缺血性心脑血管疾病是导致人类死亡的重要原因，血管支架介入术已成为常规治疗手段。作为临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对血管的长期刺激，彻底解决支架植入后发生的再狭窄、晚期血栓、慢性炎症等痛点问题。然而，20余年来可降解血管支架的发展远未达到预期，一个重要原因就是支架材料强度较低，导致支架壁过厚，影响血管修复。铁合金具有高强度的材料优势，用于开发薄壁血管支架被寄予很高期望，但其降解速率慢且易发生局部腐蚀是其存在的不足。
中国科学院金属研究所杨柯、王青川研究团队，基于利用“高氮合金化”思想开发高氮无镍不锈钢及心血管支架的前期工作基础，近期设计开发出血管支架用新型可降解高氮铁合金。在发现高氮铁合金可实现快速均匀降解（J. Mater. Sci. Technol.,152 (2023) 94）并具有良好生物相容性（Bioact. Mater.,40 (2024) 34）的基础上，发现“高氮合金化”同时提高铁合金的强度和塑性，打破了材料高强度与塑性之间的矛盾。分析变形组织，发现高氮含量（0.6%）时，合金中会出现更多和更薄的孪晶。另外，与传统的高碳TWIP（孪晶诱导塑性）钢不同，在高氮铁合金中发现大量超细纳米孪晶（<15 nm）。结合流变应力分析，发现实现其强化的主要原因是同时获得氮固溶体强化和纳米孪晶强化。在增塑方面，发现超细纳米孪晶通过促进平面滑移提高可动位错密度，提供了额外的加工硬化，并延迟了颈缩的出现。高氮合金化可打破传统TWIP钢低层错能（SFE）和高奥氏体稳定性之间的矛盾，实现铁合金SFE的突破性降低，为获得大量“纳米孪晶/超细纳米孪晶”组织以及强度和塑性的同步提高提供了途径。因此，通过合金设计持续降低SFE从而实现金属材料高强与高塑，是一种新颖而简单的调控金属力学行为的策略。利用更高强韧性的高氮铁合金，有望开发出新一代薄壁可降解血管支架，达到更佳的治疗效果。
相关成果以“Simultaneous improvement of strength and plasticity: nano-twin construction for a novel high-nitrogen TWIP steel”为题，于10月5日在线发表于International Journal of Plasticity期刊。该研究工作得到了国家自然科学基金（面上项目、青年项目）等项目资助。
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0749641924002717
图1. 通过打破低层错能和高奥氏体稳定性的矛盾，高氮铁合金实现强度和塑性的同步提高
图2. 通过氮固溶强化和纳米孪晶强化，高氮铁合金实现强度提升
图3. 通过超细纳米孪晶促进平面滑移提高可动位错密度，高氮铁合金实现塑性提升