科学网—SMMF|中南大学黄千里：面向食道支架的粉末冶金过饱和Fe-Zn合金——力学强度、降解性与生物相容性研究
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2026-4-3 11:30
| 系统分类: 科研笔记
针对传统非降解食道支架带来的长期并发症问题，本研究通过机械合金化结合快速热压烧结技术，成功制备了过饱和Fe-xZn（x = 0–10 at.%）合金。结果表明，Fe-5Zn合金通过固溶强化与细晶强化，抗拉强度提升至843.3 ± 13.2 MPa。在56天体外静态浸泡实验中，其腐蚀速率比纯Fe高出三倍以上，且腐蚀模式由局部点蚀转变为均匀腐蚀。此外，该合金表现出良好的细胞相容性，在可降解食道支架领域具有应用潜力。
01研究内容简介
文章亮点1. 通过机械合金化（MA）结合快速热压烧结（FHP）的粉末冶金路线，制备了过饱和Fe-Zn合金，克服了Fe与Zn因熔沸点差异大且室温固溶度低（<0.2 at.%）而难以制备的难题。2. 通过固溶强化与细晶强化作用，Fe-5Zn合金的抗拉强度达到843.3 ± 13.2 MPa，相较于纯铁提升了约18.3%。3. 实现了降解速率与生物相容性的协同提升。一方面，Zn的固溶有效降低了Fe基体的自腐蚀电位，同时促进侵蚀性Cl离子向深层渗透，从而加速合金腐蚀；另一方面，Zn离子与Fe离子通过形成Zn2Fe(PO4)2·4H2O，有效降低了游离态Fe离子的浓度，从而提升细胞相容性。
图1. 烧结态Fe-xZn（x = 0，2.5，5和10 at.%）合金的EBSD表征：（a）反极图，（b）晶界，（c）相分布图和（d）晶粒尺寸分布 
图2. 烧结态Fe-xZn（x = 0，1.25，2.5，5和10 at.%）合金的力学性能：（a）应力-应变曲线，（b）拉伸性能，（c）显微硬度和（d）断口形貌 
图3. 纯铁（Fe-0Zn）与Fe-5Zn合金在PBS中浸泡56天后腐蚀产物的表征：（a）XRD图谱，（b）截面SEM图像及对应的EDS元素面分布图，纯铁组中（c）Fe 2p、（d）P 2p及（e）O 1s的XPS谱图；以及Fe-5Zn合金组中（f）Fe 2p、（g）P 2p及（h）O 1s的XPS谱图
图4. 烧结态Fe-xZn（x = 0，1.25，2.5和5 at.%）合金去除腐蚀产物后的表面形貌及定量降解评估：（a）表面形貌的SEM图像，（b）质量损失和（c）腐蚀速率
02原文信息
Jing Huang, Shengye Dong, Luxin Liang, Yilong Dai, Rongwei Tan, Qianli Huang. Powder metallurgical supersaturated Fe-Zn alloys with enhanced mechanical strength, degradability and cytocompatibility for esophageal stent application. Smart Materials in Manufacturing 4 (2026) 100134. https://doi.org/10.1016/j.smmf.2026.100134
期刊简介
Smart Materials in Manufacturing (SMMF) 是一本跨学科的开放获取型国际期刊。期刊主要关注最新型嵌入式功能材料的制造、加工及创新，聚焦现有及最前沿的处理新型材料及系统的制造技术。期刊主编由RMIT University的Cuie Wen教授担任。
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