[發明專利]一種應力誘發馬氏體相變的生物可降解鐵合金及制備方法

有效

• 申請號: 202011244037.0
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112359263B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 帥詞俊;楊友文;楊文靜
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: C22C33/02
• 分類號: C22C33/02;B22F3/10;B22F10/28;B33Y10/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹;魏娟

本發明涉及一種應力誘發馬氏體相變的生物可降解鐵合金及制備方法。所述的生物可降解鐵合金，其制備方法包括以下步驟：按設計組分配取鐵、錳、硅粉，在保護氣氛下，進行機械合金化獲得具有奧氏體和馬氏體相的混合合金粉末，將合金粉末真空干燥；以真空干燥后的合金粉末為原料，在保護氣氛下，采用選區激光熔化工藝得到鐵錳硅合金材料。結果表明，所制備的鐵錳硅合金，具有比鐵更負的電極電位，同時，合金中的奧氏體與馬氏體之間構成大量的電偶腐蝕，顯著提高合金材料的腐蝕速率。本發明所制備的生物鐵錳硅合金能夠有效解決常規鐵基骨植入物降解過慢的問題，并且具有優異的力學性能和良好的生物活性，在骨修復領域具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于生物醫用植入物設計和制造技術領域，特別涉及一種應力誘發馬氏體相變的生物可降解鐵合金及制備方法。

背景技術

鈦合金、316L不銹鋼和Co-Cr合金等永久性植入材料，由于良好的生物相容性和優異的力學性能，近年來在骨移植領域得到廣泛應用。但它們在人體內難以降解，需要二次手術取出，且長期植入會引發一些并發癥。生物可降解金屬是新一代革命性的生物醫用材料。其中鐵作為一種代表性的可降解金屬，不僅是人體內必需的營養元素，參與多種新陳代謝過程，還能維持骨細胞的結構和功能，具有良好的生物相容性，因此在骨移植領域受到了極大的關注。然而，由于鐵標準電極電位較高(-0.44V)，導致其在體內環境降解速率過慢(＜0.1mm/year)，作為植入物會阻礙新骨的生長，這嚴重阻礙了鐵在骨移植中的應用。

為了提高鐵的降解速率，人們開展了大量的研究，目前有利用Al、B、C等元素與鐵元素形成金屬間化合物，通過金屬間化合物與鐵基體之間形成電偶腐蝕加速降解；也有通過添加高電位的金屬元素Au、Ag、Pt等，與鐵基體形成大的電位差來提高腐蝕速率。但是這些元素及金屬間化合物形成的陰極腐蝕速率較低，因此鐵的降解速率提高并不明顯，此類所制備的鐵基植入物與臨床使用要求仍有較大差距。

因此，如何有效加快鐵基合金的電偶腐蝕以使降解速率與組織修復速率相匹配，成為促進其在可降解植入物領域應用的關鍵。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提出一種誘發馬氏體相變的生物鐵錳硅合金及制備方法。通過本發明開發的鐵錳硅合金，一方面有效降低了鐵基體的電極電位，另一方面奧氏體與馬氏體形成電偶腐蝕，顯著提高了鐵基體的降解速率。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明一種應力誘發馬氏體相變的生物可降解鐵合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、將鐵粉、錳粉、硅粉于保護氣氛下進行球磨，干燥，獲得具有奧氏體、馬氏體相的混合合金粉末；

所述混合合金粉末中，鐵粉的質量分數為60-70wt％，錳粉的質量分數為26-34wt％，硅粉的質量分數為3-9wt％；

步驟二、將步驟一所得混合合金粉末于保護氣氛下，通過選區激光熔化成型獲得生物可降解鐵合金。

優選的方案，所述鐵粉為球形，粒徑為15-50μm，錳粉為球形，粒徑為5-10μm，硅粉的粒徑為50-80nm；

發明人發現，將原料粉末的粒徑控制在上述范圍，最終所得生物可降解鐵合金致密度最佳，力學性能最優，降解速率加快最多。

優選的方案，所述步驟一中，所述混合合金粉末中，鐵粉的質量分數為62-66wt％，優選為64wt％，錳粉的質量分數為28-32wt％，優選為30wt％，硅粉的質量分數為5-7wt％，優選為6wt％；

優選的方案，所述步驟一中，球磨的轉速為250-350rad/min，球磨的時間為35-50h，球料比為8-12：1。