【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】缺血性心腦血管疾病是導(dǎo)致人類死亡的重要原因，血管支架介入術(shù)已成為常規(guī)治療手段。作為臨床中亟需的新一代植入器械，可降解血管支架可以避免永久支架對血管的長期刺激，徹底解決支架植入后發(fā)生的再狹窄、晚期血栓、慢性炎癥等痛點問題。然而，20余年來可降解血管支架的發(fā)展遠(yuǎn)未達到預(yù)期，一個重要原因就是支架材料強度較低，導(dǎo)致支架壁過厚，影響血管修復(fù)。鐵合金具有高強度的材料優(yōu)勢，用于開發(fā)薄壁血管支架被寄予很高期望，但其降解速率慢且易發(fā)生局部腐蝕是其存在的不足。
中國科學(xué)院金屬研究所楊柯、王青川研究團隊，基于利用“高氮合金化”思想開發(fā)高氮無鎳不銹鋼及心血管支架的前期工作基礎(chǔ)，近期設(shè)計開發(fā)出血管支架用新型可降解高氮鐵合金。在發(fā)現(xiàn)高氮鐵合金可實現(xiàn)快速均勻降解(J. Mater. Sci. Technol.,152 (2023) 94)并具有良好生物相容性(Bioact. Mater.,40 (2024) 34)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)“高氮合金化”同時提高鐵合金的強度和塑性，打破了材料高強度與塑性之間的矛盾。分析變形組織，發(fā)現(xiàn)高氮含量(0.6%)時，合金中會出現(xiàn)更多和更薄的孿晶。另外，與傳統(tǒng)的高碳TWIP(孿晶誘導(dǎo)塑性)鋼不同，在高氮鐵合金中發(fā)現(xiàn)大量超細(xì)納米孿晶(<15 nm)。結(jié)合流變應(yīng)力分析，發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)其強化的主要原因是同時獲得氮固溶體強化和納米孿晶強化。在增塑方面，發(fā)現(xiàn)超細(xì)納米孿晶通過促進平面滑移提高可動位錯密度，提供了額外的加工硬化，并延遲了頸縮的出現(xiàn)。高氮合金化可打破傳統(tǒng)TWIP鋼低層錯能(SFE)和高奧氏體穩(wěn)定性之間的矛盾，實現(xiàn)鐵合金SFE的突破性降低，為獲得大量“納米孿晶/超細(xì)納米孿晶”組織以及強度和塑性的同步提高提供了途徑。因此，通過合金設(shè)計持續(xù)降低SFE從而實現(xiàn)金屬材料高強與高塑，是一種新穎而簡單的調(diào)控金屬力學(xué)行為的策略。利用更高強韌性的高氮鐵合金，有望開發(fā)出新一代薄壁可降解血管支架，達到更佳的治療效果。
相關(guān)成果以“Simultaneous improvement of strength and plasticity: nano-twin construction for a novel high-nitrogen TWIP steel”為題，于10月5日在線發(fā)表于International Journal of Plasticity期刊。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金(面上項目、青年項目)等項目資助。
圖1. 通過打破低層錯能和高奧氏體穩(wěn)定性的矛盾，高氮鐵合金實現(xiàn)強度和塑性的同步提高
圖2. 通過氮固溶強化和納米孿晶強化，高氮鐵合金實現(xiàn)強度提升
圖3. 通過超細(xì)納米孿晶促進平面滑移提高可動位錯密度，高氮鐵合金實現(xiàn)塑性提升
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