316L-UHMWPE及CoCrMo-UHMWPE接觸界面的擺動(dòng)摩擦腐蝕行為研究.pdf

1、人工關(guān)節(jié)假體在植入人體后，接觸摩擦界面的材料不可避免地會發(fā)生磨損與腐蝕。獨(dú)立的研究人工關(guān)節(jié)材料磨損或腐蝕行為往往難以全面揭示人工關(guān)節(jié)材料接觸界面的生物摩擦腐蝕問題。目前，較多的人工關(guān)節(jié)材料摩擦腐蝕行為研究集中在切向滑動(dòng)摩擦形式，而人工關(guān)節(jié)接觸面之間的相對擺動(dòng)摩擦研究較少。因此，開展人工關(guān)節(jié)材料接觸界面間的擺動(dòng)摩擦腐蝕行為研究，對于豐富人工關(guān)節(jié)材料的摩擦學(xué)研究具有重要意義。本文以316L/UHMWPE、CoCrMo/UHMWPE兩種具有代

2、表性的人工關(guān)節(jié)摩擦副為研究對象，對人工關(guān)節(jié)材料接觸界面的擺動(dòng)摩擦磨損以及摩擦腐蝕行為進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，分析了擺動(dòng)磨損機(jī)理以及摩擦與腐蝕之間的協(xié)同作用。得到的主要結(jié)論如下：
　　1.316L/UHMWPE、CoCrMo/UHMWPE的摩擦系數(shù)主要分為上升和穩(wěn)定兩個(gè)階段，穩(wěn)定摩擦系數(shù)隨法向載荷和角位移幅值的增大而增大，在加載條件一致的情況下，CoCrMo/UHMWPE的摩擦系數(shù)較316L/UHMWPE??；UHMWPE磨損量結(jié)果表明

3、，磨損量與循環(huán)次數(shù)之間在一定范圍內(nèi)呈線性正相關(guān)的關(guān)系，磨損量隨法向載荷以及角位移幅值的增加而增加，與316L/UHMWPE相比， CoCrMo/UHMWPE具有較大的平均磨損量；通過對磨損形貌的分析可知，316L和CoCrMo的磨損機(jī)制主要為磨粒磨損，而UHMWPE的磨損機(jī)制前期為磨粒磨損伴隨嚴(yán)重塑性變形，后期轉(zhuǎn)變?yōu)檎持p和疲勞磨損；通過對磨損面的三維形貌以及粗糙度分析可知，在試驗(yàn)過程中，UHMWPE在摩擦以及應(yīng)力的作用下，磨損表面粗

4、糙度降低，而316L和CoCrMo的粗糙度增加。
　　2.腐蝕電位的測試結(jié)果表明，在摩擦腐蝕過程中，316L以及CoCrMo的腐蝕電位均有明顯的負(fù)移，摩擦行為使兩種合金的腐蝕傾向均有明顯的增大；腐蝕電流的測試結(jié)果表明，摩擦腐蝕過程中，316L以及CoCrMo的腐蝕電流較靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)有所增加，摩擦行為使兩種合金的腐蝕速率顯著加快，摩擦對于腐蝕具有顯著的促進(jìn)作用。試驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn)，316L的腐蝕電流較CoCrMo大，在相同的加載條件和溶

5、液中，316L的腐蝕速率較CoCrMo快。在試驗(yàn)停止后，可以觀察到兩種合金的腐蝕電位上升，腐蝕電流下降，合金表面的鈍化膜在摩擦停止后有一個(gè)迅速恢復(fù)的過程。
　　3.摩擦對腐蝕的加速作用定量分析表明，在相同的時(shí)間內(nèi)，摩擦腐蝕試驗(yàn)中兩種金屬的腐蝕失重相比于靜態(tài)腐蝕狀態(tài)時(shí)最大增加了約3倍，試驗(yàn)過程中CoCrMo的腐蝕失重較316L低；離子釋放結(jié)果表明，與靜態(tài)腐蝕時(shí)相比，摩擦腐蝕過程中釋放的鈷、鉻、鎳離子的濃度大幅提高，機(jī)械摩擦對于人工關(guān)