本文關鍵詞：人工髖關節(jié)材料界面間微動腐蝕行為研究

  更多相關文章： 人工關節(jié) Ti6Al4V CoCrMo 微動腐蝕 錐度配合 磨損機理

【摘要】：在人體運動的周期載荷作用下，組合式人工髖關節(jié)假體頭頸配合面間存在不同形式的微動腐蝕，長期作用可能會造成植入體失效甚至危害人體健康。因此，研究人工髖關節(jié)頭頸接觸界面間的微動腐蝕特性具有重要意義。 本文以Ti6Al4V與CoCrMo合金為研究對象，分別開展了在不同溶液下兩種材料間的電偶腐蝕、銷/面與球/面的扭動微動腐蝕與模擬人工髖關節(jié)頭頸錐度接觸扭動微動腐蝕的實驗研究，結合多種分析手段，揭示了不同實驗條件下Ti6Al4V與CoCrMo間扭動微動腐蝕運行特性和損傷機理。獲得了如下結論： 1．在生理鹽水中，隨著浸泡時間的延長，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作用，阻抗值維持在一個較高的值，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數量級；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，兩者電位差較小，熱力學電偶腐蝕趨向不明顯，陽極和陰極不易區(qū)分，在較長時間浸泡后，兩種合金之間甚至表現(xiàn)出一種協(xié)同保護的現(xiàn)象。 2．在銷-平面微動接觸形式下，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)覆蓋了整個接觸區(qū)域，而在牛血清溶液中處于部分滑移狀態(tài)，嚴重磨損區(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-平面微動接觸形式下，Ti6Al4V與CoCrMo合金界面在小角位移幅值時，，扭動微動處于部分滑移狀態(tài)，在大角位移幅值情況下，扭動微動處于完全滑移狀態(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出現(xiàn)明顯的下降。 3．Ti6Al4V頭與CoCrMo頸的錐度接觸界面在較小法向載荷情況下，摩擦扭矩數值先增大而后趨于穩(wěn)定，而在較大載荷時，摩擦扭矩在早期就處于穩(wěn)定摩擦狀態(tài)，沒有明顯的上升階段。摩擦后的CoCrMo合金試樣腐蝕電位明顯負移，陽極區(qū)電流明顯增大，材料腐蝕傾向增大。當角位移幅值θ1°，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，試樣表面產生明顯的滑移帶，滑移帶內磨損嚴重，并有腐蝕現(xiàn)象。而較大法向載荷下，磨損表面出現(xiàn)大量的沿著扭動方向劃痕，同時伴隨有材料的剝落和腐蝕現(xiàn)象，試樣表面相對運動以部分滑移為主。
【關鍵詞】：人工關節(jié) Ti6Al4V CoCrMo 微動腐蝕 錐度配合 磨損機理
【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】：2014
【分類號】：R318.08
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-11
• Contents11-13
• 圖清單13-18
• 表清單18-19
• 變量注釋表19-20
• 1 緒論20-29
• 1.1 研究背景20
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀20-23
• 1.3 微動腐蝕及其影響因素23-28
• 1.4 研究目標和內容28-29
• 2 試驗材料和實驗方法29-36
• 2.1 材料及試樣加工29-32
• 2.2 實驗裝置及試驗參數32-35
• 2.3 實驗方法35-36
• 3 Ti6Al4V 合金和 CoCrMo 合金在模擬體液中的電偶腐蝕行為研究36-51
• 3.1 電偶腐蝕行為36-37
• 3.2 電偶腐蝕試驗結果分析37-49
• 3.3 本章小結49-51
• 4 Ti6Al4V 銷與 CoCrMo 平面間的扭動微動腐蝕行為51-62
• 4.1 T-θ曲線和摩擦扭矩時變曲線51-55
• 4.2 電化學性能分析55-58
• 4.3 試樣表面粗糙度分析58-59
• 4.4 形貌分析59-61
• 4.5 本章小結61-62
• 5 Ti6Al4V 球與 CoCrMo 平面間的扭動微動腐蝕行為62-74
• 5.1 T-θ曲線和摩擦扭矩時變曲線62-66
• 5.2 電化學性能分析66-68
• 5.3 試樣表面粗糙度分析68-69
• 5.4 形貌分析69-72
• 5.5 本章小結72-74
• 6 Ti6Al4V 頸和 CoCrMo 合金頭接觸面間扭動微動腐蝕行為74-86
• 6.1 扭動微動磨損特性74-78
• 6.2 電化學性能分析78-81
• 6.3 形貌分析81-85
• 6.4 本章小結85-86
• 7 結論86-88
• 參考文獻88-96
• 作者簡歷96-98
• 學位論文數據集98

本文編號：864297