近期，省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室丁雨田教授团队在生物医用可降解锌基合金取得重要进展，并以题为“300 MPa grade high-strength ductile biodegradable Zn-2Cu-xMg (x=0.08, 0.15, 0.5, 1) alloys: The role of Mg in bimodal grain formation”发表在材料科学领域TOP期刊《Journal of Materials Science & Technology》上（中科院一区，IF:11.2）。兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室作为独立完成单位；博士研究生李瑞民为第一作者，丁雨田教授为通讯作者。

由于适中的降解速率、成骨活性和抗菌性，锌在骨钉、骨板、髓内针和骨填充支架等应用领域展现出广阔前景。近年来，结合金属锌与锌生物学特性的锌基生物材料已成为解决临床挑战的新策略。然而，由于力学性能不足，生物可降解锌及其合金在高承重骨中的应用受到限制。为了解决这一问题，先前的研究主要集中在通过晶界工程或晶体缺陷来提高纯锌的力学性能。获得超细晶粒需要通过ECAP或HPT等大塑性变形手段，成本高昂且难以大规模生产。值得注意的是，当晶粒尺寸减小到几微米时，可能会出现反Hall-Petch效应。同时，考虑到合金化元素必须是人体必需的营养元素，这些有限的合金元素在室温下具有一个较低固溶度，导致有限的固溶强化。那么，如何在不引入其他合金元素，即保证生物相容性的前提下，激发额外的强化机制，从而进一步改善锌基合金的力学性能呢？

近年来，异质微结构合金作为克服强度-塑性权衡的有效策略被广泛关注。传统均质结构中由林位错塑性和林硬化机制主导，而异构新增了基于几何必需位错的异质塑性变形并引起额外的应变硬化与额外的强化。基于团队前期研究，认为结合双模态晶粒结构和多尺度第二相是进一步提高锌合金力学性能的潜在策略。已有研究表明，Zn-Cu和Zn-Mg合金分别表现出优异的塑性和强度。“韧性铜”和“强化镁”的共生有助于克服锌合金中固有的强度-塑性权衡。本研究团队以Zn-2Cu-xMg合金为研究对象，通过控制镁含量获得了两种不同的异质微结构，实现了力学性能的可调性。结果表明，低含量Mg（0.08，0.5 wt.%）诱导形成典型的部分再结晶微观组织，而高含量Mg（0.5，1 wt.%），促进形成了完全再结晶的双峰晶粒结构。同时，研究了镁对形成不同双模态异质结构、力学性能和动态再结晶机制的作用机制。强度的提高得益于细晶强化、多尺度第二相对位错的钉扎作用及异质界面激发的大量GNDs密度诱导的HDI强化；而非基面<c+a>位错和细小的动态再结晶晶粒的协同作用有助于塑性的改善。

这项工作为开发具有异质微结构的高性能可降解锌基合金的设计和精准调控提供了新思路，推动了可降解锌基合金在承重部位的临床应用。研究工作得到了兰州理工大学优秀博士学位论文培育计划和甘肃省科技重大专项（22ZD6GA008）等项目的资助。