[发明专利]一种应力诱发马氏体相变的生物可降解铁合金及制备方法

说明书

本发明涉及一种应力诱发马氏体相变的生物可降解铁合金及制备方法。所述的生物可降解铁合金，其制备方法包括以下步骤：按设计组分配取铁、锰、硅粉，在保护气氛下，进行机械合金化获得具有奥氏体和马氏体相的混合合金粉末，将合金粉末真空干燥；以真空干燥后的合金粉末为原料，在保护气氛下，采用选区激光熔化工艺得到铁锰硅合金材料。结果表明，所制备的铁锰硅合金，具有比铁更负的电极电位，同时，合金中的奥氏体与马氏体之间构成大量的电偶腐蚀，显著提高合金材料的腐蚀速率。本发明所制备的生物铁锰硅合金能够有效解决常规铁基骨植入物降解过慢的问题，并且具有优异的力学性能和良好的生物活性，在骨修复领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于生物医用植入物设计和制造技术领域，特别涉及一种应力诱发马氏体相变的生物可降解铁合金及制备方法。

背景技术

钛合金、316L不锈钢和Co-Cr合金等永久性植入材料，由于良好的生物相容性和优异的力学性能，近年来在骨移植领域得到广泛应用。但它们在人体内难以降解，需要二次手术取出，且长期植入会引发一些并发症。生物可降解金属是新一代革命性的生物医用材料。其中铁作为一种代表性的可降解金属，不仅是人体内必需的营养元素，参与多种新陈代谢过程，还能维持骨细胞的结构和功能，具有良好的生物相容性，因此在骨移植领域受到了极大的关注。然而，由于铁标准电极电位较高(-0.44V)，导致其在体内环境降解速率过慢(＜0.1mm/year)，作为植入物会阻碍新骨的生长，这严重阻碍了铁在骨移植中的应用。

为了提高铁的降解速率，人们开展了大量的研究，目前有利用Al、B、C等元素与铁元素形成金属间化合物，通过金属间化合物与铁基体之间形成电偶腐蚀加速降解；也有通过添加高电位的金属元素Au、Ag、Pt等，与铁基体形成大的电位差来提高腐蚀速率。但是这些元素及金属间化合物形成的阴极腐蚀速率较低，因此铁的降解速率提高并不明显，此类所制备的铁基植入物与临床使用要求仍有较大差距。

因此，如何有效加快铁基合金的电偶腐蚀以使降解速率与组织修复速率相匹配，成为促进其在可降解植入物领域应用的关键。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种诱发马氏体相变的生物铁锰硅合金及制备方法。通过本发明开发的铁锰硅合金，一方面有效降低了铁基体的电极电位，另一方面奥氏体与马氏体形成电偶腐蚀，显著提高了铁基体的降解速率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种应力诱发马氏体相变的生物可降解铁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将铁粉、锰粉、硅粉于保护气氛下进行球磨，干燥，获得具有奥氏体、马氏体相的混合合金粉末；

所述混合合金粉末中，铁粉的质量分数为60-70wt％，锰粉的质量分数为26-34wt％，硅粉的质量分数为3-9wt％；

步骤二、将步骤一所得混合合金粉末于保护气氛下，通过选区激光熔化成型获得生物可降解铁合金。

优选的方案，所述铁粉为球形，粒径为15-50μm，锰粉为球形，粒径为5-10μm，硅粉的粒径为50-80nm；

发明人发现，将原料粉末的粒径控制在上述范围，最终所得生物可降解铁合金致密度最佳，力学性能最优，降解速率加快最多。

优选的方案，所述步骤一中，所述混合合金粉末中，铁粉的质量分数为62-66wt％，优选为64wt％，锰粉的质量分数为28-32wt％，优选为30wt％，硅粉的质量分数为5-7wt％，优选为6wt％；

优选的方案，所述步骤一中，球磨的转速为250-350rad/min，球磨的时间为35-50h，球料比为8-12：1。