纯钛及Ti6Al4V合金在生理盐水和Hank's溶液中的复合微动腐蚀特性研究

摘要

金属植入材料由于接触力学因素和人体介质因素影响，而同时受到磨损和腐蚀的双重作用。临床实践表明，微动腐蚀已经成为金属植入件的主要损伤形式之一。国内外的研究多集中于各种因素对金属生物材料的微动腐蚀的影响上，且研究方式多采用单一的加载模式，对切向与径向的复合微动模式下微动腐蚀的研究鲜有报导。 本文采用球/平面接触方式，在切向与径向复合微动模式下，对纯钛(TA2)和Ti6A14V(TC4)合金在去离子水、生理盐水和Hank's溶液中微动腐蚀特性进行了试验研究。在动力学特性分析的基础上，借助光学显微镜(OM)、激光共焦扫描显微镜(LCSM)、扫描电子显微镜(SEM)等分析测试仪器对磨痕表面形貌、磨损量的分析，获得如下主要结论： 1.两种材料在三种介质中，5万次循环的复合微动F-D曲线仅出现准梯形和椭圆形两种基本类型，且准梯形持续的时间较短，通常小于10次循环。在试验条件下未见直线状F-D曲线出现。垂向位移随载荷的增大而显著增大；载荷一定时，两种材料在生理盐水中的位移大于在Hank's溶液和去离子水中的位移；同种介质相同载荷条件下，在复合微动的首次循环，TC4的垂向位移小于TA2的位移，经过5万次循环后，这种关系仍旧保持，说明垂向位移受材料性质的影响，材料硬度越高，位移越小。 2.在复合微动的初期，由于接触界面发生较大的相对滑动，摩擦耗散能较大，随循环周次的增加耗散能迅速降低，十余次循环后耗散能降低缓慢，并逐渐趋于稳定。 3.TC4合金的磨损形貌具有明显的环状特征，两区域的磨损形貌基本形成，但对于TA2，环状磨损形貌不如TC4合金明显。介质中，两种材料的磨损机制主要是磨粒磨损与剥层机制的共同作用。 4.相同载荷时，磨损量在有介质时比干摩擦时大。在三种介质中，磨损量在生理盐水中最大，Hank's溶液中次之，在去离子水中最小。在同种介质相同载荷条件下，TC4合金的磨损量大于TA2的磨损量。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1微动摩擦学及其相关理论和方法

1.1.1常见的微动损伤现象

1.1.2微动的分类

1.1.3微动的主要理论和方法

1.1.4切向与径向复合微动的研究进展

1.2生物医学材料及生物摩擦学

1.2.1生物医学材料概述

1.2.2生物摩擦学概述

1.3微动腐蚀理论及研究进展

1.3.1微动腐蚀理论

1.3.2金属植入材料微动腐蚀的研究进展

1.4论文的研究意义及内容

1.4.1论文的研究意义

1.4.2论文的研究内容

第2章试验材料和方法

2.1试验材料及介质

2.1.1试样材料

2.1.2环境介质条件

2.2试验装置及试验参数

2.2.1试验装置简介

2.2.2试验参数设置

2.3分析方法

2.3.1表面形貌分析

2.3.2微区化学成分分析

2.3.3耗散能分析

第3章TA2的复合微动腐蚀行为

3.1动力学特性

3.1.1载荷对动力学行为的影响

3.1.2介质对动力学行为的影响

3.2摩擦耗散能分析

3.3微动腐蚀的磨痕形貌分析

3.4本章小结

第4章 TC4合金的复合微动腐蚀行为

4.1动力学特性

4.1.1载荷对动力学行为的影响

4.1.2介质对动力学行为的影响

4.2摩擦耗散能分析

4.3磨痕表面形貌分析

4.4本章小结

第5章TA2与TC4合金微动腐蚀特性的对比分析

5.1动力学特性对比分析

5.2微动腐蚀特征对比分析

5.3体积磨损量对比分析

5.4水基介质及磨屑的影响

5.5本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文