基于累积冷却与界面融合(ACIF)技术的可降解Zn-Fe合金四重性能突破及其生物医学应用

来自国内的研究人员针对锌合金凝固过程中因冷却速率随厚度指数下降导致第二相粗化、力学性能恶化及降解不均问题，开发了累积冷却-界面融合(ACIF)技术。该技术使Zn-0.4Fe合金实现817°C min?1超高冷却速率，FeZn13相粒径从29.4μm细化至0.4μm，最终获得抗拉强度265 MPa（提升1.6倍）、延伸率48%、腐蚀均匀性提高3倍及MC3T3-E1细胞活性提升20%的四重增强效果，突破块体锌合金在骨螺钉/血管支架等医疗器械领域的应用瓶颈。

　　

理论上，随着凝固层厚度的增加，冷却速率会呈指数级下降，这导致锌合金中第二相颗粒粗化，不仅损害力学性能，还会加剧降解不均匀性。为解决这一共性难题，研究团队开发了累积冷却与界面融合(ACIF)技术，该技术能在凝固厚度增加时仍维持高冷却速率。以Zn-0.4Fe为模型合金时，累积冷却工艺实现了817°C min^?1的平均冷却速率，约为空冷的68倍。经过挤压后，FeZn₁₃颗粒的平均尺寸从29.4μm细化至0.4μm，达到锌合金细化领域的最高水平。最终，Zn-0.4Fe模型合金实现四重性能提升：极限抗拉强度提升1.6倍至265 MPa（锌铁合金中最高），延伸率从29%提升至48%，腐蚀均匀性提高3倍，小鼠胚胎成骨细胞前体细胞(MC3T3-E1)的细胞存活率提升20%。通过ACIF技术成功制备出长棒状材料，突破了快速冷却锌合金仅能生产薄板的限制，使得利用具有细第二相颗粒的块体锌合金制造骨螺钉和血管支架成为可能。从技术角度看，该技术可广泛适用于多种金属材料体系。