[發明專利]一種生產Fe-Mn-Pt基醫用3D打印金屬材料的方法

在審

• 申請號: 202010156847.4
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111250721A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 陳俊孚;吳蘇州;李曉云;高瑩
• 申請（專利權）人: 深圳市晶萊新材料科技有限公司
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;B33Y70/00;C22C38/04;C22C38/06
• 代理公司: 深圳峰誠志合知識產權代理有限公司 44525
• 代理人: 李明香

Fe?Mn?Pt基醫用3D打印金屬材料使用氮氣霧化法進行制備，造成增氮，影響3D打印成形件強度和塑形。本專利提供一種使用加熱后的二氧化碳氣體生產Fe?Mn?Pt基醫用3D打印金屬粉末的方法，能夠減少粉末增氮。該方法包括設備和工藝兩方面，設備上包括氣體加熱裝置的設計以及安裝，工藝上包括生產Fe?Mn?Pt金屬材料粉末的氣體壓力、霧化噴嘴壓力以及氣體溫度。原料使用工業廢氣提純產生的二氧化碳氣體，霧化后的Fe?Mn?Pt基醫用金屬材料金屬粉末顆粒，粒度小于20μm的粉末一次成品率≥50％，而且顆粒球形度≥95％，推動了我國Fe?Mn?Pt基醫用金屬材料3D打印金屬粉末的發展。

技術領域

本發明屬于金屬3D打印領域，具體涉及一種使用加熱后的二氧化碳氣體作為噴射氣體來生產Fe-Mn-Pt基醫用3D打印金屬粉末的制備方法。

技術背景

心臟與心血管支架以及人體植入的可降解物作為3D打印和醫學交叉領域研究的熱點和難點，一直迫切需要獲得大的突破。作為醫學應用的金屬支架或者金屬移植材料，其主要研究重點在于生物功能性和生物相容性，生物功能性是使所制備的植入體完成某種功能的一系列性能，主要指力學性能。生物相容性是指植入物有效地和長期在體內或體表持續行使這種功能的能力，主要指金屬對周圍組織及細胞的影響，而抗腐蝕性能力涉及了生物功能性、生物相容性兩方面。純 Fe用作血管支架材料雖然具有較好的生物相容性，但是其在體內的降解速率太慢，不能滿足臨床應用的需求。此外，由于Fe具有鐵磁性，會對一些成像檢測，包括核磁共振成像(MRI)等產生影響。因此需要改變鐵基材料的化學組成、顯微組織結構來適應臨床應用的需求。而Mn的加入顯著提高了鐵基材料的腐蝕降解速率。Mn作為一種奧氏體合金化元素加入到純Fe中可以降低鐵基合金的標準電極電勢，且Mn的添加還能夠使純Fe由鐵磁性轉變為非鐵磁性，因而 Fe-Mn-Pt合金具備良好的MRI顯影性，體外細胞毒性結果證實Fe-Mn-Pt合金對小鼠胚胎成纖維細胞(NIH3T3)的細胞活性沒有影響。

相比較傳統的鈦鋁合金、鎂合金以及316L不銹鋼等醫學金屬材料，近年來開發的形變孿晶誘導高塑性Fe-Mn-Pt基醫用金屬材料，以超高強度、良好的塑性以及顯著的加工硬化率和腐蝕降解速率，成為未來的醫學領域用金屬材料的首選，該材料與3D打印的結合是非生物3D打印在金屬材料的一個突破，促進了非生物3D打印在人體金屬支架或者金屬移植材料的發展。主要組成成分以質量分數表示為錳(Mn):18-25％，鋁(Al)：0.5-4％，碳(0.6-1.2％)，含有少量的Pt，其余為鐵元素，代表性的化學成份為Fe-20％Mn-1.5％Al-0.8％C。

目前該材料采用的是氮氣霧化法進行制備，相比氬氣霧化法，具有成本低、操作簡單的特點，但由于氮在高溫下容易形成Fe₄N析出，造成焊接熱影響區脆化，影響3D打印成形件強度和塑形，因此研究新型霧化方法迫在眉睫。

發明內容

本發明所提供的是一種使用加熱后的二氧化碳氣體作為噴射氣體生產Fe-Mn-Pt基醫用金屬材料3D打印粉末的方法，解決了目前 Fe-Mn-Pt基醫用金屬材料3D打印粉末使用氮氣造成增氮，同時也能利用二氧化碳氣體，起到節能減排的作用。

該種生產Fe-Mn-Pt基醫用金屬材料粉末的方法包括原料準備、氣體加熱、氣體加壓、轉換頭轉換、噴射五部分：

1.選用方坯連鑄機生產的棒狀Fe-Mn-Pt基醫用金屬材料作為原料，要求主要組成成分以質量分數表示為錳(Mn):18-25％，鋁(Al)： 0.5-4％，碳(0.6-1.2％)，含有少量的Pt，其余為鐵元素，代表性的化學成份為Fe-20％Mn-1.5％Al-0.8％C。

2.所有原料使用前用砂輪打磨掉表面氧化物銹層，并切割成30～ 50cm的小段；

3.使用的二氧化碳氣體為石灰石煅燒石灰回轉窯的工業廢氣捕集提純后的氣體，純度要求高于99％；