摘要
铁（Fe）合金因优异的力学强度、固有的可降解性、良好的生物相容性以及灵活的加工成形性而被认为是极具潜力的骨修复材料。但其降解速度太慢，限制了其在临床医学中的应用。因此，提高Fe基合金的腐蚀速率成为了生物可降解金属研究领域亟待解决的问题。本研究通过激光增材制造技术在Fe基体中加入第二相，制备出新型可降解Fe基复合材料来提高Fe基骨植入物的降解速率；并通过一系列表征测试探究了其微观结构、力学性能、体外降解行为和生物相容性，评估其适用于骨植入物的可能性。本文的主要研究工作与创新成果如下： 1、搭建了针对生物可降解Fe基骨植入物的后聚焦式激光扫描振镜系统。通过组合特定激光器和振镜实现对激光扫描路径的精准控制，采用准直镜将发散光束转变为平行光束，利用F-theta透镜使聚焦的光斑大小保持稳定且均匀，再扩大光束直径和调试透镜焦距获得细小的光斑尺寸，光斑尺寸约为70μm；使用了一种惰性气体保护装置构建低氧、低湿度的制备环境，水氧值被控制在1ppm以内。通过成形件成形质量确定了最优激光工艺参数范围，查明了不同参数对成形质量的影响机理。 2、通过引入介孔碳（MC）提高了Fe基骨植入物的降解性能。发现电极电位较高的MC可以和Fe基体形成众多的微观原电池，从而加快骨植入物的降解。更重要的是，MC的加入进一步增强了其与Fe基体之间形成的电偶腐蚀效应由于其优异的导电性和巨大的比表面积。当添加1.0wt.%的MC时，Fe基骨植入物的腐蚀速率从0.09mm/year提高到了0.24mm/year。同时，该复合材料还具有优异的力学性能且没有细胞毒性。 3、利用生物陶瓷白硅钙石(BR)提高Fe基骨植入物的生物活性。发现在骨植入物的的降解过程中，BR优先溶解并释放营养元素（Ca、Mg、Si），提高了Fe基体的生物矿化能力，促进了骨细胞的粘附、增殖和分化。此外，BR的快速溶解留下了大量的腐蚀坑，扩大了Fe基体与体液的接触面积，从而加快了Fe基体的降解速率。在最优添加量5wt.%时，Fe基体的腐蚀速率从0.09mm/year提高到了0.21mm/year。
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