本文關(guān)鍵詞：鎂合金人工髖關(guān)節(jié)摩擦學(xué)設(shè)計及其減摩抗磨性能研究

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【摘要】：傳統(tǒng)人工髖關(guān)節(jié)材料在生物相容性、耐磨性、耐腐蝕性等方面影響了人工髖關(guān)節(jié)的使用性能，開發(fā)新材料人工髖關(guān)節(jié)成為改進(jìn)人工髖關(guān)節(jié)性能、提高使用壽命的重要手段。鎂合金以其豐富的資源、良好的生物相容性、生物可降解性等優(yōu)勢成為理想的人工植入材料，但其低耐磨性和快速腐蝕性能成為限制其應(yīng)用的關(guān)鍵因素。微弧氧化技術(shù)可通過在材料表層制備膜層，提高原材料的耐磨性，減緩其腐蝕性能。 本文通過開展鎂合金人工髖關(guān)節(jié)摩擦學(xué)設(shè)計，利用熔模鑄造方法制備了鎂合金人工髖關(guān)節(jié)柄，測試其可承受最大壓力為3271N。利用有限元軟件ABAQUS分析了以超高分子量聚乙烯為髖臼與之配對組合的人工髖關(guān)節(jié)在靜態(tài)、步態(tài)載荷作用下的接觸應(yīng)力狀態(tài)，結(jié)果顯示：靜態(tài)載荷作用時，，鎂合金人工股骨頭受到9.125MPa的最大接觸應(yīng)力，超高分子量聚乙烯人工髖臼的應(yīng)變值高；步態(tài)載荷下超高分子量聚乙烯人工髖臼始終承受著最大接觸應(yīng)力�？梢�，關(guān)節(jié)副在動、靜載荷之間交替承受最大接觸應(yīng)力，雖可能有利于提高關(guān)節(jié)使用壽命，但優(yōu)勢不顯著。 為改善鎂合金人工髖關(guān)節(jié)的摩擦磨損性能和耐腐蝕性能，文中利用微弧氧化技術(shù)在鎂合金人工髖關(guān)節(jié)柄表面制備了一層致密的膜層。利用金相顯微鏡和掃描電鏡SEM等方式，對微弧氧化作用時間引起膜層效果的變化做了分析：膜層成分隨作用時間的增長變化不大，但厚度與表面微觀粗糙度隨之增加，合理的微弧氧化時間為15min。開展以模擬體液為潤滑劑中，鎂合金人工髖關(guān)節(jié)材料降解性能對比實驗，結(jié)果表明：微弧氧化處理鎂合金WE43的耐腐蝕性能最好，未處理的鎂合金WE43的耐腐蝕性能次之；鎂合金AZ41的抗腐蝕性遠(yuǎn)不如鎂合金WE43；微觀形貌分析表明，未經(jīng)處理的鎂合金表面的腐蝕裂紋是引起該合金降解的誘因，鎂合金基體與腐蝕介質(zhì)的接觸被微弧氧化膜層隔離，耐腐蝕性能得到提高。 利用MMG-10型氣氛保護(hù)摩擦磨損試驗機(jī)，開展了鎂合金人工髖關(guān)節(jié)環(huán)-塊摩擦副的摩擦磨損實驗研究。結(jié)果表明：在干摩擦條件下人工髖關(guān)節(jié)鎂合金WE43和微弧氧化鎂合金膜層的摩擦系數(shù)比較穩(wěn)定，但兩者摩擦系數(shù)均較高；與干摩擦下摩擦系數(shù)相比較，模擬體液潤滑下的摩擦系數(shù)雖有一定幅度的波動，但兩者的摩擦系數(shù)數(shù)值較低；微弧氧化膜層在兩工況的摩擦系數(shù)均低于未處理合金的摩擦系數(shù)，起到了減摩效果。在潤滑條件下鎂合金WE43的摩擦磨損過程中，模擬體液參與了摩擦磨損進(jìn)程，模擬體液的腐蝕加速了基體材料磨損進(jìn)程；微弧氧化涂層起到了保護(hù)基體材料作用，隔絕了與潤滑劑的接觸，磨損量小于未處理鎂合金WE43磨損時的磨損量，起到了抗磨作用。模擬體液潤滑下，鎂合金WE43的磨損機(jī)制以磨粒磨損為主，腐蝕磨損為輔的形式伴隨整個磨損過程；微弧氧化膜層的磨損機(jī)制：低中載荷作用下僅以磨粒磨損存在，高載荷下磨粒磨損與剝落磨損機(jī)制并存。
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R318.17

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