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镁合金具有优良的力学相容性、生物相容性以及可降解性能，使其享有“革命性的金属生物材料”的美称。但由于镁合金耐蚀性能较差，在人体环境中易发生应力腐蚀开裂，导致材料过早失效。现今对镁合金应力腐蚀开裂的研究还较少，因此探究镁合金应力腐蚀开裂机理，提高其耐蚀性能和抗应力腐蚀开裂性能，对推进镁合金在生物医用材料领域的应用极为必要。
本文以高应变速率轧制态Mg-4Zn合金为研究对象，系统地研究了Ca、Sr微合金化及时效处理对热轧态Mg-4Zn合金微观组织、力学性能、耐腐蚀性能以及抗应力腐蚀开裂性能的影响。在此基础上进一步研究了微量Sr对热轧态Mg-4Zn合金生物相容性的影响。主要结论如下：
(1)研究了微量Ca、Sr对Mg-4Zn合金微观组织和力学性能的影响，结果表明：微量Ca、Sr能细化铸态和热轧态Mg-4Zn合金的晶粒尺寸，使热轧态合金的晶粒细化至4μm以下，同时提高合金的组织均匀性。微量Ca、Sr能提高热轧态Mg-4Zn合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率，其中Mg-4Zn-0.1Sr合金的力学性能最优，屈服强度为201MPa，抗拉强度为285MPa，伸长率为31.9%。
(2)研究了微量Ca、Sr对热轧态Mg-4Zn合金腐蚀行为的影响，结果表明：随着Ca含量(≤0.3wt.%)的增加，热轧态合金的耐蚀性能先增强后减弱，其中热轧态Mg-4Zn-0.1Ca合金具有最佳的耐蚀性能，在Hank’s溶液中腐蚀速率为0.75mm/y，平衡电位为-1.55V，腐蚀电流密度为7.05μA/cm2。随着Sr含量(≤0.2wt.%)的增加，轧制态合金的耐蚀性能逐渐增强，其中热轧态Mg-4Zn-0.2Sr合金具有最佳的耐蚀性能，在Hank’s溶液中的腐蚀速率为0.68mm/y，平衡电位为-1.51V，腐蚀电流密度为6.14μA/cm2。
(3)研究了微量Ca、Sr对热轧态Mg-4Zn合金应力腐蚀行为的影响，结果表明：微量Ca、Sr能有效地改善热轧态合金的抗应力腐蚀性能，降低应力腐蚀敏感性指数(Iscc)。其中热轧态Mg-4Zn-0.2Sr合金具有最佳的抗应力腐蚀性能，其性能指标为：UTSinair=268MPa，εinair=33.5%；UTSinHank’s=195MPa，εinHank’s=7.2%；Iscc=0.41。
(4)研究了时效处理对Mg-4Zn-xCa合金耐蚀性能的影响，结果表明：固溶态Mg-4Zn-xCa合金经过160℃/48h高温时效后，随着时效时间的延长，时效态合金的耐蚀性能呈现先减弱后增强再减弱的趋势，但均比固溶态合金的耐蚀性能差。固溶态和热轧态Mg-4Zn-xCa合金经过不同温度(70-120℃)时效10h后，随着时效温度的升高，合金的耐蚀性能先增强后减弱。
(5)研究了微量Sr对热轧态Mg-4Zn合金生物相容性的影响，结果表明：在细胞培养前期，热轧态Mg-4Zn-0.1Sr合金与纯Mg、热轧态Mg-4Zn合金相比，具有更高的细胞增殖速率，细胞毒性等级为0或1级；并且Sr的添加可以促进早期细胞的生长，有利于细胞的粘附以及细胞与细胞之间的信息传输。热轧态Mg-4Zn-ySr合金均未达到溶血率的使用要求，但是Sr的添加能有效地降低材料的溶血率。血小板在热轧态Mg-4Zn-ySr合金表面呈球形并且数量较少，表明轧制态合金具有良好的抗凝血性能。
本文以高应变速率轧制态Mg-4Zn合金为研究对象，系统地研究了Ca、Sr微合金化及时效处理对热轧态Mg-4Zn合金微观组织、力学性能、耐腐蚀性能以及抗应力腐蚀开裂性能的影响。在此基础上进一步研究了微量Sr对热轧态Mg-4Zn合金生物相容性的影响。主要结论如下：
(1)研究了微量Ca、Sr对Mg-4Zn合金微观组织和力学性能的影响，结果表明：微量Ca、Sr能细化铸态和热轧态Mg-4Zn合金的晶粒尺寸，使热轧态合金的晶粒细化至4μm以下，同时提高合金的组织均匀性。微量Ca、Sr能提高热轧态Mg-4Zn合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率，其中Mg-4Zn-0.1Sr合金的力学性能最优，屈服强度为201MPa，抗拉强度为285MPa，伸长率为31.9%。
(2)研究了微量Ca、Sr对热轧态Mg-4Zn合金腐蚀行为的影响，结果表明：随着Ca含量(≤0.3wt.%)的增加，热轧态合金的耐蚀性能先增强后减弱，其中热轧态Mg-4Zn-0.1Ca合金具有最佳的耐蚀性能，在Hank’s溶液中腐蚀速率为0.75mm/y，平衡电位为-1.55V，腐蚀电流密度为7.05μA/cm2。随着Sr含量(≤0.2wt.%)的增加，轧制态合金的耐蚀性能逐渐增强，其中热轧态Mg-4Zn-0.2Sr合金具有最佳的耐蚀性能，在Hank’s溶液中的腐蚀速率为0.68mm/y，平衡电位为-1.51V，腐蚀电流密度为6.14μA/cm2。
(3)研究了微量Ca、Sr对热轧态Mg-4Zn合金应力腐蚀行为的影响，结果表明：微量Ca、Sr能有效地改善热轧态合金的抗应力腐蚀性能，降低应力腐蚀敏感性指数(Iscc)。其中热轧态Mg-4Zn-0.2Sr合金具有最佳的抗应力腐蚀性能，其性能指标为：UTSinair=268MPa，εinair=33.5%；UTSinHank’s=195MPa，εinHank’s=7.2%；Iscc=0.41。
(4)研究了时效处理对Mg-4Zn-xCa合金耐蚀性能的影响，结果表明：固溶态Mg-4Zn-xCa合金经过160℃/48h高温时效后，随着时效时间的延长，时效态合金的耐蚀性能呈现先减弱后增强再减弱的趋势，但均比固溶态合金的耐蚀性能差。固溶态和热轧态Mg-4Zn-xCa合金经过不同温度(70-120℃)时效10h后，随着时效温度的升高，合金的耐蚀性能先增强后减弱。
(5)研究了微量Sr对热轧态Mg-4Zn合金生物相容性的影响，结果表明：在细胞培养前期，热轧态Mg-4Zn-0.1Sr合金与纯Mg、热轧态Mg-4Zn合金相比，具有更高的细胞增殖速率，细胞毒性等级为0或1级；并且Sr的添加可以促进早期细胞的生长，有利于细胞的粘附以及细胞与细胞之间的信息传输。热轧态Mg-4Zn-ySr合金均未达到溶血率的使用要求，但是Sr的添加能有效地降低材料的溶血率。血小板在热轧态Mg-4Zn-ySr合金表面呈球形并且数量较少，表明轧制态合金具有良好的抗凝血性能。