对于晶粒尺寸100 m的铸造镁合金，在415oC常规固溶温度下完成扩散所需时间为37 h，这与Mg-Al合金的常规固溶处理时间一致。在FSP过程中，剧烈塑性变形明显细化晶粒、破碎第二相粒子，使扩散距离显著缩短。假定晶粒尺寸为1 m，则扩散时间仅为13 s。此外，剧烈塑性变形使元素由体扩散为主转为沿位错的管扩散为主，扩散速率增大1000倍，对同样距离，扩散时间将缩短1000倍。因此，在FSP十几秒的瞬间高温下完成粗大第二相的溶解是完全可能的。此外，他们对镁合金FSP过程中的变形机制进行了分析，发现对于预固溶+FSP制备的AZ80样品，连续动态再结晶为主要再结晶机制，同时孪生机制也发挥重要作用；而对于两道次FSP样品，由于一道次FSP后晶粒已明显细化，第二道次FSP过程中孪生难以发生，因而再结晶机制为连续动态再结晶和非连续动态再结晶。
