[发明专利]一种生产Fe-Mn-Pt基医用3D打印金属材料的方法

说明书

Fe‑Mn‑Pt基医用3D打印金属材料使用氮气雾化法进行制备，造成增氮，影响3D打印成形件强度和塑形。本专利提供一种使用加热后的二氧化碳气体生产Fe‑Mn‑Pt基医用3D打印金属粉末的方法，能够减少粉末增氮。该方法包括设备和工艺两方面，设备上包括气体加热装置的设计以及安装，工艺上包括生产Fe‑Mn‑Pt金属材料粉末的气体压力、雾化喷嘴压力以及气体温度。原料使用工业废气提纯产生的二氧化碳气体，雾化后的Fe‑Mn‑Pt基医用金属材料金属粉末颗粒，粒度小于20μm的粉末一次成品率≥50％，而且颗粒球形度≥95％，推动了我国Fe‑Mn‑Pt基医用金属材料3D打印金属粉末的发展。

技术领域

本发明属于金属3D打印领域，具体涉及一种使用加热后的二氧化碳气体作为喷射气体来生产Fe-Mn-Pt基医用3D打印金属粉末的制备方法。

技术背景

心脏与心血管支架以及人体植入的可降解物作为3D打印和医学交叉领域研究的热点和难点，一直迫切需要获得大的突破。作为医学应用的金属支架或者金属移植材料，其主要研究重点在于生物功能性和生物相容性，生物功能性是使所制备的植入体完成某种功能的一系列性能，主要指力学性能。生物相容性是指植入物有效地和长期在体内或体表持续行使这种功能的能力，主要指金属对周围组织及细胞的影响，而抗腐蚀性能力涉及了生物功能性、生物相容性两方面。纯 Fe用作血管支架材料虽然具有较好的生物相容性，但是其在体内的降解速率太慢，不能满足临床应用的需求。此外，由于Fe具有铁磁性，会对一些成像检测，包括核磁共振成像(MRI)等产生影响。因此需要改变铁基材料的化学组成、显微组织结构来适应临床应用的需求。而Mn的加入显著提高了铁基材料的腐蚀降解速率。Mn作为一种奥氏体合金化元素加入到纯Fe中可以降低铁基合金的标准电极电势，且Mn的添加还能够使纯Fe由铁磁性转变为非铁磁性，因而 Fe-Mn-Pt合金具备良好的MRI显影性，体外细胞毒性结果证实Fe-Mn-Pt合金对小鼠胚胎成纤维细胞(NIH3T3)的细胞活性没有影响。

相比较传统的钛铝合金、镁合金以及316L不锈钢等医学金属材料，近年来开发的形变孪晶诱导高塑性Fe-Mn-Pt基医用金属材料，以超高强度、良好的塑性以及显著的加工硬化率和腐蚀降解速率，成为未来的医学领域用金属材料的首选，该材料与3D打印的结合是非生物3D打印在金属材料的一个突破，促进了非生物3D打印在人体金属支架或者金属移植材料的发展。主要组成成分以质量分数表示为锰(Mn):18-25％，铝(Al)：0.5-4％，碳(0.6-1.2％)，含有少量的Pt，其余为铁元素，代表性的化学成份为Fe-20％Mn-1.5％Al-0.8％C。

目前该材料采用的是氮气雾化法进行制备，相比氩气雾化法，具有成本低、操作简单的特点，但由于氮在高温下容易形成Fe₄N析出，造成焊接热影响区脆化，影响3D打印成形件强度和塑形，因此研究新型雾化方法迫在眉睫。

发明内容

本发明所提供的是一种使用加热后的二氧化碳气体作为喷射气体生产Fe-Mn-Pt基医用金属材料3D打印粉末的方法，解决了目前 Fe-Mn-Pt基医用金属材料3D打印粉末使用氮气造成增氮，同时也能利用二氧化碳气体，起到节能减排的作用。

该种生产Fe-Mn-Pt基医用金属材料粉末的方法包括原料准备、气体加热、气体加压、转换头转换、喷射五部分：

1.选用方坯连铸机生产的棒状Fe-Mn-Pt基医用金属材料作为原料，要求主要组成成分以质量分数表示为锰(Mn):18-25％，铝(Al)： 0.5-4％，碳(0.6-1.2％)，含有少量的Pt，其余为铁元素，代表性的化学成份为Fe-20％Mn-1.5％Al-0.8％C。

2.所有原料使用前用砂轮打磨掉表面氧化物锈层，并切割成30～ 50cm的小段；

3.使用的二氧化碳气体为石灰石煅烧石灰回转窑的工业废气捕集提纯后的气体，纯度要求高于99％；