表面织构化HA/ZrO 2 涂层摩擦磨损性能及其润滑机制研究

发布时间：2024-11-02 20:23

　　磨损是影响人工关节使用寿命的主要原因之一,除材料本身特性外,润滑剂的润滑性能也有着极其重要的作用。羟基磷灰石（HA）由于良好的生物相容性和生物活性,其复合生物陶瓷涂层同样具备类似性能,因而在人工关节领域应用前景广阔。然而涂层本身也有明显的缺陷,如耐磨性差、脆性大等,因此采用混入ZrO₂粉末制成HA/ZrO₂复合涂层来改善HA涂层材料摩擦学性能以延长人工关节的使用寿命。表面织构是一种改善表面性能的工艺技术,应用于材料表面能够有效的提高表面性能,这一点已被大量研究所证明,因此被广泛应用于轴承、机械密封等工程领域。润滑性能与本身的润湿性能紧密相关,润湿性能越好,其润滑性能更佳,而材料表面接触角的大小直接反映材料的润湿性能,因此,接触角的大小也能间接体现润滑性能的优劣。透明质酸钠是人体滑液的主要成分之一,牛血清主要成分与人体血液中的各类蛋白接近,因此本文采用透明质酸钠与牛血清作为润滑剂,在浸润模型的基础上,设计等边三角形不同间径比和深度两个参数,通过接触角实验验证两个因素对接触角的影响是否与理论保持一致,并对比两种润滑剂的优劣。此外为探究织构在生物陶瓷...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 人工关节研究现状
        1.2.1 人工关节材料
        1.2.2 人工关节润滑及其机制
        1.2.3 表面改性及其减摩机制
    1.3 研究内容及目的
第二章 接触角理论及试验
    2.1 引言
    2.2 接触角模型
        2.2.1 Wenzel模型
        2.2.2 Cassie模型
        2.2.3 浸润模型
    2.3 接触角测量
        2.3.1 涂层表面参数设计
        2.3.2 全自动光学测量仪简介
        2.3.3 不同深度、间径比对接触角大小的影响
    2.4 本章小结
第三章 人工关节混合润滑模型
    3.1 引言
    3.2 相关理论介绍
        3.2.1 Reynolds方程
        3.2.2 表面织构润滑模型
        3.2.3 相关参数计算
    3.3 模型求解
        3.3.1 方程及参数无量纲化
        3.3.2 数值解法
        3.3.3 表面织构摩擦学性能参数的计算
        3.3.4 计算流程
    3.4 混合润滑状态下织构参数对摩擦系数的影响
        3.4.1 网格划分
        3.4.2 温度对粘度及摩擦系数的影响
        3.4.3 不同深度对摩擦系数的影响
        3.4.4 不同间距对摩擦系数的影响
    3.5 本章小结
第四章 织构化涂层制备及其表征
    4.1 引言
    4.2 试验材料的准备
        4.2.1 摩擦副上试样的选择
        4.2.2 摩擦副下试样的选择
    4.3 复合涂层及其表面织构的制备
        4.3.1 HA/ZrO2 复合涂层的制备
        4.3.2 HA/ZrO2 复合涂层表面织构的制备及表征
    4.4 本章小结
第五章 摩擦磨损试验及分析
    5.1 引言
    5.2 摩擦磨损试验方法
        5.2.1 摩擦磨损试验设备
        5.2.2 摩擦磨损试验夹具设计
        5.2.3 摩擦磨损试验流程
    5.3 织构参数对表面润滑性能的影响
        5.3.1 不同深度对摩擦系数的影响
        5.3.2 不同间距对摩擦系数的影响
    5.4 织构参数对磨损深度影响
    5.5 试验对比
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
    1.攻读硕士学位期间发表的学术论文
    2 参与的科研项目
学位论文数据集



本文编号：4010083