模擬人體環(huán)境中NiTi SMA-人骨微動磨損、微動腐蝕研究.pdf

1、微動腐蝕是金屬植入件的主要損傷形式之一，接骨板與骨螺釘?shù)慕佑|區(qū)、關(guān)節(jié)柄與骨水泥接觸處、關(guān)節(jié)柄與關(guān)節(jié)頭之間，都是微動腐蝕易發(fā)生的區(qū)域。國內(nèi)外的研究多集中在力學(xué)參數(shù)(如振幅等)對金屬生物材料之間微動磨損和腐蝕的影響上，而環(huán)境參數(shù)(如模擬人體環(huán)境，術(shù)后一定時間內(nèi)人體傷口局部體液酸堿性變化)對NiTi形狀記憶合金/其它材料微動腐蝕造成材料損失各組成因素間交互作用的研究卻鮮有報道。 本文在Optimol SRV型摩擦磨損實驗機(jī)上，采用圓柱

2、/平面(人骨/NiTi合金)接觸的摩擦副形式，在不同循環(huán)次數(shù)、不同振幅和介質(zhì)條件下，對醫(yī)用NiTi形狀記憶合金進(jìn)行了微動摩擦磨損試驗。借助表面輪廓儀、光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡等分析儀器，應(yīng)用微動磨損，在模擬人體環(huán)境中的腐蝕和微動腐蝕之間交互作用的理論，系統(tǒng)研究了NiTi形狀記憶合金在模擬人體環(huán)境下的微動腐蝕特性。旨在為金屬生物材料選用與研制，以及臨床醫(yī)學(xué)提供理論依據(jù)。 本文研究取得的主要結(jié)論如下： 振幅、介質(zhì)、循環(huán)次數(shù)

3、對NiTi形狀記憶合金/人骨配磨時合金的摩擦系數(shù)、磨痕深度、磨損體積等有明顯的影響。隨著振幅的增加，在空氣介質(zhì)中摩擦系數(shù)呈逐漸上升趨勢，試樣的磨痕深度和磨損體積逐漸變大最終趨于恒定。與空氣介質(zhì)相比，在模擬人體環(huán)境中(Hank’s人工體液，環(huán)境溫度37±0.5℃)摩擦系數(shù)變化趨勢為：中性Hank’s溶液中減小，而弱酸性、弱堿性Hank’s溶液中明顯增大。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，合金的磨損愈來愈嚴(yán)重。 NiTi形狀記憶合金/人骨在空氣介

4、質(zhì)中的微動磨損形式主要表現(xiàn)為粘著磨損和磨粒磨損。該合金微動磨損過程可分為3個階段：即初始階段、氧化階段和穩(wěn)態(tài)階段。在空氣介質(zhì)中，隨振幅的增加，磨損區(qū)的中心區(qū)擴(kuò)大，邊緣區(qū)縮小，粘著與磨粒磨損趨于嚴(yán)重，從而使磨損加劇。不同pH值Hank’s溶液中NiTi形狀記憶合金試樣的表面粗糙度對合金腐蝕期的腐蝕速率有較大的影響。在腐蝕初期，表面粗糙度的大小與合金腐蝕速率之間有較復(fù)雜的關(guān)系；當(dāng)溶液中Ni離子的釋放速率(即合金的腐蝕速率)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，試樣表

5、面粗糙度與合金的腐蝕速率關(guān)系不明顯，基本保持恒定。同樣，在腐蝕初期，Hank’s溶液的pH值與NiTi形狀記憶金腐蝕速率二者之間的影響關(guān)系很復(fù)雜；但穩(wěn)態(tài)時合金的腐蝕速率與Hank’s溶液pH值的關(guān)系不大。NiTi形狀記憶合金在不同pH值Hank’s溶液中Ni離子的釋放主要是由于該合金點(diǎn)(局部)腐蝕破壞弓起的。 NiTi形狀記憶合金/人骨在Hank’s溶液中的微動腐蝕形式是以微動磨損為主、純化學(xué)腐蝕以及微動磨損與化學(xué)腐蝕交互作用三者共同引