99% )制备出HPZX50。为了 制备乂即合金2乂50和2乂10，将蒸馏过的超纯镁（99.999%)、钙（99.99%)和锌（99.999%) 置于石墨坩埚中，在750°C的保护性气体混合物中合成。随后，将熔融物倾注到底部用水冷 却的锥形石墨模具（平均直径为55_，高度约等于150mm)中，迫使恪融物发生定向凝固，从 而避免产生缩孔。在坯料均质化后，即，执行固溶处理（ZX50合金：350°C12小时；ZX10合 金：350°C12小时，再450°C8小时）后，用加压空气冷却坯料。某些样品的化学组成是通 过辉光放电质谱法确定的（如表1所示）。
[0060] 挤出稈序
[0061] 将均质化的合金加工成直径为50mm且长度为120mm的坯料。对于XHPZX10,在 250°C温度下熟化坯料30分钟，以便在挤出工艺之前形成分布均匀的精细金属间粒子（沉 淀物）。然后将坯料加热到300°C，再以0. 15mm/s的冲压速度执行间接挤压，得到直径为 10mm的棒料剖面，此剖面与25:1的挤出比对应。在挤压机的出口侧使用加压空气将挤出坯 料冷却。对于ZX50合金，在325°C温度下直接挤压形成10mm直径的挤出坯料。现已发现， 间接挤压会导致更高的动态重结晶率。
[0062] 为了检验痕量元素对降解性能的影响，分别使用高纯度（HP)的镁和真空蒸馏超 高纯度（XHP)的镁（参见W02013/107644中有关真空蒸馏高纯度镁的内容，该专利以引用 方式并入本文）来制备ZX50合金。表1给出ZX50合金的化学组成，其中也包括提到的"有 害"元素。使用真空蒸馏超高纯度的镁和超纯锌钙合成XHPZX50导致痕量元素含量减少到 原来的大约百分之一。
[0063] 表1 :具有常规纯度（CP)、高纯度（HP)和轺高纯度（XHP)的ZX50的化学组成
[0064]
[0065]
[0066]浔泡试验
[0067]使用如G.Song,A.Atrens,D.H.StJohn,MagnesiumTechnologyConference atTMS.NewOrleans,LA,USA, (2001)255(以引用方式并入本文）中描述的析氢法测 量合金的降解率，再使用如M.Schinhammer,J.Hofstetter,C.Wegmann,F.Moszner,J. F.Loffler,P.J.Uggowitzer,"Ontheimmersiontestingofddegradableimplant materialsinsimulatedbodyfluid:ActivepHregulationusingC02"Adv.Eng. Mater. 15(2013)434-441 (以引用方式并入本文）中描述的室内改进试验装置来评定合金 的降解情况。此试验装置专为降解缓慢材料设计，不仅表现出高气体体积分辨率，还将每日 的大气压波动和气体溶解考虑在内。所用的试样表面积尺寸在259 ± 1mm2至626 ±6. 7mm2 的范围内。每批测验三个试样，以mL/cm2为单位评定这些试样的平均析氢速率。全部数据 点都用大气压和气体溶解量校正过。用于浸泡试验的模拟体液的离子浓度在A.C. I.Gerber,M.Schinhammer,J.F.Loffler,P.J.Uggowitzer,a0ntheinvitroandinvivo degradationperformanceandbiologicalresponseofnewbiodegradableMg-Y-Zn alloys"ActaBiomater. 6(2010) 1824-1833(以引用方式并入本文）中有描述；使用 C02(99 . 90体积％ )或Tris作为缓冲剂。在降解试验期间，将pH设置为7. 45±0. 017,温 度为36. 91 ±0. 30°C，保持两周。在颗粒度为4000的碳化硅研磨纸上研磨样品。临浸泡之 前，在lym抛光布上抛光样品，再将样品置于超声波清洗器中用异丙醇清洗，取出样品，在 热空气中干燥。
[0068] 图1示出了常规纯度（CP)、高纯度（HP)和超高纯度（XHP)ZX50合金浸泡在pH为 7.45、温度为37°(：的用0)2缓冲的模拟体液（58巧中时的平均析氢速率与时间的关系（应 注意，Y轴上使用的是非均匀缩放；典型的数据分布以误差条示出），示出了杂质水平的重 要性。一开始氢气量稳定增加，随浸泡时间延长，降解率略有下降。在同样的时间内，XHP ZX50合金析出的氢气明显比CP合金和HP合金少。这种析氢量显著降低（在两周后，从CP 到HP减少了一个以上数量级，从HP到XHP减少到大约三分之一）可能归因于痕量元素含 量降低，相关地免除了大量生成降解的阴极位点。
[0069] 从0)2缓冲剂变为有机化合物Tris导致降解率增大，并伴随腐蚀形貌特征的变 化。观察到，浸泡在用C02缓冲的模拟体液中的合金呈现出非常均匀的降解（图3A)，而浸 泡在用Tris缓冲的模拟体液中的合金呈现出明显的局部腐蚀作用，这种局部腐蚀在快速 降解的合金ZX50上最为明显（图3B)。然而，这种降解形貌的变化没有出现在非合金的镁 中。此外，在合金XHPZX10上仅能观察到非常微弱的局部腐蚀（图3C)。这些发现表明，合 金的化学组成对特定环境中的降解敏感性有强烈的影响。
[0070] 图3示出了样品在浸泡于模拟体液之后的表面形貌，如下所述：(a)XHPZX50在用 C02缓冲的模拟体液中浸泡两周之后未显示局部腐蚀；(b)XHPZX50在用Tris缓冲的模拟 体液中只浸泡三天后即显示出明显的局部腐蚀；（c)对于XHPZX10来说，在用Tris缓冲的 模拟体液中浸泡两周之后，没有任何可见的局部腐蚀迹象。
[0071] 图4A示出了Mg-Zn-Ca合金在300°C温度下的构成，S卩制造ZX10合金中用于挤出 的温度（热成型温度）。如图4A和图4B中所用，"HCP"代表六边形紧密堆积的结构，并且 指镁基质的晶体结构。为了避免形成三元Mg6Zn3Cajg，可见锌含量应低于约1. 0重量％，但 此外为了得益于某种程度的固溶体硬化，就ZX10合金来说，选择1重量％的锌含量，并连同 Mg2Ca粒子的晶粒细化效应一起评估钙含量。要生成极细的粒度，在固溶处理之后执行时效 程序，此时效程序的温度低于或等于热成型温度（参见上文的挤出方法）。图4B示出（a) 固溶处理窗口ATst(锌和钙完全溶于镁中，但尚未达到固相线温度）在锌含量为1重量％ 时的宽度，以及（b)钙含量对固溶处理窗口宽度的影响。在这种情况下，选择0.3重量％ 的钙含量。图4A示出了低锌合金MgZnlCaO. 3(ZX10)的构成。300°C温度下仅有Mg2Ca相。 Mg2Ca和（Mg，Zn)2Ca是同一物质。Mg2Ca可能包含适量锌，而不会改变性质。依照Mg2Ca的齐 纳曳引效应，得到的晶粒尺寸保持在低水平，即约2ym(参见上文的挤出参数）。合金ZX10 的对应机械性能如下所述。在拉伸时：屈服强度（TYS) = 240MPa，极限抗拉强度（UTS)= 2551^，断裂伸长率=27%;在压缩时：压缩屈服强度妨5)= 2051^，极限压缩强度（1^) = 245MPa，断裂伸长率=13%。所述拉伸和压缩条件是按照ASTM或ISO标准确定的（例 如，压缩按照DIN50106,拉伸按照DINEN10002-1)。ZX10合金的特点不只是具有较高强 度和良好的延展性，还具有较低的机械性能各向异性。
[0072] 如图2所示，合金XHPZX10的良好机械性能伴随着出色的生物腐蚀行为。图2示 出在植入12周之后，合金XHPZX10与CPZX50的体内降解性能对比，XHPZX10示于图2A， CPZX50示于图2B。快速腐蚀的CPZX50已完全降解并观察到了严重的骨发炎，而XHPZX10 表现出预想的缓慢均匀降解。在这种情况下，临床上可能完全观察不到氢气泡，而生物体能 够吸收合金产生的少量氢，从医学角度看，这两种现象是高度相关的。
[0073] 低淵退火
[0074] 按照上文所述的制备ZX10合金（即MgZnlCaO. 3)方法来制备CPZX10合金（利用 光发射光谱（0ES)测得其具有以下杂质：铝：229ppm，铜：llppm，铁：32ppm，锰：309ppm，镍： lOppm，硅：323ppm，锌：47ppm)和XHPZX10合金。在挤出程序之后，使CPZX10合金和XHP ZX10合金经受200°C的低温退火，退火时长分别为10小时（h)和100小时（h)，然后在用 Tris缓冲的模拟体液中执行上述浸泡试验。如图5所示，随着低温退火步骤的时间推移，合 金的降解率增大。举例来说，经受了 100小时低温退火的合金与只经受了 10小时低温退火 的合金相比，降解率更大。此外，经受了低温退火的合金与未经受低温退火步骤的合金相比 (将"挤出态"合金与经受了 10小时和100小时低温退火的合金进行比较），表现出增大的