一种大面积电偶腐蚀结构的钢丝棉强韧化锌基粉

本发明涉及生物医用金属，特别涉及一种大面积电偶腐蚀结构的钢丝棉强韧化锌基粉末冶金可降解生物医用材料的制备方法。背景技术：1、近年来，骨再生过程对骨植入物的降解速率和力学稳定性提出更高要求，可降解金属被视为一种新选择，且主要围绕作为人体必须营养元素的镁(mg)基、铁(fe)基和锌(zn)基合金开展研究。镁基合金与骨组织匹配的良好机械性能、生物相容性和促成骨性能而获批骨植入物准入许可，但其过快的降解速率、植入部位氢气过量释放和微环境碱化难以维持体内服役期内骨再生空间和引发炎症反应。铁基合金普遍较高的力学性能和支撑性能适用于骨植入体材料，但其缓慢的降解速率和表面难以完全降解的致密降解产物严重阻碍骨组织增殖和错配骨修复周期。锌基合金适中的降解速率和较高的力学性能能够兼顾骨植入物降解速率和力学稳定性平衡。同时，锌参与人体细胞发育生长、基因表达、免疫系统和神经系统等大量生理反应过程。然而，现有锌合金的降解速率(<0.1mm/y)仍慢于骨修复周期，若一味追求降解和修复协同而将骨植入物减薄，势必会减弱骨植入物的力学性能。因此，设计与骨修复周期相匹配降解速率的锌基骨植入物亟待解决。2、由于粉末间存在较大的表面积而引起较多的腐蚀界面，粉末冶金技术通过调控粉末粒径和坯体孔隙率以提高降解速率、匹配不同生物学应用环境下的力学性能和弹性模量，从而实现加速骨植入物降解和匹配骨愈合期间骨骼弹性模量而减弱应力屏蔽危害。同时，坯体孔隙能够提供氧气、营养物质和血液流通通道，促进血管形成和骨整合。此外，坯体孔隙提升植入体和骨组织间的固定强度。然而，锌基粉末冶金材料的力学性能较低，尤其是延伸率，这对于临床应用中的骨板弯折和螺钉扭转很不利。因此强韧化锌基粉末冶金骨植入物也是亟待解决的问题。纤维增强是目前复合材料设计中常用的手段，将具有更加优异力学性能的铁基钢丝棉作为纤维增强相应用于锌基粉末冶金中，不但能起到强韧化作用，且由于铁与锌之间存在电位差，在含氯离子环境中形成电偶腐蚀结构，加速锌基粉末冶金试样的腐蚀。因此将粉末冶金技术与铁基金属纤维强韧化结合是解决锌合金降解速率过慢和力学性能不足问题的新方法。3、目前国内外文献还未见有报道大面积电偶腐蚀结构的钢丝棉纤维增强锌基粉末冶金可降解生物医用材料的制备及相应性能的研究，故提出将可降解钢丝棉纤维增强锌基粉末冶金生物医用材料用作下一阶段的可降解医用骨植入材料的使用。技术实现思路1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种大面积电偶腐蚀结构的钢丝棉强韧化锌基粉末冶金可降解生物医用材料的制备方法，以解决上述问题。2、本发明的技术方案是这样实现的：一种大面积电偶腐蚀结构的钢丝棉强韧化锌基粉末冶金可降解生物医用材料的制备方法，包括钢丝棉及锌基金属粉末；3、钢丝棉为纯铁或fe-mn金属丝材中的一种；4、锌基金属粉末为纯锌、zn-mg、zn-cu、zn-ca、zn-sr、zn-se、zn-re、zn-mn、zn-ge、zn-li、zn-fe雾化或球磨粉末中的一种。5、进一步的，包括如下制备步骤：6、步骤一、取直径为0.05～1.5mm的钢丝棉均匀放入直径为40mm的圆柱形冷压模具中；7、步骤二、接着将锌基金属粉末填充入钢丝棉的孔隙中，并采用振动台对冷压模具进行高频振动，使锌基金属粉末填满模具，且，上层锌基金属粉末高度与钢丝棉平齐；8、步骤三、将冷压模具压制成圆柱形钢丝棉强韧化锌基复合材料生坯；9、步骤四、将步骤三得到的复合材料生胚置于常规马沸炉中进行烧结，获得钢丝棉强韧化锌基复合材料粉末冶金件；10、步骤五、将步骤四中得到的复合材料粉末冶金件热挤压成型，最终获得直径8～10mm圆棒。11、进一步的，步骤二中，12、锌金属粉末的粒径为0.5～10μm，钢丝棉与锌基金属粉末的质量比为1：1～15，振动台的振动时间为2～10分钟。13、进一步的，在步骤三中，压制步骤为：14、采用采用粉末压片机在2～40mpa压力下将冷压模具压制成型并保压2～15分钟。15、进一步的，步骤四中，烧结步骤为：16、将复合材料生胚置于升温至250～350℃的常规马弗炉中烧结0.5～2小时。17、进一步的，步骤五中，热压成型步骤为：18、a、将复合材料粉末冶金件放入升温至280～350℃马弗炉中保温0.5～1小时；19、b、保温完成后迅速放入挤压比为25～16：1的挤压桶中，以0.2～20mm/s速度用双轴挤压机进行热挤压成型。20、本发明的有益效果为：21、本申请成功制备了钢丝棉纤维强韧化锌基粉末冶金可降解生物医用材料，该可降解生物医用材料具备以下效果：22、1.良好的力学性能，确保了可降解生物医用材料该在体内可以长期承受生理负荷而不发生断裂或变形；23、2.良好耐腐蚀性能，该可降解生物医用材料与骨愈合周期接近，避免因材料腐蚀导致的修复或更换手术，为患者减轻了身体和经济负担；24、3.良好的血液相容性，该可降解生物医用材料与血液接触时不会引起不良反应，不会影响植入物的稳定性和患者的健康；25、4.良好的细胞相容性和优异的抗菌性能，能够抑制或杀灭细菌，减少感染风险，有利于术后伤口的快速愈合，并防止因细菌感染导致的慢性炎症或植入物失效。26、综上所述，本申请成功制备的钢丝棉纤维强韧化锌基粉末冶金可降解生物医用材料，具备良好力学性能、耐腐蚀性能和血液相容性，同时还具备良好的细胞相容性和优异抗菌性能，有望作下一阶段的可降解医用骨植入材料的使用，更好地满足临床需求。技术特征：1.一种大面积电偶腐蚀结构的钢丝棉强韧化锌基粉末冶金可降解生物医用材料的制备方法，其特征在于，包括钢丝棉及锌基金属粉末；2.根据权利要求1所述的一种大面积电偶腐蚀结构的钢丝棉强韧化锌基粉末冶金可降解生物医用材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：3.根据权利要求1所述的一种大面积电偶腐蚀结构的钢丝棉强韧化锌基粉末冶金可降解生物医用材料的制备方法，其特征在于，步骤二中，4.根据权利要求1所述的一种大面积电偶腐蚀结构的钢丝棉强韧化锌基粉末冶金可降解生物医用材料的制备方法，其特征在于，在步骤三中，压制步骤为：5.根据权利要求1所述的一种大面积电偶腐蚀结构的钢丝棉强韧化锌基粉末冶金可降解生物医用材料的制备方法，其特征在于，步骤四中，烧结步骤为：6.根据权利要求1所述的一种大面积电偶腐蚀结构的钢丝棉强韧化锌基粉末冶金可降解生物医用材料的制备方法，其特征在于，步骤五中，热压成型步骤为：技术总结本发明属于生物医用金属技术领域，特别涉及一种大面积电偶腐蚀结构的钢丝棉强韧化锌基粉末冶金可降解生物医用材料的制备方法，包括钢丝棉及锌基金属粉末；钢丝棉为纯铁或Fe‑Mn金属丝材中的一种；锌基金属粉末为纯锌、Zn‑Mg、Zn‑Cu、Zn‑Ca、Zn‑Sr、Zn‑Se、Zn‑RE、Zn‑Mn、Zn‑Ge、Zn‑Li、Zn‑Fe雾化或球磨粉末中的一种。本发明的有益效果为：钢丝棉纤维强韧化锌基粉末冶金可降解生物医用材料具备良好力学性能、耐腐蚀性能和血液相容性，同时还具备良好的细胞相容性和优异抗菌性能，有望作下一阶段的可降解医用骨植入材料的使用，更好地满足临床需求。技术研发人员：罗鹏,武佳,童先,林继兴受保护的技术使用者：温州医科大学附属第二医院（温州医科大学附属育英儿童医院）技术研发日：技术公布日：2024/8/16