稀土镁合金因其高强、高韧、耐热等突出特点，已成为商用镁合金的重要组成部分。而长周期有序堆垛结构的发现，不仅能进一步提高稀土镁合金的强韧性和高温性能，而且对于减少稀土用量，降低材料成本有着重要意义。本文利用常规铸造及后续热处理的方法制备了Mg-Gd-Zn-Cu、Mg-Gd-Cu和Mg-Gd-Cu-Zr合金，使用OM、SEM、EDS、XRD和TEM等手段对各态合金的微观组织进行观察分析，并测试其力学性能。主要研究了Cu对Mg-Gd系稀土镁合金中长周期结构形成的影响，并结合热处理方案探索了合金化元素、冷却速度对长周期结构相形成和转化的影响。主要的研究成果有：利用Cu部分取代Mg-Gd-Zn合金中的Zn时，Cu的加入可以减少铸态合金中(Mg,Zn)3Gd共晶组织的面积分数，促进Mg72.5Gd15.7Zn11.8长周期相的形成。Cu原子还可部分取代Zn原子的位置形成成分为Mg86.5Gd5.4Cu5.3Zn2.7的长周期相。随Cu含量的增加，块状长周期相的面积分数增大，合金的布氏硬度也逐步提高。对Mg96Gd3Zn0.6Cu0.4合金进行不同固溶处理可获得形貌差异很大的固溶组织，合金中的共晶组织消失并析出大量的细条状长周期结构。较长的保温时间和缓慢的冷却速度均有利于合金晶粒内细条状长周期相的析出。铸态Mg96Gd3Cu1合金即存在14H型LPSO结构相，且铸态合金中的14H型LPSO结构相具有很好的高温稳定性，在固溶过程中形貌和成分未发生变化。而合金中的Mg5Gd相在固溶处理时发生溶解，并在相应位置析出层片状的成分近似于Mg92Gd6Cu2长周期结构相。T6处理后由于长周期相和时效硬化的复合作用，T6态Mg96Gd3Cu1获得较好的力学性能(UTS=232MPa，=3.4%，Brinell Hardness=108HB)。加入0.1at.%的Zr即可显著改善Mg-Gd-Cu合金中存在的枝晶组织，继续增加Zr含量，合金晶粒得到细化，并逐渐趋于等轴晶。当Zr含量为0.5%时，晶粒度最小且趋于球状等轴晶，Zr含量的增加不能进一步细化晶粒。铸态Mg96-xGd3Cu1Zrx(x=0.1，0.3，0.5，0.7)合金由-Mg，Mg5Gd和长周期相组成，Zr的加入并未改变Mg-Gd-Cu合金的相组成。T6处理态的合金中除镁基体外，还有块状Mg12GdCu长周期相，层片状和块状Mg92Gd6Cu2长周期相。T6态Mg95.5Gd3Cu1Zr0.5合金具有优异的综合力学性能(UTS=298MPa，=5.6%，Brinell Hardness=122HB)。