【摘要】：生物摩擦和腐蝕已成為影響人工關(guān)節(jié)植入體服役壽命和使用可靠性的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。人工關(guān)節(jié)金屬假體材料主要包括CoCrMo合金、Ti6Al4V合金和316L不銹鋼等生物醫(yī)用材料,在人體運(yùn)動(dòng)環(huán)境條件下,金屬關(guān)節(jié)材料產(chǎn)生磨損損耗的同時(shí),伴隨著腐蝕損耗和金屬離子的釋放問(wèn)題。本文以三種人工髖關(guān)節(jié)金屬假體材料為研究對(duì)象,研究不同人工關(guān)節(jié)摩擦副的生物摩擦腐蝕機(jī)理和金屬離子釋放行為,為人工關(guān)節(jié)生物摩擦腐蝕提供一定的理論基礎(chǔ)。本文主要研究結(jié)果如下:靜態(tài)腐蝕下,316L不銹鋼的阻抗值最小,內(nèi)層氧化膜最不完整,Nyquist圖從直線(xiàn)型逐漸向半圓型過(guò)渡,電極過(guò)程由擴(kuò)散控制向電化學(xué)作用過(guò)渡;CoCrMo合金的Nyquist圖為近半圓型,說(shuō)明電極過(guò)程一直由電化學(xué)反應(yīng)控制,擴(kuò)散作用不明顯;Ti6Al4V合金的阻抗值最大,Nyquist圖為直線(xiàn)型,說(shuō)明鈦合金在牛血清中不會(huì)發(fā)生明顯的電化學(xué)反應(yīng),電極過(guò)程由擴(kuò)散控制。316L不銹鋼和CoCrMo合金阻抗值隨時(shí)間下降明顯,說(shuō)明表面鈍化膜發(fā)生溶解,膜厚減薄,而Ti6Al4V合金在靜態(tài)下阻抗值并沒(méi)有明顯的下降,說(shuō)明鈦合金表面的氧化鈍化膜溶解不明顯�；瑒�(dòng)摩擦試驗(yàn)下,穩(wěn)定階段的Ti6Al4V合金的摩擦系數(shù)最高,耐磨性最差,但其腐蝕傾向最低,磨損后釋放的離子濃度最低,耐腐蝕性能最強(qiáng),磨損形式是磨粒磨損與疲勞磨損為主;316L不銹鋼的鈍化膜再鈍化能力最差,磨損后釋放的離子濃度最高,耐腐蝕性能最差,磨損形式主要為磨粒磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損;鍛造CoCrMo合金摩擦系數(shù)最低,耐磨性最好,鈍化膜再鈍化能力最好,耐腐蝕性能較好,磨損機(jī)制主要是磨粒磨損。載荷較小時(shí),Ti6Al4V合金和316L不銹鋼的電極反應(yīng)基本由擴(kuò)散主導(dǎo),載荷增大后,電荷轉(zhuǎn)移作用加劇但仍以擴(kuò)散為主導(dǎo);而在不同載荷下,CoCrMo合金的電極反應(yīng)為電荷傳遞過(guò)程和擴(kuò)散過(guò)程二者共同控制作用,電化學(xué)極化和濃度差極化同時(shí)存在。扭動(dòng)微動(dòng)摩擦試驗(yàn)下,載荷較小時(shí),三種金屬的T-θ曲線(xiàn)均為平行四邊形,微動(dòng)位于完全滑移區(qū),表面只有塑性變形;載荷較大時(shí),CoCrMo的T-θ曲線(xiàn)為橢圓,微動(dòng)位于混合滑移區(qū),表面存在塑性和彈性變形,316L不銹鋼T-θ曲線(xiàn)為平行四邊形,微動(dòng)位于完全滑移區(qū),發(fā)生較嚴(yán)重的塑性變形,Ti6Al4V合金的T-θ曲線(xiàn)接近橢圓形,扭動(dòng)位于混合滑移區(qū),但仍以塑性變形為主,有少量彈性變形。相同載荷下CoCrMo合金的摩擦扭矩值最小,Ti6Al4V合金的摩擦扭矩值最大。扭動(dòng)微動(dòng)摩擦試驗(yàn)下,316L不銹鋼相位角峰值最小,峰值對(duì)應(yīng)的頻率最大,Nyquist圖呈半圓型,說(shuō)明鈍化膜最不完整,腐蝕破壞嚴(yán)重,電化學(xué)反應(yīng)最快,擴(kuò)散作用可忽略,釋放的金屬離子最多;CoCrMo合金的相位角峰值最大,Nyquist圖為半圓加直線(xiàn),說(shuō)明表面鈍化膜最完整,腐蝕作用輕,電極過(guò)程由擴(kuò)散控制和電荷轉(zhuǎn)移共同作用;Ti6Al4V合金的相位角峰值對(duì)應(yīng)的頻率最小,Nyquist圖為近乎直線(xiàn)的圓弧,說(shuō)明合金表面未發(fā)生明顯的電化學(xué)反應(yīng),電極過(guò)程基本由擴(kuò)散控制,金屬離子釋放率最低,耐腐蝕性能最強(qiáng)。相同載荷的扭動(dòng)微動(dòng)條件下,CoCrMo合金磨損最輕,磨痕輪廓為U型,溝槽附近有少量的磨屑聚集,溝槽內(nèi)有犁溝和疲勞剝落,無(wú)明顯腐蝕現(xiàn)象;Ti6Al4V合金的磨痕最深,表面粗糙度值最高,磨痕輪廓為W型,耐磨損性能最差;316L不銹鋼磨痕輪廓為W型,表面可以看到較多的犁溝、疲勞剝落、塑性變形及腐蝕坑,說(shuō)明磨損機(jī)制主要有磨粒磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損等。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：R318.08;TG115.58

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃瓊儉;周永福;;淺談人工關(guān)節(jié)使用材料的發(fā)展[J];生物技術(shù)世界;2014年08期

2 陳君;張清;李全安;付三玲;王建章;;AISI 316不銹鋼和Ti6Al4V合金在海水環(huán)境中的腐蝕與腐蝕磨損行為(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2014年04期

3 孟昭琴;;人工關(guān)節(jié)材料的仿生性能及臨床應(yīng)用[J];中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù);2010年22期

4 胡偵明;羅先正;;髖關(guān)節(jié)的生物力學(xué)[J];中華骨科雜志;2006年07期

5 王宏宇,陳康敏,許曉靜,張雪峰,劉桂玲;鈦合金Ti-6Al-4V的磨損失效及其表面耐磨處理技術(shù)[J];輕金屬;2005年05期

6 王安東,戴起勛;生物醫(yī)用材料316L不銹鋼的磨損腐蝕特性研究[J];金屬熱處理;2005年03期

7 周殿閣;骨科生物材料應(yīng)用進(jìn)展[J];新材料產(chǎn)業(yè);2004年12期

8 趙銘,鄭啟新;人工關(guān)節(jié)材料的研究進(jìn)展[J];生物骨科材料與臨床研究;2004年07期

9 何寶明;生物醫(yī)用鈦及其合金材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用進(jìn)展、市場(chǎng)狀況及問(wèn)題分析[J];新材料產(chǎn)業(yè);2003年07期

10 任伊賓,楊柯,梁勇;新型生物醫(yī)用金屬材料的研究和進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2002年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 巖雨;周芳;謝春乾;喬利杰;;生物摩擦腐蝕:腐蝕與磨損的交互作用[A];2011年全國(guó)青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 華子愷;人工關(guān)節(jié)潤(rùn)滑技術(shù)與摩擦學(xué)測(cè)試研究[D];上海大學(xué);2011年

2 林修洲;鈦合金扭動(dòng)微動(dòng)腐蝕行為研究[D];西南交通大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 周唯一;CoCrMo合金在三種環(huán)境中的扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動(dòng)磨損特性研究[D];西南交通大學(xué);2012年

2 付江波;人工髖關(guān)節(jié)材料摩擦磨損性能的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

3 李婷婷;人工關(guān)節(jié)材料摩擦學(xué)性能評(píng)價(jià)技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

，

本文編號(hào)：2417025