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人工关节用钴铬钼合金在液体润滑状态下的磨蚀建模

钴铬钼合金力学性能优异，耐磨损和耐腐蚀性能好，易于加工，是人工关节的关节面使用的主要金属材料。但钴铬钼合金关节面在人体内会因为机械磨损和电化学腐蚀的耦合作用而造成磨损量明显增大。产生的磨屑和释放的金属离子会引起骨溶解而造成人工关节失效。因此，对钴铬钼合金的磨蚀建模对于预测人工关节的使用寿命具有重要意义。另外，关节滑液一方面会造成钴铬钼合金的腐蚀，另一方面作为润滑液，对钴铬钼合金关节面起到润滑作用。目前建立的钴铬钼合金的磨蚀模型主要关注磨损和腐蚀的耦合作用，而对溶液的润滑作用对磨蚀的影响关注较少。本研究通过考虑溶液的弹流润滑效应对钴铬钼合金磨蚀的影响建立液体润滑作用下钴铬钼合金的磨蚀模型。首先引入有效正压力的概念，即润滑状态下发生直接接触的微凸体承担的正压力。然后基于磨损表面轮廓和弹流润滑膜厚度来确定有效正压力的大小，从而将液体的润滑作用引入到现有的不考虑润滑作用的磨蚀模型中。最后，在稀硫酸和甘油的混合溶液中进行钴铬钼合金的磨蚀实验，并利用实验结果验证模型的有效性。本模型的建立有助于更加准确的预测钴铬钼合金人工关节部件在体内的服役性能以及人工关节的使用寿命，对人工关节减磨降蚀新技术的开发也有一定的指导意义。