CoCrMo合金在三種環(huán)境中的扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動(dòng)磨損特性研究.pdf

1、工業(yè)中實(shí)際的微動(dòng)工況十分復(fù)雜，集兩種或兩種以上微動(dòng)基本模式復(fù)合的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)也經(jīng)常出現(xiàn)，扭轉(zhuǎn)(扭動(dòng)+轉(zhuǎn)動(dòng))復(fù)合微動(dòng)是扭動(dòng)微動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)兩種模式的耦合，是在交變載荷作用下接觸副發(fā)生微幅扭轉(zhuǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動(dòng)磨損大大縮短了零部件的服役壽命，并且直接影響了安全生產(chǎn)，同時(shí)也帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動(dòng)在人工關(guān)節(jié)植入、口腔修復(fù)種植、骨折內(nèi)固定器件等情況下廣泛存在，可目前少有人對(duì)扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動(dòng)磨損進(jìn)行研究。
　　本文選取CoCrMo合金

2、球頭與CoCrMo平面試樣作為試驗(yàn)對(duì)磨副，在法向載荷Fn=25N，扭轉(zhuǎn)復(fù)合角主要在α=10°和α=40°，角位移幅值主要在θ=0.25°、0.5°、1°和2°的試驗(yàn)參數(shù)下，用25％血清溶液和人工關(guān)節(jié)液分別模擬其工作環(huán)境并同時(shí)對(duì)比其干態(tài)下的微動(dòng)行為進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動(dòng)磨損特性研究。在詳細(xì)分析微動(dòng)接觸條件下動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合掃描電子顯微鏡(SEM)、光學(xué)顯微鏡(OM)、電子能譜(EDX)和表面輪廓儀對(duì)磨斑進(jìn)行微觀分析，探討了CoCrMo合金

3、扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動(dòng)微動(dòng)的運(yùn)行行為和磨損機(jī)制，得出了以下結(jié)論：
　　1、CoCrMo合金球/平面配副在血清溶液、干態(tài)和人工關(guān)節(jié)液三種環(huán)境中的摩擦力-角位移幅值曲線都存在三種基本類型：直線型、橢圓型和平行四邊形型。
　　2、建立了CoCrMo合金以扭轉(zhuǎn)復(fù)合角和角位移幅值為變量的扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動(dòng)運(yùn)行工況圖，并發(fā)現(xiàn)血清溶液和人工關(guān)節(jié)液中兩種環(huán)境中的微動(dòng)比干態(tài)下更易滑動(dòng)。
　　3、CoCrMo合金扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動(dòng)的Ft/Fn值和摩擦耗散能強(qiáng)烈

4、依賴于扭轉(zhuǎn)復(fù)合角、角位移幅值和循環(huán)周次。
　　4、研究表明扭轉(zhuǎn)復(fù)合角α、角位移幅值θ和循環(huán)次數(shù)Cycle強(qiáng)烈影響血清溶液和人工關(guān)節(jié)液中CoCrMo合金扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動(dòng)的磨損行為：血清中-(1)部分滑移區(qū)：磨斑呈現(xiàn)中心黏著邊緣微滑的環(huán)狀，接觸中心幾乎沒有損傷，磨斑的形貌呈現(xiàn)非對(duì)稱性，此時(shí)的磨損機(jī)制主要為磨粒磨損和極其輕微的氧化磨損。(2)混合區(qū)：磨斑中心黏著狀態(tài)減弱，損傷加劇，隨著循環(huán)的進(jìn)行，接觸界面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)有由部分滑移狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥?/p>

5、全滑移狀態(tài)的趨勢(shì)，此時(shí)的磨損機(jī)制仍主要為氧化磨損和磨粒磨損。(3)滑移區(qū)：整個(gè)接觸區(qū)域發(fā)生了劇烈的塑性變形，損傷嚴(yán)重并伴隨大量的磨屑生成，而扭轉(zhuǎn)復(fù)合角對(duì)磨屑的分布情況有非常重要的影響，且隨著扭轉(zhuǎn)復(fù)合角的增加，磨斑所表現(xiàn)出的損傷形貌出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)的特征，此時(shí)的磨損機(jī)制主要為氧化磨損、磨粒磨損和一定量的剝層。人工關(guān)節(jié)液中-(1)部分滑移區(qū)：磨斑呈現(xiàn)中心黏著邊緣微滑的環(huán)狀磨損，接觸中心由于黏著幾乎沒有損傷，磨斑周圍可看到少量磨屑，而此時(shí)的磨損機(jī)

6、制主要為磨粒磨損和極其輕微的氧化磨損。(2)混合區(qū)：磨斑中心損傷劇烈，并且隨著循環(huán)的進(jìn)行，接觸界面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)有由部分滑移狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆茽顟B(tài)的趨勢(shì)，此時(shí)的磨損機(jī)制仍主要為氧化磨損、磨粒磨損以及剝層。(3)滑移區(qū)：整個(gè)接觸區(qū)域發(fā)生了劇烈的塑性變形，損傷嚴(yán)重并伴隨大量的磨屑生成，磨屑顆粒致使接觸面可以看到犁削作用的痕跡，而扭轉(zhuǎn)復(fù)合角對(duì)磨屑的分布情況有非常重要的影響，且隨著扭轉(zhuǎn)復(fù)合角的增加，磨斑所表現(xiàn)出的損傷形貌出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)的特征，此時(shí)的