模擬人體環(huán)境中NiTi SMA-人骨微動(dòng)磨損、微動(dòng)腐蝕研究.pdf

1、微動(dòng)腐蝕是金屬植入件的主要損傷形式之一，接骨板與骨螺釘?shù)慕佑|區(qū)、關(guān)節(jié)柄與骨水泥接觸處、關(guān)節(jié)柄與關(guān)節(jié)頭之間，都是微動(dòng)腐蝕易發(fā)生的區(qū)域。國(guó)內(nèi)外的研究多集中在力學(xué)參數(shù)(如振幅等)對(duì)金屬生物材料之間微動(dòng)磨損和腐蝕的影響上，而環(huán)境參數(shù)(如模擬人體環(huán)境，術(shù)后一定時(shí)間內(nèi)人體傷口局部體液酸堿性變化)對(duì)NiTi形狀記憶合金/其它材料微動(dòng)腐蝕造成材料損失各組成因素間交互作用的研究卻鮮有報(bào)道。 本文在Optimol SRV型摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)上，采用圓柱

2、/平面(人骨/NiTi合金)接觸的摩擦副形式，在不同循環(huán)次數(shù)、不同振幅和介質(zhì)條件下，對(duì)醫(yī)用NiTi形狀記憶合金進(jìn)行了微動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)。借助表面輪廓儀、光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡等分析儀器，應(yīng)用微動(dòng)磨損，在模擬人體環(huán)境中的腐蝕和微動(dòng)腐蝕之間交互作用的理論，系統(tǒng)研究了NiTi形狀記憶合金在模擬人體環(huán)境下的微動(dòng)腐蝕特性。旨在為金屬生物材料選用與研制，以及臨床醫(yī)學(xué)提供理論依據(jù)。 本文研究取得的主要結(jié)論如下： 振幅、介質(zhì)、循環(huán)次數(shù)

3、對(duì)NiTi形狀記憶合金/人骨配磨時(shí)合金的摩擦系數(shù)、磨痕深度、磨損體積等有明顯的影響。隨著振幅的增加，在空氣介質(zhì)中摩擦系數(shù)呈逐漸上升趨勢(shì)，試樣的磨痕深度和磨損體積逐漸變大最終趨于恒定。與空氣介質(zhì)相比，在模擬人體環(huán)境中(Hank’s人工體液，環(huán)境溫度37±0.5℃)摩擦系數(shù)變化趨勢(shì)為：中性Hank’s溶液中減小，而弱酸性、弱堿性Hank’s溶液中明顯增大。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，合金的磨損愈來(lái)愈嚴(yán)重。 NiTi形狀記憶合金/人骨在空氣介

4、質(zhì)中的微動(dòng)磨損形式主要表現(xiàn)為粘著磨損和磨粒磨損。該合金微動(dòng)磨損過(guò)程可分為3個(gè)階段：即初始階段、氧化階段和穩(wěn)態(tài)階段。在空氣介質(zhì)中，隨振幅的增加，磨損區(qū)的中心區(qū)擴(kuò)大，邊緣區(qū)縮小，粘著與磨粒磨損趨于嚴(yán)重，從而使磨損加劇。不同pH值Hank’s溶液中NiTi形狀記憶合金試樣的表面粗糙度對(duì)合金腐蝕期的腐蝕速率有較大的影響。在腐蝕初期，表面粗糙度的大小與合金腐蝕速率之間有較復(fù)雜的關(guān)系；當(dāng)溶液中Ni離子的釋放速率(即合金的腐蝕速率)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，試樣表

5、面粗糙度與合金的腐蝕速率關(guān)系不明顯，基本保持恒定。同樣，在腐蝕初期，Hank’s溶液的pH值與NiTi形狀記憶金腐蝕速率二者之間的影響關(guān)系很復(fù)雜；但穩(wěn)態(tài)時(shí)合金的腐蝕速率與Hank’s溶液pH值的關(guān)系不大。NiTi形狀記憶合金在不同pH值Hank’s溶液中Ni離子的釋放主要是由于該合金點(diǎn)(局部)腐蝕破壞弓起的。 NiTi形狀記憶合金/人骨在Hank’s溶液中的微動(dòng)腐蝕形式是以微動(dòng)磨損為主、純化學(xué)腐蝕以及微動(dòng)磨損與化學(xué)腐蝕交互作用三者共同引