图1.(a) 高通量螺旋梯度连铸设备，(b，c) 铸态与轧制态Zn-Cu-Ti（Mo）合金XRD结果，(d，e) 铸态与轧制态Zn-Cu-Ti（Mo）合金SEM组织形貌，（f）Zn-Cu-Ti（Mo）合金棒μ-XRF结果（Z1-Z8，H1-H8分别对应f中1-8合金区域）。
近年来，Zn合金因其适中的降解速率，良好的生物相容性，成为非常有潜力的一种生物植入材料。但传统的Zn合金实验方法耗时长、成本高、效率低，因此高通量制备技术以其高效性、低成本、自动化以及快速响应等优点受到越来越多的关注。对于结构金属材料来说，其研发过程需开展变形及热处理工艺、力学及耐蚀等性能的实验研究，因此需要的实验样品尺寸较大，以往的薄膜、粉体高通量制备方法难以适用。为了实现克服这一难题，北京科技大学李静媛教授团队研制了高通量螺旋梯度连铸设备，并成功制备了成分梯度变化的块体Zn-Cu-Ti(Mo)合金棒材。通过后续的热变形工艺，力学性能，耐蚀性能与生物性能筛选出适合生物植入的综合性能良好的Zn-1.82Cu-0.10Ti-0.05Mo合金，其屈服强度达到240.74 MPa，延伸率为32.69%，阻抗为4227 Ω。生物实验表明，新开发的Zn合金与目前医用TC4骨科植入材料相比，具有良好的可降解性、无毒性以及生物相容性。总体而言，这些结果标志着高通量螺旋梯度连铸设备在大块体Zn合金高通量制备与筛选方向迈出了关键一步，凸显了Zn-Cu-Ti合金作为生物植入材料应用价值。
图2.(a) 铸态Zn-Cu-Ti(Mo)合金拉伸曲线，(b) 热轧态Zn-Cu-Ti(Mo)合金拉伸曲线，(c，d) 铸态Zn-Cu-Ti(Mo)合金极化曲线与阻抗谱，（e，f）轧制态Zn-Cu-Ti(Mo)合金极化曲线与阻抗谱，（g）骨植入4周12周时Zn-Cu-Ti(Mo)的Micro-CT图，(h) 细胞毒性试验。
作者简介：
戴尚：论文第一作者，北京科技大学材料科学与工程学院博士。
李静媛：论文通讯作者，教授、博导，日本东京大学产业机械工学博士。长期从事结构功能一体化金属材料方面的研究工作。国家重点研发计划项目首席科学家，先后主持过国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金重点项目等国家级重大重点项目。曾参与获得1项国家科学技术进步二等奖及4项省部级科技进步一等奖。出版学术专著2部、发表科研论文200余篇，获美国、中国授权发明专利40余项。目前担任中国金属学会不锈钢分会副主任、中国材料研究学会镁合金分会常务理事、SCI期刊《INT J PR ENG MAN-GT》编委。
Shang Dai, Luhai Liao, Muhammad Abubaker Khan, Yun Feng, Weili Yao, Jingyuan Li*, Development and characterization of ZnxCuyTizMo alloys for biomedical applications: A high-throughput gradient continuous casting approach, Acta Biomaterialia, 182 (2024), 126-138.
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2024.05.019.
该项工作得到了国家自然科学基金(52027805)的资助。