2。4 浸渍提拉法制备润滑膜 8

3 结果与讨论 10

3。1 PEO 电参数的优化 10

3。2 表面粗糙度 14

3。3 膜层厚度 15

3。4 接触角 17

3。5 摩擦磨损分析 18

3。6 扫描电镜形貌观察 21

结 论 23

致 谢 24

参考文献 25

第 II  页 本科毕业设计说明书

1  绪论

1。1 引言

近几十年来，由于计划生育等各方面原因，社会的老龄化程度不断加重，患关节疾病的 人数逐渐增加，并且随着生活质量、医疗保健水平的提高，人们对人体组织器官的损伤修复 置换的要求也日益提高，人工关节是临床上需求量最多的植入体之一，欧美发达国家每年仅 全髋关节置换病例已超过 70 万例，而人口基数如此巨大的我国，人工关节置换手术还不到

40 万例，然而实际上需要进行置换手术的患者远超此数，我国的人工关节市场前景巨大。因 此更低成本，更长寿命的人工关节材料还需要不断地研究和推广[1]。

人工关节可代替损伤关节，缓解关节疼痛，作为医用植入器件，其材料不仅要求有良好 的生物相容性，还需要足够高的耐磨性，使其在能够在人体环境中正常工作，同时能使用很 长时间而不发生磨损。

钛合金以其优异的力学性能、良好的生物相容性及耐腐蚀性而被广泛应用于医学植入体。 但作为金属材料，植入人体后难以与人体骨组织形成化合键，长久之后容易产生植入体松动 的问题[2]，并且由于耐磨性差和硬度低的缺点，限制了其在人工关节领域的发展。而在金属 材料表面制备一层生物活性陶瓷涂层，不仅可以保留金属材料的力学性能，还可以增加材料 的生物活性和骨传导性[3-6]，从而使得骨愈合时间大大缩短。但是植入体植入之后由于摩擦磨 损，可能导致涂层脱落失效，因此必须对涂层的摩擦性能进行研究。目前国内外的研究主要 集中于超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene，UHMWPE）/金属、金属

/金属、金属/陶瓷及陶瓷/陶瓷关节方面。超高分子量聚乙烯[7-9]（UHMWPE）是一种高分子聚 合物，其相对分子质量超过 150 万，有较好的耐磨性和生物相容性，但其承受载荷的能力明 显低于金属材料。

本课题通过等离子电解氧化法，在钛合金表面沉积陶瓷化氧化物层，并进一步采用浸渍 提拉的处理方法，在钛合金陶瓷涂层表面制备一层超高分子量聚乙烯润滑膜，既克服了钛合 金表面耐磨性差的缺陷，同时也使超高分子量聚乙烯的承载能力提高，该课题目前在国内的 研究报道较少，因此具有较高的研究价值。

1。2 钛及钛合金

钛位于元素周期表中ⅣB 族，原子序数 22，原子量 47。90。钛为银白色的高熔点轻金属， 密度为 4。506 g/cm3(20°C)，熔点为 1668°C，相转变温度为 882。5°C[10] 。1954 年，第一种实 用的钛合金 Ti-6Al-4V[11]在美国研制成功，它具有良好的耐热性和强度，并且可塑性和耐腐论文网

蚀性以及生物相容性也较高，因此成为应用最为广泛的钛合金，应用率占全部钛合金的 75%

以上[12]。

钛合金的比强度高，抗疲劳性和韧性都较高，并且密度等级也比普通的钢低得多。然而， 目前所使用的钛合金还有很多不足的性能需要改进。例如，第一，钛合金的耐磨性比较差， 相比于其他金属材料，其摩擦系数较大，钛合金作为人工关节材料植入后在磨损条件下会产 生大量黑色磨屑[13]，继而引发植入体的松动，影响人工关节的使用寿命，更严重的是这些黑 色磨屑对人体是有毒害作用的，容易引发更多的疾病。第二，生物活性仍需提高。钛合金与 骨关节的结合通常是在植入体与骨组织的表面形成化学结合键，由于没有足够的生物相容性， 会导致应力集中，而且会影响骨吸收效果，使人体感到不适；第三，人体环境可能导致钛合 金表面形成的氧化物膜发生溶解，溶解产物也会对人体产生伤害，因此需要更大程度地提高 钛合金的耐腐蚀性能。