热处理对ZK61-0.5RE变形合金微观结构与力学性能的影响机制研究

本研究针对ZK61-0.5RE变形镁合金，通过T4/T6热处理探究其微观结构演变（α-Mg基体、Mg-Zn相分解与Zn2Zr相稳定性）与力学性能强化机制。结果表明，T6处理6小时后合金呈现71.5 HV5显微硬度、244.6 MPa抗拉强度及9.5%延伸率，归因于Zn固溶强化与半共格析出相协同作用，为生物医用镁合金设计提供理论支撑。

　　

镁合金因其轻量化、生物可降解性及相容性成为骨科植入物的理想候选材料，但传统镁合金存在强度不足、降解速率过快等问题。ZK61(Mg-Zn-Zr)合金虽具备良好力学性能，但单一元素体系难以满足临床需求。稀土元素(RE)的引入可显著提升合金性能，而热处理工艺对微观结构的调控机制尚不明确。为此，江西某研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表研究，系统分析了T4/T6热处理对含0.5 wt.% La/Ce混合稀土的ZK61变形合金的影响。

研究采用差示扫描量热法(DSC)确定固溶参数，结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电子探针显微分析(EPMA)表征相组成与元素分布，通过显微硬度测试与拉伸实验评估力学性能。

微结构演变：原始合金含α-Mg基体、MgZn、Mg₂Zn₃、Zn₂Zr和Mg₁₇Ce₂相。T4处理后Mg-Zn相溶解，T6处理促使Zn原子再析出形成半共格界面相，而Zn₂Zr相保持稳定。EPMA证实晶界处富RE的Mg-Zn相与Zn₂Zr相形成不连续网络。

力学性能：T6处理6小时的合金性能最优，其强化机制源于Zn固溶原子对位错的钉扎作用，以及析出相与基体的半共格界面实现的应力传递。断口形貌显示韧窝与解理面共存，呈现韧-脆混合断裂特征。

该研究揭示了RE元素与热处理协同优化镁合金性能的机理，为开发高强度可降解医用植入材料提供了新思路。特别是La/Ce混合稀土的廉价特性，使得该合金具备临床转化潜力，同时半共格界面设计策略可拓展至其他合金体系。研究获得国家自然科学基金（51935014）等项目的支持。