不同人工关节材料配副的滑动摩擦腐蚀及磨损颗粒研究

发布时间：2017-12-03 03:08

  本文关键词：不同人工关节材料配副的滑动摩擦腐蚀及磨损颗粒研究

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【摘要】：人工关节在体内会受各种负荷、磨损、疲劳及腐蚀的综合作用,所产生的磨粒承载着微观磨损状况的重要信息,开展人工关节材料接触界面的摩擦腐蚀研究,获取磨粒中的摩擦学信息具有重要的技术意义。本文以Co Cr Mo合金、316L不锈钢及UHMWPE关节材料为对象,研究了润滑条件的面/面接触界面滑动摩擦腐蚀行为,对UHMWPE磨粒进行粒度分析及分形表征,得到如下主要结论:1)相同润滑介质下,Co Cr Mo/UHMWPE和316L不锈钢/UHMWPE的摩擦系数随法向载荷的增大而减小,随滑动速度的增加而增大。不同性质的润滑介质对两种配副的摩擦系数影响有一定差异,Co Cr Mo/UHMWPE模拟体液润滑的摩擦系数最大,蒸馏水最小。316L不锈钢/UHMWPE生理盐水润滑的摩擦系数最大,模拟体液润滑最小。两种配副磨损表面的破坏程度都随法向载荷和滑动速度的增大而趋于严重,但磨损机理无明显差别,主要表现为犁沟磨损和循环塑变导致的疲劳剥落磨损。2)Co Cr Mo/UHMWPE和316L不锈钢/UHMWPE的摩擦腐蚀的腐蚀电位、腐蚀电流密度和动态腐蚀电流均随法向载荷的增加而增大,前者的腐蚀电位、腐蚀电流等均小于后者,表明法向载荷增大,摩擦副的摩擦腐蚀破坏趋于严重,Co Cr Mo/UHMWPE的抗摩擦腐蚀性能优于316L不锈钢/UHMWPE。两种配副摩擦腐蚀的摩擦系数均大于纯摩擦系数,且随法向载荷的增加而减小,磨损机理与纯摩擦基本相似,主要表现为犁沟磨损和循环塑变导致的疲劳剥落。3)两种配副摩擦腐蚀UHMWPE磨粒的粒径分布特征随载荷和滑动速度的变化规律基本相似,磨粒的尺寸均小于40μm。法向载荷为100N时,两种配副UHMWPE的磨粒群平均粒径约20~25μm,法向载荷80N和120N时,磨粒群平均粒径约5~10μm。润滑介质对UHMWPE磨粒的粒径分布有一定影响,三种润滑介质Co Cr Mo/UHMWPE的磨粒平均尺寸要小于316L不锈钢/UHMWPE。4)两种配副摩擦腐蚀UHMWPE磨粒的形态包括典型形态磨粒和磨粒团聚群。典型形态磨粒包括较大尺寸的块状和片状磨粒、较长尺寸和长径比的杆状和针状磨粒、尺寸小于5μm的粒状磨粒和尺寸小于1μm的球形磨粒。磨粒团聚群主要以絮状体存在,尺寸大小不一,多为纳米级磨粒的团聚体。磨粒轮廓的雷达图分形维数计算表明,磨粒从较长的条形和针状过渡到较小尺寸的粒状和类球形,其分形维数不断减小,规律性较为明显,说明磨粒的轮廓曲线具有尺寸的独立性。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08

【参考文献】

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1 王志刚,李久青,吴荫顺;1Cr13不锈钢微动腐蚀中腐蚀与磨损交互作用[J];北京科技大学学报;2000年02期

2 蔡，

本文编号：1247218