镁及其合金凭借其可降解性、优良的生物相容性、力学相容性等特点,作为医用可降解植入材料引起了国内外学者的极大兴趣。然而,由于耐蚀性差等问题导致在机体中产生大量氢气、局部pH值的升高以及机械完整性的迅速下降,从而限制了其在临床上的应用。提高镁及其合金耐蚀性的主要途径包括合金化和表面处理技术。表面处理技术包括化学转化、阳极氧化与微弧氧化、电化学沉积、溶胶-凝胶、离子注入、激光表面改性、有机膜层成膜等方法。对比其他表面处理技术,微弧氧化技术,具有膜层硬度高、抗腐蚀、绝缘性好、耐磨性能好、设备简单、操作方便等特点。然而,微弧氧化膜层表面存在微孔及微裂纹,在腐蚀介质中的耐蚀性能欠佳,尚需进一步研究。因此,微弧氧化封孔处理是改善该缺陷的主要措施,主要封孔方法包括溶胶凝胶、有机高分子成膜、电泳等方法。本文以Mg-1.75Zn合金为基体,选用对人体生物相容性良好的Ca元素作为合金化元素制备了不同Ca含量的Mg-Zn-Ca三元镁合金。在Mg合金表面制备了含有Ca-P的微弧氧化膜层,研究了不同正向电压和电解液中不同含量的甘油磷酸钙对微弧氧化膜层微观组织、相组成、膜层结合力、耐蚀性以及体外溶血率等性能的影响。对比研究了含有Ca-P的和含有Si的微弧氧化膜层组织结构、相组成、降解性能和耐蚀性的影响,分析了造成两种膜层耐蚀性差异的机理。采用两步法制备了含有Ca-P-Si的微弧氧化膜层,对比了含有Ca-P的膜层的组织结构和性能,探讨了微弧氧化膜层形成机理。在此基础上,分别采用溶胶凝胶和壳聚糖成膜技术对微弧氧化膜层进行封孔处理,分析了浸渍提拉次数对膜层的影响。研究结果表明Ca元素具有细化镁合金晶粒的作用。硬度、拉伸强度和屈服强度随着Ca元素含量的增加,出现先增大后减小的趋势,并在Ca含量为0.97wt.%时,达到最大值。模拟体液浸泡实验表明,加入Ca元素后失重率随着Ca含量的增加先增大后减小,但是都比Mg-1.75Zn合金的失重率大。这主要是由于随着Ca含量的增加,Mg合金中Ca2Mg5Zn13形成的网状结构的连续性持续增强,使得腐蚀过程受到了阻碍。但是,随着镁合金中加入Ca元素的增加,合金的晶粒细化,晶界和晶粒数目增加,导致了 Mg合金的腐蚀点的增加,加快了镁合金的腐蚀。随着正向电压的增大,制备的含有Ca-P的微弧氧化膜层中磷酸钙的含量不断增加,膜层的厚度也不断增加,电压通过影响放电的能量和电场改变膜层的组织结构。电压为450V时制备的微弧氧化膜层厚度为30μm,膜层表面的微孔孔径为3～10μm。浸泡实验和电化学实验表明含有磷酸钙的微弧氧化膜层具有生物活性并能有效的提高Mg合金的耐蚀性,在450V时制备的膜层耐蚀性最好。随着电解液中甘油磷酸钙含量的增加,微弧氧化膜层表面越来越光滑,且微孔平均孔径变小,膜层与基体结合力也越来越大。当甘油磷酸钙的含量为7.5g/L时,微弧氧化膜层与基体的结合力为20.46N。模拟体液浸泡实验表明,微弧氧化膜层试样的pH值没有出现急剧升高的现象。由于膜层中钙磷元素含量的增加,失重率随着电解液中甘油磷酸钙含量的增加而减少。膜层浸泡后表面出现大量含有钙磷的沉积物。溶血试验和家兔热原实验表明当甘油磷酸钙的含量为7.5g/L时,膜层符合ISO 10993-4:2002标准。与在Ca-P电解液中制备的微弧氧化膜层相比,在硅酸盐中制备的膜层厚度较薄,微孔更小且微裂纹较少。由于含有Si的微弧氧化膜层具有相对较少的微裂纹和较小的微孔,在模拟体液浸泡初期耐蚀性优于含有Ca-P的微弧氧化膜层。含有Ca-P的微弧氧化膜层由于具有生物活性更好的Ca-P相,因此在长时间的浸泡中耐蚀性更好。通过两步法在Mg-Zn-Ca合金表面制备了含有Ca-P-Si的微弧氧化膜层。第一步制备的含有Ca-P的微弧氧化膜层和第二步制备的含有Ca-P-Si的微弧氧化膜层具有相似的表面和截面形貌,但是含有Ca-P-Si的微弧氧化膜层具有更厚的膜层厚度和更为细小的微孔。经过EDS,XRD和FT-IR等确认了Ca-P-Si的微弧氧化膜层含有磷酸钙和硅酸镁等物相。电化学实验和浸泡实验表明含有Ca-P-Si的微弧氧化膜层能够显著降低腐蚀速率并具有优良的生物矿化能力。通过对两步微弧氧化分析,微弧氧化膜层形成过程是一个原先膜层不断破坏与新膜层不断生长的过程。制备的微弧氧化-溶胶凝胶复合膜层,经过微观组织分析表明,随着浸渍提拉次数的增加,得到的复合膜层的微裂纹减少。在溶胶中浸渍提拉三次得到的复合膜层,其表面均匀,裂纹较少。由于溶胶能够进入微弧氧化膜层中的微孔中,有效减缓了微弧氧化膜层在模拟体液中浸泡初期pH值迅速升高的现象,降低了浸泡前期的降解速率。在壳聚糖醋酸溶液中浸渍提拉两次得到的复合膜层,其表面光滑均匀,没有裂纹。这有效阻挡了腐蚀离子进入微弧氧化膜层的微孔中,提高了微弧氧化膜层的耐蚀性。