半固态粉末成型制备可降解Zn-1Mg合金的显微组织与性能优化及其骨植入应用研究

针对可降解锌合金机械性能不足与复杂强化工艺的难题，研究人员采用半固态粉末成型技术制备Zn-1Mg合金，系统探究成型温度（370-400℃）和保温时间（20-30 min）对微观结构（α-Zn/Mg2 Zn11 -MgZn2 螺旋共晶）、力学性能（抗压强度249.5 MPa）及腐蚀速率（0.12 mm/year）的影响，为生物医用锌合金的短流程制备提供新策略。

　　

在医疗植入材料领域，可降解金属的研发始终面临力学性能与降解速率难以平衡的挑战。锌合金因其介于镁（降解过快）和铁（降解过慢）之间的理想降解特性备受关注，但传统铸造锌合金强度不足，而粉末冶金工艺虽能细化晶粒却需后续加工提升塑性。如何通过创新工艺实现锌合金强度与塑性的协同优化，成为推动其临床应用的瓶颈问题。

针对这一难题，四川科技计划和国家自然科学基金支持的研究团队在《Materials Today Communications》发表论文，首次将半固态粉末成型技术应用于Zn-1Mg合金制备。该技术融合粉末注射成型与触变成型优势，通过精确控制半固态等温过程（390℃-20 min）获得α-Zn基体与Mg₂
Zn₁₁
-MgZn₂
螺旋共晶的精细组织，使合金相对密度达93.6%，兼具249.5 MPa抗压强度与70%延伸率，腐蚀速率仅为0.12 mm/year，显著优于传统工艺。

关键技术方法
研究采用粒径15 μm的Zn粉与45 μm的Mg粉（纯度均99.9%）在氩气环境下球混，通过半固态成型系统调控温度（370-400℃）、保温时间（20-30 min）和压实比（25%），结合金相分析（OM）、扫描电镜（SEM）和电化学测试等手段表征组织与性能。

研究结果
Microstructures characteristics
升高温度促进Zn/Mg粉末原子扩散，形成液态共晶填充孔隙。390℃-20 min条件下获得最优组织：快速冷却形成的螺旋共晶中，Mg₂
Zn₁₁
纳米颗粒与氧化物以点/棒状分布于MgZn₂
层间，而过度延长的保温时间会导致液态金属过量挤出，反致孔隙率上升。

Mechanical properties
压实比25%时，390℃成型样品硬度（98.2HV）与弹性模量（85.7 GPa）最佳。共晶结构断裂产生的细晶强化效应是性能提升主因，但过量液相会削弱致密化效果。

Corrosion behavior
细晶组织与均匀分布的氧化物协同提升耐蚀性，电化学测试显示腐蚀产物层以ZnO/Zn(OH)₂
为主，Mg₂
Zn₁₁
相优先溶解形成微电偶腐蚀。

结论与意义
该研究证实半固态粉末成型能同步实现锌合金的微观结构调控与近净成形，突破传统粉末冶金需后续加工的局限。Xia Luo与Min Wu团队提出的工艺参数窗口（390℃-20 min-25%压实比）为可降解骨植入器械的短流程制备提供关键技术支撑，其揭示的螺旋共晶形成机制（快速冷却诱导非平衡凝固）对新型医用合金设计具有普适指导价值。