镁及其合金被认为是最有前途的固态氢储存材料之一，因为它们具有较高的理论氢储存容量（高达7.6 wt%）、易获得性和环境安全性[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10]]。然而，MgH?的实际应用受到缓慢的吸附-解吸动力学、通常高于300°C的分解温度以及与氧化和结构退化相关的循环稳定性问题的限制[11,12]。一种有效的方法是通过与过渡金属和稀土金属合金化来克服这些限制，同时控制相组成。研究表明[13]，添加Ni可以促进Mg?Ni/Mg?NiH?和Mg–Mg?Ni相的形成，这些相作为氢化物形成的活性中心，显著加速了氢的交换，而稀土元素则稳定了细晶粒结构，改变了晶格体积和缺陷密度，从而可以调节氢化物形成的热力学过程。
在这方面，三元Mg–Ni–Ce体系特别值得关注，因为它结合了镍的催化作用和铈的结构稳定效应。多项研究[[14], [15], [16]]探讨了Mg–Ni–Ce体系的微观结构和氢储存性能。参考文献[17]表明，富镁组成的Mg–Ni–Ce体系形成了18R型长周期有序结构（LPSO），与Mg、Mg?Ni和Mg??Ce相相容，从而改善了氢的储存性能，优于二元Mg–Ni体系[18]。后续工作[19]确定LPSO相是决定Mg–Ni–Ce体系吸附/解吸动力学及其在空气中抗氧化性的关键微观结构元素[20]。在研究[21]中，通过机械合金化制备的Mg–Ce–Ni纳米复合材料由于结合了纳米结构的MgH?，表现出更高的吸附速率和更低的解吸起始温度。
特别值得关注的是研究[22]，其中应用热力学方法研究了Ce–Mg–Ni体系。吴等人[22]在673 K下构建了Ce–Mg–Ni的相平衡，结合实验测定的平衡组成和CALPHAD建模，揭示了共晶组成范围内存在的几种金属间相及其关系[23]。综述[24]讨论了稀土氢化物体系（包括Mg–Ni–RE）中的相变热力学和动力学，强调了CALPHAD方法在描述多相Mg–Ni–Ce体系中的作用[25]。
与这些研究并行，已经开发了基于机械合金化（MA）和火花等离子烧结（SPS）的镁体系加工技术。行星球磨能够生产出具有高缺陷密度和细小金属间化合物的纳米结构粉末，这有利于氢化物的形成动力学[26]。SPS允许在施加压力下进行加热，且停留时间短，有效地致密了基于镁的粉末，同时最小化了晶粒生长并保持了MA过程中形成的纳米结构[[27], [28], [29]]。
对于Mg–Ni–Ce体系，MA + SPS的顺序已经在参考文献[30]中显示出有效性，其中展示了MA和SPS过程中的相变演变以及基于Mg?Ni、Ce–Mg和Ce–Ni相的多组分微观结构的形成。然而，这些研究中组成的选择和温度的确定主要是基于经验的，缺乏系统的热力学建模。
同时，对于相关体系，已经证明CALPHAD方法结合MA和SPS可以作为镁材料热力学评估的有效工具。例如，在参考文献[31]中，通过实验研究和CALPHAD建模对La–Mg–Ni体系进行了研究，确定了关键的氢化物形成相及其在宽温度范围内的稳定性。在参考文献[32]中，对三元Mg–Mn–Ce和Mg–Mn–Zn体系的热力学进行了建模。最近一项关于Mg–Al体系的研究[33]表明，CALPHAD + Thermo-Calc 2025a + MA + SPS + 后续分散的结合方法允许有针对性地选择组成和热处理参数，以稳定所需的金属间化合物（例如Mg??Al??）并降低氢解吸温度。
将这种方法扩展到三元Mg–Ni–Ce体系是朝着设计基于镁的多组分氢储存材料迈出的合理步骤，在这个过程中，可以在计算阶段设定相组成和微观结构。由于Mg–Ni–Ce体系中富镁区域在固态加工典型温度范围（450–500°C）内缺乏系统的CALPHAD分析，并且没有关于早期扩散阶段和高温短时间暴露下金属间相形成的Dictra建模数据，因此需要进行系统的研究。
基于以上内容，本工作的目的是开发一种逐步的热力学和实验方法来研究Mg–Ni–Ce体系中的富镁组成。这项研究的新颖之处在于，首次将Mg–Ni–Ce体系的计算相图和DictRA建模结果与实验MA + SPS工艺直接对应起来，从而从经验性选择工艺条件转变为有针对性的热力学设计，并展示了在富镁区域控制相形成的可能性。
在这项工作中，采用了基于CALPHAD的热力学建模和DictRA扩散模拟，为Mg–Ni–Ce体系的相平衡和动力学限制提供了物理上的描述。这种方法特别适用于实验数据集有限的多组分体系，在这些体系中，数据驱动和机器学习方法受到可靠训练数据缺乏和物理可解释性降低的限制。
