医用钛合金激光织构表面摩擦学特性及生物相容性研究

发布时间：2024-05-20 21:22

　　钛合金是自20世纪50年代左右开始发展起来的一种重要的结构金属,由于其较好的耐腐蚀性和强度较高等优点被应用至航空航天、汽车工业和医疗等各领域。随着先进制造技术的发展,人们对人工关节的耐磨性和使用寿命提出了更高的要求。为进一步满足新型人工关节的设计要求,本文将激光织构化技术应用于人工关节钛合金材料表面。使用皮秒激光系统在Ti-6Al-4V合金表面制备出一系列不同几何特征的织构,其中包括不同平面几何形状(圆形、方形、三角形等)的织构;水平方向上收敛程度不同的收敛楔(长宽比L/W=0.25-4),垂直方向上不同的微坡度(长深比L/D=5-30)的三角形梯度织构。使用销-盘单向旋转摩擦磨损试验机,在模拟人体环境的条件下进行摩擦磨损实验,通过对比各试样的摩擦系数、磨损率和磨痕,以探究得到摩擦学特性表现最好的激光织构表面几何特征取值范围。同时,基于N-S方程建立了织构表面在流体润滑状态下的流场数值模型,通过商业CFD分析软件Fluent对模型进行计算求解,得到了计算域内的压力分布,并通过积分的办法求解了织构表面的理论无量纲承载力,所得到的计算结果与实验结果进行了对比,进一步验证所得到的最佳的织构表...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1不同平面几何形状及截面几何形貌的原理图

的织构形状从而获得最佳的具有减摩抗磨效果的织构形状[49-50]。对于梯度织构试样，近年Lu等人的团队进行了探索，他们分别通过设置圆形、方形织构试样的截面为楔形[51]以及设置不同长深比的三角形楔形梯度织构[52]，对楔形梯度织构化试样的摩擦学特性进行了实验分析。其所采用的摩....

图1.2不同三角形梯度织构试样的三维形貌图

图1.2不同三角形梯度织构试样的三维形貌图[52]Fig.1.23-Dtopographyofdifferenttriangulargradienttexturesamples[52].1.2.3织构表面的生物相容性研究生物相容性主要指非活性材料在生物体内引....

图1.3本研究技术路线

图1.3本研究技术路线Fig.1.3Technicalrouteofthisresearch.（1）通过控制织构凹坑之间的间距从而获得不同面密度的织构表面，控制激光光斑路径获得不同平面几何形状的织构试样，以及控制凹坑轴向的激光加工参数获得垂直方向上不同的梯度织构试样....

图2.1皮秒激光器及其加工过程

图2.1皮秒激光器及其加工过程Fig.2.1Picosecondlaserandprocessing.为探究不同几何形状的织构表面的摩擦学特性，我们需要考虑对比实验的精确性和一致性，并合理安排实验。故在此之前需要对最佳面密度进行探究。基于大量的文献阅读，我们设计制备的....

本文编号：3979137