为了更好地利用镁合金良好的生物相容性和可降解能力,避免植入材料在愈后取出时对人体造成的二次伤害,本文研究了生物镁合金中添加元素对其微观组织与降解能力的影响。首先,采用均匀设计实验研究了Mn、Zn和Ca三种元素的不同含量对镁合金降解性能的影响,运用电化学腐蚀试验和静态浸泡试验考察了铸态和挤压态镁合金的降解能力,利用回归分析探讨了合金元素对降解能力的影响规律并确定了降解速率最高的合金成分。随后,从显微组织特别是晶粒尺寸大小和第二相的相组成与分布特征的角度探讨了合金元素一显微组织一降解性能的相关性,并对合金的力学性能进行了校核。最后,以降解速率最高的合金为研究对象,通过改变Ca含量制备—了Mg-4Zn-xCa合金,并对其凝固过程和降解行为进行了详细研究,明确了合金的腐蚀顺序,进一步阐释了镁合金的降解机制。本文通过以上的实验及理论分析研究得到如下结果:实验设计的12组不同成分的铸态镁合金其显微组织均为等轴晶,不同之处在于晶界和晶内第二相的相组成和形貌。当合金成分中不含Ca时,第二相主要为a-Mn;含Ca时,合金中均存在Ca₂Mg₆Zn₃相,而当Zn/Ca原子比小于等于1.18时,第二相除Ca₂Mg₆Zn₃相之外还存在Mg₂Ca相。在添加的Mn、Zn和Ca三种合金化元素中,Ca元素对镁合金基体晶粒尺寸的影响最为显著,主要原因是Ca元素具有较大的抑制生长能力。12组铸态镁合金的电化学腐蚀测试的极化曲线均未见拐点,表明合金在SBF模拟体液中不易钝化,降解可持续进行。电化学交流阻抗和静态腐蚀速率对降解能力进行多元回归分析表明,本文实验设计范围内的合金成分为Mg-4Zn-lCa时,其降解速率最大。挤压处理后,12组镁合金的极化曲线也均未见拐点,表明挤压态合金在SBF模拟体液中降解过程也是持续进行的,多元回归分析结果表明本次实验设计范围内降解速率最大的合金成分为Mg-4Zn-1Ca,但挤压态合金的降解速率略低于铸态合金。主要原因是当Ca₂Mg₆Zn₃相以粗大网状结构存在时,会导致基体腐蚀集中于某些特定区域形成较大的腐蚀电流和不均匀腐蚀,而通过挤压破碎这种网状结构后,合金的腐蚀电流降低,腐蚀更为均匀。Ca₂Mg₆Zn₃相的存在可显著提高镁合金的力学性能,挤压后其分布比铸态更为均匀分散,强化效果更为显著。12组铸态镁合金硬度最小值为41.62HV,挤压态合金的硬度最小值为56.18HV。挤压态合金最小抗拉强度为256.71MPa、最小压缩强度为381.21MPa,均大于人体骨骼的最大力学性能,表明本文所设计的12组成分的镁合金均能够满足对植入材料力学性能的要求。Ca元素含量对Mg-4Zn-xCa合金的凝固行为和显微组织有重要的影响,当Ca含量高于2wt%时,合金的凝固顺序为L→α-Mg+L’、L’→L"+α～-Mg+Mg₂Ca、L"→α-Mg+Ca₂Mg₆Zn₃所获得的相组成为:α-Mg+Ca₂Mg₆Zn₃+Mg₂Ca;而当Ca含量为lwt%时,Mg₂Ca相对应的相变缺失,合金的相组成为α-Mg+Ca₂Mg₆Zn₃。Mg-4Zn-xCa合金显微组织和动态腐蚀分析表明,含Ca镁合金的相腐蚀顺序为Mg₂Ca>α-Mg>Ca₂Mg₆Zn₃,其主要原因是三种相的自腐蚀电位。在腐蚀过程中,Mg₂Ca相的存在会显著影响合金前期的降解速率,但腐蚀后期合金降解速率主要受Ca₂Mg₆Zn₃相的含量和分布形式的影响。