通过多道次热轧与最终热处理调控WE43MEO镁合金微观结构与性能以开发生物医用支撑结构箔材

针对生物可吸收镁合金WE43MEO箔材制备难题，本研究通过多道次热轧（480°C）与T5/T6热处理工艺，系统分析了微观结构演变（CDRX/TDRX机制）、织构特性与非基底滑移系激活行为，成功制备出厚度≤200μm的箔材。结果表明T6处理显著提升耐腐蚀性，为医用支撑结构（如牙科屏障膜）提供了兼具力学性能与可控降解特性的新材料解决方案。

　　

镁合金作为生物可吸收材料在骨科和心血管领域展现出巨大潜力，其弹性模量与骨组织相近，可避免应力屏蔽效应，且降解特性允许载荷逐步转移至愈合组织。然而，传统镁合金存在强基底织构导致室温成形性差、降解速率过快等问题，制约了其在薄壁结构（如牙科修复膜支撑层）的应用。稀土元素（RE）合金化的WE43（Mg-Y-Nd-Zr）虽能改善性能，但将其加工成厚度≤200μm的箔材仍面临微观结构控制与性能调控的双重挑战。

本研究通过多道次热轧与热处理创新工艺，成功制备出满足医用要求的WE43MEO箔材，并系统揭示了其微观机制与性能演化规律。研究发表于《Journal of Magnesium and Alloys》，为生物可吸收镁合金的精密加工提供了重要理论与实践依据。

研究采用的关键技术方法包括：对挤压态WE43MEO合金进行450°C/2h均匀化预处理；在480°C下以1m/s轧制速度进行2-5道次热轧（应变0.14-1.45）；分别采用T5（250°C/16h时效）和T6（520°C/6h固溶+250°C/16h时效）进行最终热处理；通过光学显微镜、SEM-EDX、EBSD、XRD分析微观结构与织构演变；依据ISO6892-1标准进行室温拉伸试验；采用修正模拟体液（c-SBF）通过氢演化法评估腐蚀性能。

3.1 挤压与热处理后材料的微观结构

初始挤压态呈现沿挤压方向拉长的晶粒（平均3μm）和透镜状结构，富含Mg₂₄Y₅、Mg₄₁Nd₅等析出相。450°C/2h热处理后晶粒长大至11μm，析出相均匀分布，为后续轧制提供更均匀的初始组织。

3.2 热轧后材料的形貌与微观结构

预试验确定最大允许应变为0.75（更高值导致边裂）。轧制道次显著影响组织形态：2-3道次形成变形组织（拉长晶粒），4-5道次出现等轴晶（平均22μm）。EBSD分析显示连续动态再结晶（CDRX）和孪晶诱导动态再结晶（TDRX）为主要机制，稀土元素抑制不连续再结晶（DDRX）。

3.3 最终热处理后的微观结构

T5处理保留轧制变形结构（晶粒21μm），析出相分布于晶内；T6处理引发再结晶和晶粒长大（38μm），析出相重新溶解并形成β′强化相（Mg₁₂YNd），边缘区域出现钇富集氧化层。

3.4 织构演变

初始材料呈现典型RE合金基底极裂和纤维织构。热轧后基底织构增强（最大强度10），极射点向轧向倾斜，表明非基底滑移系（〈c+a〉锥面滑移）激活。T6处理后织构强度减弱（5.4-5.9），六次对称性更明显。

3.5 力学性能

热轧使屈服强度（YS）从139MPa增至189MPa，但延伸率降至4%；T5处理保持强度（YS≈200MPa）并改善塑性（7%）；T6处理显著提高延性（延伸率11%），但强度降低（YS≈130MPa），归因于再结晶和织构弱化促进非基底滑移。

3.6 降解性能

3道次轧制+T6处理的箔材表现最佳耐腐蚀性（腐蚀速率2.2mm/年）。EDX显示表面形成钇/钕富集钝化层，T6处理减少析出相体积分数，降低电偶腐蚀倾向。织构、残余应力和晶粒尺寸共同影响降解行为。

3.7 生物医用适用性

3道次+T6工艺的箔材兼具适度强度（UTS≈226MPa）、高延性（10.5%）和可控降解速率，满足牙科屏障膜对临床可操作性和空间维持性的要求。降解速率与骨再生周期（6-9个月）匹配，且WE43的生物相容性已获文献广泛验证。

本研究首次实现WE43MEO合金箔材的稳定制备，阐明热轧道次与热处理对组织性能的调控机制。T6处理通过织构弱化和钝化层形成实现强度-塑性-耐蚀性的平衡优化。所开发材料为生物可吸收支撑结构（如牙科再生膜、心血管支架等）提供了创新解决方案，推动镁合金在精密医疗器件领域的应用进程。后续研究需通过体内实验进一步验证其临床适配性。