镁自1755年发现以来,就与我们人类的生活紧紧地联系在了一起。在地球上所有储存元素总量统计中,镁就排在第八位。镁主要存在于矿石和海水中,试想如果我们人类能够充分利用上地球上存在的镁,那将必定大大推进社会科学的发展。纯镁由于性能较差,目前不能得到大面积的应用。但在纯镁中加入其他合金元素形成的镁合金具有铸造性较好、比强度高和重量轻等特点。因此镁合金在当前环境下的冶金、化工和航空航天等方面得到了很大的应用。近些年来,镁合金在生物医学上的应用发展迅猛,这主要归功于镁合金的毒性较低,并具有生物可降解的特点。在此基础上设计出一款力学性能与腐蚀性能俱佳的镁合金材料,正是本次课题探讨与研究的初衷。能够在规定使用期限后分解并在人体中被吸收的植入物材料是当前镁合金研究发展的重要方向之一。用途上主要使用作骨钉骨板等骨固定材料,它在减少患者身体及经济负担效果上,其优势是不需要进行二次手术过程。另外,与人骨相近的弹性模量和密度,人体所需的镁元素离子,使得镁合金在近代常被用于整形手术中,但镁合金在人体中快速降解并易产生鼓包等腐蚀上的缺点,这些方面正阻碍着镁合金在生物医学上的实际应用。本课题选择了生物相容性较好的元素Nd与Ca,对Mg-2.5Nd基体合金进行基础性研究,以添加0.5wt%及1.0wt%的Ca元素优化合金化方案,经热处理与热挤压方法优化合金组织,把力学性能作为第一标准,筛选出满足骨固定材料条件的镁合金。最后对其采用浸泡析氢以及电化学实验方式,进而表征出其腐蚀速率的大小。三种铸态合金在实际凝固过程中,均以非平衡凝固方式浇铸而成。所以合金中存在大量以离异共晶体存在的Mg₁₂Nd和Mg₂Ca相,大量树枝晶的存在,且成分偏析严重。通过对铸态合金力学拉伸性能与压缩性能的研究,发现随着Ca含量的增加,铸态合金晶粒尺寸由55μm逐步细化到35μm左右;合金的屈服强度不断升高,抗拉强度先升高再降低,伸长率则不断降低。Mg-2.5Nd-0.5Ca合金具有最全面强度表现,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为:147MPa、67MPa和5.7%。另外,合金的断裂方式主要为解理断裂。固溶处理后的Mg-Nd-Ca合金,合金晶粒长大到200μm以上,合金组织除过饱和α-Mg外,还存在长针状的Mg₁₂Nd与颗粒状的Mg₂Ca。其合金力学性能相比较于铸态合金小幅度提升。时效态合金由于析出弥散强化相,力学性能大幅度提升。其中,固溶态与时效态Mg-2.5Nd-0.5Ca合金的屈服强度分别为:73MPa和129Mpa;布氏硬度值分别为:52.6HBW和61.3HBW。经热挤压处理后的铸态合金,晶粒尺寸明显细化至2μm左右,且组织更为均匀。挤压态合金横截面与纵截面表现出完全不同的特性。同样的挤压方向上压缩性能与拉伸性能也不相同,呈现出明显的拉压不对称性。随着Ca含量的增加,其弱化了此方向上的织构,合金拉伸力学性能不断降低。Mg-2.5Nd与Mg-2.5Nd-0.5Ca合金的屈服强度分别为:230Mpa与203Mpa。两种合金虽然都满足医用镁合金植入物骨固定材料力学性能要求。但Mg-2.5Nd-0.5Ca合金具有相对更均匀的综合力学性能。挑选出力学性能较为均匀的Mg-2.5Nd-0.5Ca合金,分别研究挤压态合金横切面与纵截面的腐蚀速率,并将铸态Mg-2.5Nd-0.5Ca合金对比作为参考。结果表明:Mg-2.5Nd-0.5Ca合金在挤压态纵截面上表现出最好的耐腐蚀性能,通过换算可得其平均腐蚀速率为:0.43mm/yr。正好满足骨固定医用植入材料腐蚀性能的要求。