【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,在人體運動環(huán)境條件下,金屬關(guān)節(jié)材料產(chǎn)生磨損損耗的同時,伴隨著腐蝕損耗和金屬離子的釋放問題。本文以三種人工髖關(guān)節(jié)金屬假體材料為研究對象,研究不同人工關(guān)節(jié)摩擦副的生物摩擦腐蝕機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圖從直線型逐漸向半圓型過渡,電極過程由擴散控制向電化學作用過渡;CoCrMo合金的Nyquist圖為近半圓型,說明電極過程一直由電化學反應控制,擴散作用不明顯;Ti6Al4V合金的阻抗值最大,Nyquist圖為直線型,說明鈦合金在牛血清中不會發(fā)生明顯的電化學反應,電極過程由擴散控制。316L不銹鋼和CoCrMo合金阻抗值隨時間下降明顯,說明表面鈍化膜發(fā)生溶解,膜厚減薄,而Ti6Al4V合金在靜態(tài)下阻抗值并沒有明顯的下降,說明鈦合金表面的氧化鈍化膜溶解不明顯�；瑒幽Σ猎囼炏�,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,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,磨損機制主要是磨粒磨損。載荷較小時,Ti6Al4V合金和316L不銹鋼的電極反應基本由擴散主導,載荷增大后,電荷轉(zhuǎn)移作用加劇但仍以擴散為主導;而在不同載荷下,CoCrMo合金的電極反應為電荷傳遞過程和擴散過程二者共同控制作用,電化學極化和濃度差極化同時存在。扭動微動摩擦試驗下,載荷較小時,三種金屬的T-θ曲線均為平行四邊形,微動位于完全滑移區(qū),表面只有塑性變形;載荷較大時,CoCrMo的T-θ曲線為橢圓,微動位于混合滑移區(qū),表面存在塑性和彈性變形,316L不銹鋼T-θ曲線為平行四邊形,微動位于完全滑移區(qū),發(fā)生較嚴重的塑性變形,Ti6Al4V合金的T-θ曲線接近橢圓形,扭動位于混合滑移區(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。扭動微動摩擦試驗下,316L不銹鋼相位角峰值最小,峰值對應的頻率最大,Nyquist圖呈半圓型,說明鈍化膜最不完整,腐蝕破壞嚴重,電化學反應最快,擴散作用可忽略,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,說明表面鈍化膜最完整,腐蝕作用輕,電極過程由擴散控制和電荷轉(zhuǎn)移共同作用;Ti6Al4V合金的相位角峰值對應的頻率最小,Nyquist圖為近乎直線的圓弧,說明合金表面未發(fā)生明顯的電化學反應,電極過程基本由擴散控制,金屬離子釋放率最低,耐腐蝕性能最強。相同載荷的扭動微動條件下,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,說明磨損機制主要有磨粒磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損等。
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【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：R318.08;TG115.58

【參考文獻】

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本文編號：2417025