[发明专利]一种优化组织结构加快降解的生物铁基合金及其制备方法

说明书

本发明一种优化组织结构加快降解的生物铁基合金及其制备方法；属于生物医用植入物设计和制造技术领域。所述生物铁基合金中含有铁、锰及硅。其制备方法包括如下步骤：在保护气氛下按比例将硅粉、锰粉、铁粉进行球磨混合，随后采用选择性激光熔化工艺制备生物铁基合金。本发明的优势是利用激光快速凝固过程提高锰和硅在铁基体中的固溶度，促使纯铁中的α‑铁素体单相向ε‑马氏体相尤其是γ‑奥氏体相转变，利用ε‑马氏体和γ‑奥氏体相比α‑铁素体相腐蚀抗性更低，且γ‑奥氏体相比ε‑马氏体相电阻率更低的特点，提高生物铁基合金的降解速率。本发明通过优化铁基体显微组织结构的方法，有效解决了生物铁基合金降解过慢的问题，促进了铁基合金在骨修复中的应用。

技术领域

本发明涉及一种优化组织结构加快降解的生物铁基合金及其制备方法；属于生物医用植入物设计和制造技术领域。

背景技术

金属材料广泛应用于骨科等硬组织修复，但大部分金属植入材料是永久性的，需二次手术取出，不仅增加了医疗成本，而且给患者带来不必要的痛苦。如果骨科修复材料能够在生物环境下经过一定时间完全降解，则可以避免手术取出，因此具有生物可降解性的金属材料近年来已经受到越来越多的关注。铁基合金因优异的力学性能和可加工性以及良好的生物相容性，作为植入材料已广泛应用于人工假体、人工关节等承重领域。近年有学者指出：铁在大气、海水中的腐蚀特性在医学上可视为具有生物降解性，能够通过腐蚀在人体内逐渐降解，这改变了人们对铁基合金只能作为永久性植入物使用的传统思想。因此，铁基合金在作为可降解植入物修复骨缺损方面有着潜在的应用前景。

但由于标准电极电位低(-0.44V)且腐蚀产物溶解度低，铁基合金在人体环境中的降解速率很慢，往往在骨组织愈合后，部分铁基植入物仍然残留在体内，这极大地限制了其应用。为了提高铁基合金的降解速率，人们开展了大量的研究工作，包括合金化、表面处理、加工工艺等，并开发了一系列新型的铁基合金，如Fe-Zn合金、Fe-C合金、Fe-Al合金等。与纯铁相比，这些铁基合金的降解速率均有不同程度的提高，但对降解速率的提高效果离使用要求还有一定的距离。因此，如何有效改善铁基合金的降解行为是促进其在生物医用植入物领域应用的关键，也是目前国内外学者的研究重点和难点。

发明内容

针对现有技术中生物铁基合金降解慢的问题，本发明提出利用选择性激光熔化工艺将铁、锰及硅制备成一种生物可降解铁基合金。本发明的优势是利用激光快速凝固过程提高锰和硅在铁基体中的固溶度，促使纯铁中的α-ferrite单相向ε-martensi相，尤其是γ-austenite相转变，利用ε-martensite和γ-austenite相比α-ferrite相腐蚀抗性更低，且γ-austenite相比ε-martensite相电阻率更低的特点，达到加快生物铁基合金降解的目的。

本发明一种优化组织结构加快降解的生物铁基合金；所述生物铁基合金中，以质量百分比包括下述组分：

硅5-15％；

锰5-25％；

铁60-90％。

所述生物铁基合金含有γ-奥氏体相。

作为优选方案，本发明一种优化组织结构加快降解的生物铁基合金；所述生物铁基合金中，以质量百分比包括下述组分：

硅10-15％；

锰10-20％；

铁65-80％。

作为进一步的优选方案，本发明一种优化组织结构加快降解的生物铁基合金；所述生物铁基合金中，以质量百分比包括下述组分：

硅10％；

锰20％；

铁70％。

本发明一种优化组织结构加快降解的生物铁基合金的制备方法，包括以下步骤：