В структуре общей заболеваемости травмы занимают третье место. Количество переломов составляет до 10% от числа всех травм. Для лечения переломов, которые не срастаются без оперативного скрепления обломков, используется остеосинтез. Для фиксации костных фрагментов применяются имплантаты из различных материалов в виде всевозможных сложных конструкций (штифтов, спиц, пластин). В процессе эксплуатации такие имплантаты подвергаются статическим и динамическим нагрузкам, а также действия биокоррозии. В связи с этим, материалы для имплантатов должны быть биологически инертными и совместимыми, а также иметь достаточные механические характеристики (предел прочности, модуль упругости и относительное удлинение). Эти характеристики должны быть не ниже физико-механических характеристик костей: σ_в = 120 – 150 МПа, E = 17 – 20 ГПа,
δ = 1,4 – 3,1 %.

Перспективным для производства имплантатов является применение магниевых сплавов системы Mg-Zr-Nd, в частности сплава МЛ10, который имеет достаточно высокий уровень механических свойств: σ_в ≥ 230 МПа,
E = 43 – 45 ГПа, δ ≥ 2 %. Однако, основным недостатком данного сплава является резкое снижение механических свойств при длительном воздействии биокоррозии. Поэтому, разработка нового сплава системы Mg-Zr-Nd с повышенным уровнем механических свойств является актуальной задачей.

Исследовали влияние легирующих элементов в интервалах 0,4…1,5% Zr, 2,2…3,4% Nd, 0,1…0,7% Zn на предел прочности (σ_В) и относительное удлинение (δ) с использованием математического планирования эксперимента по плану 2³.

В результате проведенных исследований получены уравнения регрессии, описывающие влияние исследуемых легирующих элементов на предел прочности (1) и относительное удлинение (2):

σ_В= 254 + 18,25x₂ – 6,5x₁x₂ ± 0,14 (МПа)   (1)

δ = 3,55 + 0,625x₁ – 0,3x₁x₂ ± 0,11 (%)   (2)

В результате анализа уравнений регрессии определено, что при максимальном содержании неодима и минимальном содержании циркония достигается наибольшая прочность, в то время как наибольшая пластичность наблюдается при минимуме неодима и максимуме циркония. Влияние цинка на свойства металла было незначительным.

Для получения максимального комплекса механических свойств сплава была проведена графическая оптимизация содержания легирующих элементов. В результате чего были получены следующие значения содержания легирующих элементов: Nd – 2,7…2,75 %, Zr – 0,95…1,05 %, Zn – 0,4…0,5 %.

Разработанный сплав имеет необходимый уровень физико-механических свойств после длительной биокоррозии. Имплантаты, изготовленные из данного сплава, показали их нетоксичность в эксперименте на животных и рекомендованы для дальнейших исследований.