镁合金接骨板的力学性能与微动磨损特性研究

摘要

随着骨折内固定技术的发展，接骨板在临床上得到广泛应用。一方面，现阶段用于骨折坚强内固定的接骨板材料多为不锈钢、钛及钛合金等具有高弹性模量的生物惰性金属。然而，这些传统接骨板的结构刚度较高，不仅会导致应力遮挡，而且阻碍骨折块间形成适当的轴向位移，不利于骨折愈合。此外，生物惰性金属接骨板在骨折愈合后需要手术取出，给患者带来额外痛苦。鉴于镁合金不仅具有良好的机械性能，而且可在生物体内无毒降解，因此，生物可降解镁合金在骨折内固定器械方面具有广阔的应用前景。现有研究主要关注镁合金在生物体内的降解行为、对骨折修复的影响及其生物相容性等。实际上，镁合金接骨板—骨折系统良好的机械性能是保证骨折有效愈合的重要因素，但这方面的研究目前尚未见系统报道。因此，很有必要开展镁合金接骨板机械性能的研究，研究结果有助于促进镁合金在骨折内固定中的临床应用。
　　本论文利用力学测试平台，对比研究了挤压态ZK60镁合金和TA3纯钛接骨板固定股骨干不稳定骨折时的力学性能;并采用微弧氧化处理在ZK60镁合金表面制备了不同的微弧氧化陶瓷层，采用体外微动模拟试验，考察了ZK60镁合金试样在接骨板服役工况下的微动磨损行为，揭示了电压、占空比等微弧氧化电参数对ZK60镁合金表面微动磨损性能的影响规律。主要结果与结论如下:
　　(1) ZK60镁合金接骨板固定股骨干不稳定型骨折时具有较低的静态结构刚度，更趋于弹性固定从而有助于减小应力遮挡作用，它不仅能在骨折初期有效承载，还能确保骨折块间具有足够的轴向位移以刺激骨痂形成，其骨折愈合性能优于TA3纯钛接骨板。然而，ZK60接骨板—骨折结构的静态强度和轴向载荷下的疲劳强度均低于TA3接骨板。
　　(2) ZK60表面的微弧氧化层能显著提高其在接骨板服役工况下的耐腐蚀性能，试样表面的腐蚀电流密度及腐蚀速率均明显降低。
　　(3)微弧氧化处理能显著提高ZK60镁合金表面在接骨板服役工况下的耐微动磨损性能，微弧氧化电压对其具有显著影响，不同脉冲占空比则无显著影响。随电压升高，微弧氧化ZK60在模拟体液中的耐微动磨损性能先增后减，最佳电压为350V。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 骨折内固定理念及金属接骨板的发展

1．2．1 骨折内固定理念

1．2．2 金属接骨板

1．3 接骨板失效原因分析

1．4 镁合金骨科植入物的研究现状

1．4．1 接骨板材料的发展概况

1．4．2 镁合金骨科植入物的临床研究

1．4．3 镁合金的生物降解性及骨诱导性

1．4．4 镁合金的微弧氧化处理

1．5 存在的问题

1．6 本论文的选题意义及内容

1．6．1 选题意义

1．6．2 研究内容

第2章 试验方法

2．1 试验装置

2．1．1 接骨板力学性能试验装置

2．1．2 微动磨损试验装置

2．2 试验材料的选择与样品制备

2．2．1 接骨板力学试验材料的选择与样品制备

2．2．2 微动磨损试验材料的选择与样品制备

2．3 试验参数

2．3．1 接骨板力学性能试验参数

2．3．2 微动磨损试验参数

2．4 分析测试方法

第3章 镁合金接骨板的力学性能研究

3．1 试验简介

3．1．1 样品制备

3．1．2 试验方法

3．2 试验结果

3．2．1 扭转试验结果

3．2．2 四点弯曲试验结果

3．2．1 轴向压缩试验结果

3．3 讨论

3．4 小结

第4章 微弧氧化电参数对镁合金表面在接骨板服役工况下微动磨损性能的影响研究

4．1 电压的影响

4．1．1 试验方法

4．1．2 结果与讨论

4．2 占空比的影响

4．2．1 试验方法

4．2．2 结果与讨论

4．3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文