【儀表網 研發快訊】缺血性心腦血管疾病是導致人類死亡的重要原因，血管支架介入術已成為常規治療手段。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展遠未達到預期，一個重要原因就是支架材料強度較低，導致支架壁過厚，影響血管修復。鐵合金具有高強度的材料優勢，用于開發薄壁血管支架被寄予很高期望，但其降解速率慢且易發生局部腐蝕是其存在的不足。
 

　　中國科學院金屬研究所楊柯、王青川研究團隊，基于利用“高氮合金化”思想開發高氮無鎳不銹鋼及心血管支架的前期工作基礎，近期設計開發出血管支架用新型可降解高氮鐵合金。在發現高氮鐵合金可實現快速均勻降解(J. Mater. Sci. Technol.,152 (2023) 94)并具有良好生物相容性(Bioact. Mater.,40 (2024) 34)的基礎上，發現“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，發現高氮含量(0.6%)時，合金中會出現更多和更薄的孿晶。另外，與傳統的高碳TWIP(孿晶誘導塑性)鋼不同，在高氮鐵合金中發現大量超細納米孿晶(<15 nm)。結合流變應力分析，發現實現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，發現超細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。高氮合金化可打破傳統TWIP鋼低層錯能(SFE)和高奧氏體穩定性之間的矛盾，實現鐵合金SFE的突破性降低，為獲得大量“納米孿晶/超細納米孿晶”組織以及強度和塑性的同步提高提供了途徑。因此，通過合金設計持續降低SFE從而實現金屬材料高強與高塑，是一種新穎而簡單的調控金屬力學行為的策略。利用更高強韌性的高氮鐵合金，有望開發出新一代薄壁可降解血管支架，達到更佳的治療效果。
 

　　相關成果以“Simultaneous improvement of strength and plasticity: nano-twin construction for a novel high-nitrogen TWIP steel”為題，于10月5日在線發表于International Journal of Plasticity期刊。該研究工作得到了國家自然科學基金(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定性的矛盾，高氮鐵合金實現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，高氮鐵合金實現強度提升
 

圖3. 通過超細納米孿晶促進平面滑移提高可動位錯密度，高氮鐵合金實現塑性提升