人工髖關(guān)節(jié)材料界面間微動(dòng)腐蝕行為研究.pdf

1、在人體運(yùn)動(dòng)的周期載荷作用下,組合式人工髖關(guān)節(jié)假體頭頸配合面間存在不同形式的微動(dòng)腐蝕,長(zhǎng)期作用可能會(huì)造成植入體失效甚至危害人體健康。因此,研究人工髖關(guān)節(jié)頭頸接觸界面間的微動(dòng)腐蝕特性具有重要意義。
　　本文以 Ti6Al4V與 CoCrMo合金為研究對(duì)象,分別開(kāi)展了在不同溶液下兩種材料間的電偶腐蝕、銷(xiāo)/面與球/面的扭動(dòng)微動(dòng)腐蝕與模擬人工髖關(guān)節(jié)頭頸錐度接觸扭動(dòng)微動(dòng)腐蝕的實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)合多種分析手段,揭示了不同實(shí)驗(yàn)條件下Ti6Al4V與Co

2、CrMo間扭動(dòng)微動(dòng)腐蝕運(yùn)行特性和損傷機(jī)理。獲得了如下結(jié)論:
　　1.在生理鹽水中,隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng),Ti6Al4V合金和CoCrMo合金的之間的電偶電流增大,Ti6Al4V合金由于自生優(yōu)異的耐腐蝕性而受到陰極保護(hù)作用,阻抗值維持在一個(gè)較高的值,而CoCrMo合金在電解液中鈍化膜不斷溶解,與 Ti6Al4V相比相差了至少一個(gè)數(shù)量級(jí);而在牛血清溶液中 Ti6Al4V合金和CoCrMo合金之間的電偶電流未出現(xiàn)明顯增大趨勢(shì),兩者電位差較

3、小,熱力學(xué)電偶腐蝕趨向不明顯,陽(yáng)極和陰極不易區(qū)分,在較長(zhǎng)時(shí)間浸泡后,兩種合金之間甚至表現(xiàn)出一種協(xié)同保護(hù)的現(xiàn)象。
　　2.在銷(xiāo)-平面微動(dòng)接觸形式下,Ti6Al4V與 CoCrMo合金界面在生理鹽水中處于完全滑移狀態(tài),磨損區(qū)覆蓋了整個(gè)接觸區(qū)域,而在牛血清溶液中處于部分滑移狀態(tài),嚴(yán)重磨損區(qū)主要位于接觸區(qū)外圍,材料的損傷主要表現(xiàn)為磨粒磨損和粘著磨損;球-平面微動(dòng)接觸形式下,Ti6Al4V與 CoCrMo合金界面在小角位移幅值時(shí),扭動(dòng)微動(dòng)處

4、于部分滑移狀態(tài),在大角位移幅值情況下,扭動(dòng)微動(dòng)處于完全滑移狀態(tài),隨著角位移幅值的增加,劇烈磨損區(qū)由接觸區(qū)的外圍逐步向接觸區(qū)中心擴(kuò)展。材料的損傷主要表現(xiàn)為磨粒磨損、腐蝕磨損和粘著磨損的共同作用。從三維形貌可以看到,生理鹽水中磨損區(qū)域的邊緣有明顯的弧形犁溝。摩擦扭矩可以分為跑合階段、峰值階段以及穩(wěn)定階段這三個(gè)部分。在兩種溶液中,阻抗和極化阻力隨著法向載荷和角位移幅值的增大會(huì)出現(xiàn)明顯的下降。
　　3.Ti6Al4V頭與CoCrMo頸的錐

5、度接觸界面在較小法向載荷情況下,摩擦扭矩?cái)?shù)值先增大而后趨于穩(wěn)定,而在較大載荷時(shí),摩擦扭矩在早期就處于穩(wěn)定摩擦狀態(tài),沒(méi)有明顯的上升階段。摩擦后的CoCrMo合金試樣腐蝕電位明顯負(fù)移,陽(yáng)極區(qū)電流明顯增大,材料腐蝕傾向增大。當(dāng)角位移幅值θ>1°,摩擦后的CoCrMo合金阻抗下降明顯,極化阻力也明顯下降。在角位移幅值θ=2°,較小的法向載荷時(shí),試樣表面產(chǎn)生明顯的滑移帶,滑移帶內(nèi)磨損嚴(yán)重,并有腐蝕現(xiàn)象。而較大法向載荷下,磨損表面出現(xiàn)大量的沿著扭動(dòng)