[發(fā)明專利]高耐蝕性原位納米碳化物增強(qiáng)不銹鋼植入體及其成形方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810802402.1
• 申請日: 2018-07-20
• 公開（公告）號: CN108971500B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 淮陰工學(xué)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(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開一種高耐蝕性原位納米碳化物增強(qiáng)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(nèi)部原位生成的碳化物MC_x陶瓷增強(qiáng)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(yīng)納米碳化物所需混合粉末；將混合粉末與球形醫(yī)用不銹鋼粉末在惰性氣氛保護(hù)下球磨，得不銹鋼復(fù)合材料粉末；構(gòu)建骨植入體三維模型，通過激光選區(qū)熔化工藝，在高純惰性氣氛環(huán)境下，將不銹鋼復(fù)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(qiáng)的不銹鋼植入體。該方法可成形得到復(fù)雜結(jié)構(gòu)的原位納米碳化物增強(qiáng)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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高耐蝕性原位納米碳化物增強(qiáng)不銹鋼植入體及其成形方法，屬于醫(yī)療器械制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

不銹鋼是臨床應(yīng)用最早的一類金屬植入體材料，其良好的力學(xué)性能及優(yōu)良加工成型性能和低廉的成本，促使其成為臨床廣泛應(yīng)用的醫(yī)用植入體材料和醫(yī)療工具材料。在骨科領(lǐng)域，醫(yī)用不銹鋼被廣泛用來制作各種人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定器械，如人工關(guān)節(jié)、骨板等；在齒科方面，醫(yī)用不銹鋼被廣泛應(yīng)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(yī)用不銹鋼被用于管腔內(nèi)植入物，如心臟外科介入治療用心血管支架等。臨床實(shí)驗(yàn)表明，在體液環(huán)境中，醫(yī)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(guān)重要。人體是一個嚴(yán)苛的腐蝕生理環(huán)境，體液中存在鈉離子、氯離子和碳酸氫根離子等電解質(zhì)及各種復(fù)雜的有機(jī)化合物，不銹鋼植入體在植入人體內(nèi)后需持久地浸泡于其中，被化學(xué)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(chǎn)生過敏反應(yīng)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(jù)統(tǒng)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(nèi)取出。點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕及晶間腐蝕是不銹鋼植入材料在體內(nèi)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(dāng)前臨床亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。

表面改性是指利用機(jī)械、物理或化學(xué)方法改變金屬材料表面及近表面的成分或結(jié)構(gòu)，獲得生物惰性或活性表面層，提高材料性能的技術(shù)。目前，主要通過以下途徑：(1)表面機(jī)械研磨對不銹鋼進(jìn)行表面納米化處理，獲得了硬度較高、耐腐蝕性較強(qiáng)的表面層，進(jìn)而提升其耐蝕性能；(2)采用物理或化學(xué)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(xué)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(jìn)而提升其耐蝕性能。現(xiàn)有技術(shù)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(xiàn)在：一是，薄膜或涂層與不銹鋼植入體基體界面結(jié)合力較弱，尤其是陶瓷薄膜，在服役過程中在沖擊載荷或點(diǎn)接觸應(yīng)力作用下，薄膜極易產(chǎn)生裂紋，甚至開裂，最終導(dǎo)致失效；其次，因不銹鋼植入體具有尺寸精密度、幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，其機(jī)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(tǒng)工藝難以滿足幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜的不銹鋼植入體的精密制造。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)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(fā)明提供一種高耐蝕性原位納米碳化物增強(qiáng)不銹鋼植入體，并提供了該高耐蝕性原位納米碳化物增強(qiáng)不銹鋼植入體的成形方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的高耐蝕性原位納米碳化物增強(qiáng)不銹鋼植入體，包括不銹鋼基體以及在該基體內(nèi)部原位生成的碳化物MC_x陶瓷增強(qiáng)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(qiáng)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(yīng)的過程為：M+xC→MC_x。優(yōu)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(qiáng)相。