[發明專利]高耐蝕性原位納米碳化物增強不銹鋼植入體及其成形方法

有效

• 申請號: 201810802402.1
• 申請日: 2018-07-20
• 公開（公告）號: CN108971500B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 夏木建;劉愛輝;林岳賓;李年蓮;丁紅燕;丁鉦煒;陳中
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04;B22F3/105;B33Y10/00;B33Y80/00;A61L27/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開一種高耐蝕性原位納米碳化物增強不銹鋼植入體及其成形方法，該不銹鋼植入體包括不銹鋼基體以及在該基體內部原位生成的碳化物MC_x陶瓷增強相，其中，M為Ti、Zr、Nb、Ta、Si、B中的一種或多種。其成形方法為：將M粉末與碳粉在惰性氣氛下濕式球磨混合，獲得原位反應納米碳化物所需混合粉末；將混合粉末與球形醫用不銹鋼粉末在惰性氣氛保護下球磨，得不銹鋼復合材料粉末；構建骨植入體三維模型，通過激光選區熔化工藝，在高純惰性氣氛環境下，將不銹鋼復合材料粉末精密成形得到原位納米碳化物MC_x陶瓷相增強的不銹鋼植入體。該方法可成形得到復雜結構的原位納米碳化物增強不銹鋼植入體，且不銹鋼植入體的耐蝕性能和服役壽命顯著提高。

技術領域

本發明涉及一種高耐蝕性原位納米碳化物增強不銹鋼植入體及其成形方法，屬于醫療器械制造領域。

背景技術

不銹鋼是臨床應用最早的一類金屬植入體材料，其良好的力學性能及優良加工成型性能和低廉的成本，促使其成為臨床廣泛應用的醫用植入體材料和醫療工具材料。在骨科領域，醫用不銹鋼被廣泛用來制作各種人工關節和骨折內固定器械，如人工關節、骨板等；在齒科方面，醫用不銹鋼被廣泛應用于義齒種植體、齒科矯形、牙根種植及輔助器件；在心腦血管疾病治療方面，醫用不銹鋼被用于管腔內植入物，如心臟外科介入治療用心血管支架等。臨床實驗表明，在體液環境中，醫用金屬材料必須具有惰性或是高耐蝕性，這對于材料安全性來講是至關重要。人體是一個嚴苛的腐蝕生理環境，體液中存在鈉離子、氯離子和碳酸氫根離子等電解質及各種復雜的有機化合物，不銹鋼植入體在植入人體內后需持久地浸泡于其中，被化學浸蝕是在所難免的，而因腐蝕造成的金屬離子溶出對人體組織有毒害作用，極易影響人體組織的新陳代謝。其中，鎳離子就是一種眾所周知的有害元素，除了對人體產生過敏反應外，還存在致畸、致癌的危害性。另一方面，腐蝕易造成不銹鋼植入體性能的下降，據統計，接近一半的不銹鋼植入器件因腐蝕破壞而不得不從體內取出。點蝕、縫隙腐蝕及晶間腐蝕是不銹鋼植入材料在體內的主要腐蝕方式。由此可見，提高不銹鋼植入體的耐蝕性能已成為當前臨床亟需解決的關鍵技術難題。

表面改性是指利用機械、物理或化學方法改變金屬材料表面及近表面的成分或結構，獲得生物惰性或活性表面層，提高材料性能的技術。目前，主要通過以下途徑：(1)表面機械研磨對不銹鋼進行表面納米化處理，獲得了硬度較高、耐腐蝕性較強的表面層，進而提升其耐蝕性能；(2)采用物理或化學氣相沉積工藝在不銹鋼植入體表面制備陶瓷涂層，以提高其耐蝕性能；(3)通過化學自組裝工藝在不銹鋼植入體表面制備疏水層，以改善其與人體體液的潤濕性，進而提升其耐蝕性能。現有技術對提升不銹鋼耐蝕性能具有一定的效果，但仍存在一些不足：具體表現在：一是，薄膜或涂層與不銹鋼植入體基體界面結合力較弱，尤其是陶瓷薄膜，在服役過程中在沖擊載荷或點接觸應力作用下，薄膜極易產生裂紋，甚至開裂，最終導致失效；其次，因不銹鋼植入體具有尺寸精密度、幾何結構復雜等特點，其機械研磨、拋光等工藝難以均勻地使其表面納米化；再者，鑄造、鍛造等傳統工藝難以滿足幾何結構復雜的不銹鋼植入體的精密制造。

發明內容

發明目的：針對現有的不銹鋼植入體耐蝕性能差、服役壽命短、難以精密制造等問題，本發明提供一種高耐蝕性原位納米碳化物增強不銹鋼植入體，并提供了該高耐蝕性原位納米碳化物增強不銹鋼植入體的成形方法。

技術方案：本發明所述的高耐蝕性原位納米碳化物增強不銹鋼植入體，包括不銹鋼基體以及在該基體內部原位生成的碳化物MC_x陶瓷增強相，其中，M為金屬元素Ti、Zr、Nb、Ta和/或非金屬元素Si、B中的一種或多種。碳粉可選自石墨、碳納米管、石墨烯中的一種或幾種。

其中，碳化物MC_x陶瓷增強相由納米M粉末與碳粉在高能激光束作用下原位合成。原位反應的過程為：M+xC→MC_x。優選的，M粉末與碳粉在體能量密度為3～10kJ/mm³的高能激光束作用下原位合成碳化物MC_x陶瓷增強相。