锌是人体必须元素,作为可降解医用金属材料具有巨大前景。但是纯锌的强度低、塑性差,无法在人体组织重建过程中提供足够的力学支撑。前人研究发现,添加Li元素可显著提高锌的强度。在本文完成前,关于Zn-Li合金的研究存在以下几个关键问题:(Ⅰ)尚无关于Zn-Li合金中固态相变类型及其产物特征的报道,导致对该系列合金的组织特征和强塑化机理缺乏清晰认识;(Ⅱ)Li元素提升强度,但降低塑性,尤其是热轧态过共晶Zn-Li合金表现出高强度和极脆性,极大限制了其潜在的工程化应用;(Ⅲ)过共晶Zn-Li合金的在模拟体液中的降解行为、降解产物及其形成机理不明确。上述问题阻碍了可降解医用Zn-Li合金的组织性能优化。本文针对上述问题开展研究,采用球差校正透射电镜(TEM)、三维原子探针(3DAP)和扫描开尔文探针显微镜(SKPFM)等先进的表征测试方法,通过系统分析得到以下结果:(1)揭示了β-LiZn4(β)中析出Zn以及Zn中析出β-LiZn4的固态相变特征。Li含量高于共晶成分(0.44 wt.%)时,合金由粗大的β初生相枝晶和Zn+β共晶组织构成。研究发现,在铸态合金的β初生相中形成了细密的针状Zn析出相,构成了显著区别于Zn+β共晶的β/Zn层片状组织。在这种组织中,相邻Zn片层的间距240 MPa,抗拉强度(UTS)>390 MPa,延伸率(EL)>45%的高强高塑的近共晶和过共晶Zn-Li合金。同时,Zn-Li合金在温轧过程中发生了动态再结晶过程,在细化晶粒的同时降低了合金的位错密度和内应力。故热-温轧Zn-Li合金在析出强化、细晶强化和动态再结晶软化的协同作用下实现了增强增塑。(3)通过对Zn-Li合金在模拟体液(SBF)中随时间变化的腐蚀行为进行研究,发现了 Zn-Li合金2阶段的腐蚀过程,揭示了 Li元素通过改变腐蚀层显微结构和化学成分进而实现对点蚀的抑制作用。SKPFM试验首次证实了Zn-Li合金中β相的表面电势低于Zn相,为两相电偶中的阳极,故其优先降解,这表明由Zn-Li合金制备的医用植入器件在人体中可完全降解。β相的优先降解导致Li+离子在合金表面溶液中过饱和,同时形成的化学势梯度导致合金中Li原子向表面富集。因此在浸泡前中期,合金表面腐蚀产物以致密颗粒状富Li腐蚀产物(Li2CO3)为主,该腐蚀层可有效抑制合金表面的点蚀形核与扩张。由计算可知,浸泡30天后合金的平均腐蚀速率为9.8 μm/y,仅为纯Zn的1/7。通过TEM和XPS揭示浸泡初期合金表面富Li腐蚀层由两个亚层组成,其中由Li2CO3多晶组成的外层厚度为55 nm,内部致密无缺陷且化学稳定性高,可在25 nm内阻止SBF中Cl-离子的渗透和侵蚀,进而有效抑制点蚀。内层为合金表面自然氧化层,可为外层Li2CO3多晶提供异质形核位点,促进Li2CO3多晶层的形成。综上所述,本论文通过揭示Zn-Li合金中固态相变特征,开发了适用于过共晶Zn-Li合金的热-温轧制工艺,解决了热轧过共晶合金塑性低的问题。制备出适用于可降解植入物的高强高塑且腐蚀均匀的Zn-Li合金,并揭示了其强塑化和早期均匀腐蚀的机理,为含Li锌合金设计优化提供了基础。