锌基金属因其适中的腐蚀速率被视为最具应用潜力的生物可降解金属材料,然而纯锌的综合力学性能难以满足大部分植入部位的临床服役要求,且其不均匀的腐蚀模式增大了植入体提前失效的风险。此外,锌基植入体服役过程中释放的过量Zn2+表现出了明显的细胞毒性。基于此,本论文通过合金设计及热机械工艺改性,优化并制备了新型Zn-Cu-Zr合金,以改善锌基金属的综合力学性能、腐蚀行为及生物相容性,并进一步揭示了合金的微观组织与性能之间的内在关联与影响机制。制备优化的热挤压Zn-Cu-Zr合金由细化的基体相晶粒和弥散分布的Cu Zn5、Zn22Zr第二相颗粒组成。热挤压工艺促进了基体相晶粒细化以及第二相颗粒的均匀分布。此外,热挤压过程中,硬质第二相颗粒周围形成的剧烈变形区促进了基体的动态再结晶,进一步细化了基体相晶粒。与热挤压纯Zn相比,优化后的合金具有较高的强度和良好的韧性,表现出了良好的综合力学性能,这主要归功于细化的基体相晶粒和弥散分布的第二相颗粒对位错运动的阻碍作用。热挤压Zn-Cu-Zr合金在模拟体液中的腐蚀行为表明,Zr元素的加入提高了锌基金属表面的热力学稳定性,从而降低了合金的腐蚀倾向。同时,热挤压纯Zn不均匀的腐蚀模式主要与其表面疏松的腐蚀产物层有关,该合金细化的基体晶粒有助于在合金表面形成均匀致密的腐蚀产物层,抑制合金的不均匀腐蚀,降低了植入体服役过程中力学性能提前失效的风险。体外成骨细胞培养实验结果表明,热挤压Zn-Cu-Zr合金较热挤压纯Zn具有显著提高的成骨细胞活性,且表现出了促进成骨细胞增殖和分化的能力。这主要得益于该合金具有更低的腐蚀速率,抑制了锌离子的大量释放。综上,通过本论文的研究,证实了合金化和热机械加工能够调控锌基合金的微观组织结构,提高合金的力学性能和耐腐蚀能力,抑制其不均匀的腐蚀,还能改善锌基金属材料的生物相容性。本论文为开发研究新的生物可降解金属材料提供了理论参考价值。