[发明专利]一种铁-氯化钙生物复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种铁‑氯化钙生物复合材料的制备方法，包括以下步骤：在保护气氛下，将铁粉末和氯化钙粉末进行高速球磨获得均匀的混合粉末；将混合粉末真空干燥；以真空干燥后的混合粉末为原料，在保护气氛下，采用激光选区熔化工艺得到铁‑氯化钙生物复合材料。本发明通过特定参数的选区激光熔化工艺，通过极高的冷却速率使铁‑氯化钙生物复合材料快速凝固，有利于让氯化钙在铁基体的分散进一步均匀化，能在腐蚀过程中，使得铁基体表面膜空缺密度均匀化，以保证铁基体的良好的力学性能和均匀腐蚀。另一方面，SLM技术具有高度的加工柔性，能够获得具有复杂结构的铁基复合材料用于临床应用。

技术领域

本发明属于生物材料制备技术领域，特别涉及一种自我破坏钝化膜从而加速降解的铁-氯化钙生物材料及其制备方法。

背景技术

可降解金属不仅具有优异的综合力学性能，而且降解产物还能被人体吸收并对骨再生有促进作用。可降解金属改变了人们通常将金属植入物作为生物惰性材料使用的传统思想，巧妙地利用可降解金属的腐蚀特性，来实现金属植入物在体内逐渐降解直至最终消失的目的。作为一种代表性的可降解金属，铁是人体内必需的营养元素，不仅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，因此在人工骨领域受到了极大的关注。然而铁虽具有良好的力学性能，但降解速率过慢，作为植入物会阻碍新骨的生长，这严重阻碍了铁金属在人工骨中的应用。

目前，合金化(如Mn、Pd、Ag等)被认为是一种调控铁降解速率的常用方法。然而，上述合金元素通常会带来细胞毒性问题。利用具有良好降解性能的生物陶瓷制备铁基复合材料是另一种策略，其原理是利用生物陶瓷优先在铁基体中降解留下大量孔隙，增大铁基体与体液的接触面积从而加速降解，但这种方法对降解性能的改善非常有限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够击破钝化膜的铁-氯化钙生物复合材料的制备方法。通过本发明制备的铁-氯化钙生物复合材料在体液环境中表面的钝化膜会受到局部高浓度氯离子的攻击，使得新鲜的铁基体不断暴露在体液环境中，从而加速了铁基体的降解。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种铁-氯化钙生物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、在保护气氛下，将铁粉末和氯化钙粉末进行高速球磨获得均匀的混合粉末；

步骤二、将混合粉末真空干燥；

步骤三、以真空干燥后的混合粉末为原料，在保护气氛下，采用激光选区熔化工艺得到铁-氯化钙生物复合材料。

优选的是，所述铁粉末为球形，粒径在15～50μm，氯化钙粉末的粒径为1～3μm；发明人发现，氯化钙粉末的粒径对于最终材料性能影响较大，如果粒径过大，则在形成的铁-氯化钙生物复合材料上掺杂不均匀，影响成型质量，进而在腐蚀的时候造成不均匀腐蚀，会减小铁基体的力学性能；

优选的是，所述步骤一中，高速球磨的转速为200～300rad/min，球磨时间为2～6h。

优选的是，所述步骤二中，真空干燥的温度为120～130℃，干燥时间为6～10h。

优选的是，所述步骤三中，激光选区熔化工艺的工艺参数为：控制激光功率为100～140W，扫描速率为10～200mm/s，控制光斑直径为60～80μm，控制熔池温度1400～1600℃之间，扫描间距为0.05～0.08mm，铺粉厚度为0.1～0.2mm。

优选的是，所述步骤一的具体过程为：通过向球磨罐通入惰性气体Ar，直至罐内压强1.5MPa，然后通过气阀释放罐内混杂气体，如此往复循环三次，达到控制H₂O和O₂浓度的目的，然后进行球磨。

优选的是，所述步骤一中，氯化钙粉末和铁粉末的质量比为0.05～0.08:0.92～0.95。