人工髖關節(jié)材料界面間微動腐蝕行為研究.pdf

1、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(jié)合多種分析手段,揭示了不同實驗條件下Ti6Al4V與Co

2、CrMo間扭動微動腐蝕運行特性和損傷機理。獲得了如下結(jié)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(shù)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

3、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

4、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

5、度接觸界面在較小法向載荷情況下,摩擦扭矩數(shù)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,試樣表面產(chǎn)生明顯的滑移帶,滑移帶內(nèi)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