微弧氧化钛合金与ZTA/CoCrMo的微动磨损行为及机理:面向人工髋关节锥度界面的耐磨提升与潜力评估
编号:18
访问权限:仅限参会人
更新:2026-03-09 15:51:08 浏览:1次
口头报告
摘要
人工髋关节锥度界面的微动磨损是导致过敏、假体松动甚至翻修的重要诱因。对股骨柄用钛合金(Ti6Al4V)进行微弧氧化(MAO)提供了一种可行且极具潜力的解决途径。然而,目前MAO处理的钛合金与股骨头材料(ZTA、CoCrMo)之间的的微动磨损行为尚不清楚。为此,本研究首先利用MAO在生物医用钛合金表面制备了质量良好的陶瓷涂层,随后结合人工髋关节锥度界面的服役状态,在模拟体液中开展微动磨损试验,详细分析了不同微动状态下MAO-Ti6Al4V/ZTA和MAO-Ti6Al4V/CoCrMo配副的微动磨损特征与机理,以及基体和对磨体的材料损失贡献。结果表明,在Ti6Al4V基材表面成功制备了成膜质量良好的MAO涂层,并使得基材的显微硬度提升了约3.3倍。在PSR(部分滑移状态)中,两种配副的微动损伤都十分轻微,磨损机理主要表现为MAO涂层多孔结构的压缩。在MFR(混合滑移状态)中,MAO-Ti6Al4V/CoCrMo配副的微动磨损机理为磨粒和疲劳磨损/磨粒磨损,而MAO-Ti6Al4V/ZTA配副的磨损机理为磨粒磨损/轻微划伤。在GSR(完全滑移状态)中,MAO-Ti6Al4V/CoCrMo的微动磨损机理表现为严重的磨粒与疲劳磨损/三体磨损与材料转移,而MAO-Ti6Al4V/ZTA的磨损机理主要表现为磨粒磨损/磨粒磨损。此外,不论与何种股骨头材料配对,MAO处理都能降低Ti6Al4V合金的微动摩擦系数与磨损率,在人工髋关节锥度连接中展现出良好的防护效果与临床应用潜力,而MAO-Ti6Al4V/ZTA配副对应了更低的微动损伤与更好的微动磨损抗性。值得注意的是,对于MAO-Ti6Al4V/CoCrMo配副,CoCrMo产生了更强的微切削与三体磨损作用,配副的材料损失更多源于对磨体。而在MAO-Ti6Al4V/ZTA配副中,得益于ZTA更好的抗塑性变形能力,基体对材料损失的贡献更大。因此,在未来潜在的临床应用中,锥度连接采用MAO-Ti6Al4V/CoCrMo配副时,更应重点关注股骨头内侧CoCrMo的磨损状况。
关键词
微弧氧化,钛合金,微动磨损,人工髋关节,锥度连接
稿件作者
秦 张越
西南交通大学
张 亚丽
西南交通大学
张 小刚
西南交通大学
靳 忠民
西南交通大学;利兹大学
发表评论