摘要
近年来我国医疗市场对生物医疗器械的需求持续上升，可降解医用材料在医疗植入器械中受到广泛关注。在众多可植入材料中，金属可降解材料的研究与开发尤为迫切。与镁合金相比，锌合金具有更加适宜的降解性能和可加工性能。且锌参与人体多种物质合成，维持人体正常运作起到重要作用。但是纯锌力学性能较差，无法满足植入器械服役要求。已有研究表明在 Zn中加入1%的Mg可以使得铸态Zn合金的强度和韧性得到有效提高；合金中加入 Fe 元素可以使合金组织产生析出相，通过颗粒分散机制强化锌基合金。因此本论文选用Zn-Mg合金和人体内含量较多的Fe作为合金元素，运用重力铸造制备了Zn-Mg-XFe（X=0.1、0.3、0.5、0.7 wt.%）合金。研究了不同Fe添加量对合金组织，力学性能，降解性能和生物相容性的影响。通过热处理方法和热轧制的加工方式来改善合金性能，调控合金腐蚀速率。主要研究内容和研究结论如下： (1) 研究了不同Fe添加量对铸态Zn-Mg-XFe合金组织，力学性能，降解性能的影响。实验结果表明，Zn-Mg-XFe 合金由初生η-Zn 相、Mg2Zn11相、FeZn13(ζ)相组成。少量添加 Fe 元素使合金晶粒细化，提高了合金的抗拉强度和延伸率。合金化后较铸态纯锌的抗拉强度（20Mpa），延伸率（0.3%），和维氏硬度（15HV），分别提高至102.95±1.48 Mpa，0.92±0.28%，和131.91±4.06HV。浸泡腐蚀7天时，铸态Zn-Mg-XFe合金表现出较低的腐蚀速率，经过长期浸泡后，较其他同期实验试样，其腐蚀速率呈较高的水平。 (2) 研究了铸态Zn-Mg-XFe合金热处理后的组织，力学性能，降解性能。结果表明热处理后铸态合金微观相组成无变化，但晶粒组织更加均匀，虽然牺牲了一些硬度值，但进一步提高了合金的抗拉强度和延伸率。热处理后铸态合金经过浸泡腐蚀 47 天后，其腐蚀速率范围为0.014~0.021 mm/year。 (3) 研究了铸态Zn-Mg-XFe合金热轧后组织，力学性能，降解性能。结果表明热轧后合金无新相生成，晶粒组织更加致密，且合金经过轧制9道次后出现纤维化组织。在力学性能方面，热轧再次大幅提升了抗拉强度和延伸率，其中Zn-Mg-0.5Fe合金的抗拉强度在经过9道次轧制后，抗拉强度增加至296.89Mpa，延伸率增长至5.23%，抗拉强度和延伸率较铸态合金分别提高了288.4%和568.5%。对比同实验试样浸泡腐蚀7天以上时，热轧后合金表现出更低的腐蚀速率，其中轧制5道次腐蚀速率范围在0.014~0.018 mm/year，轧制9道次范围在0.010~0.020 mm/year，从长远来看热轧后合金体现出较好的腐蚀性能。 (4) 本文中制备的锌合金均具有良好的亲水性和低于 5%的溶血率，初步判断，Zn-Mg-XFe合金具有良好的生物相容性。 综上所述，本文研究的 Zn-Mg-XFe 合金具有良好的机械性能和适宜的降解速率，基本满足可植入要求的备选材料。
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