7

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

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。

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