热氧化处理对医用钛微动磨损性能的影响.pdf

第六石全啊表面工租学术套强 兰州 2006年8月 热氧化处理对医用钛微动磨损性能的影响 冯波’，屈树新，翁杰 西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室，材料科学与工程学院610031 1引言 磨损是人工关节失效的主要原因之一。金属钛及其合金具有良好的生物相容性和机械性能，已 用于牙科和整形外科。但是其耐磨性较差。而磨损是人工关节失效的主要原因之一。迄今，在改进 医用钛耐磨性方面已作了一些尝试。然而，尚不能满足临床要求。此前的工作已表明，简单的表面 热氧化方法能改进钛的摩擦学性能【1】。本文考察了空气和水蒸气中热氧化处理对钛微动磨损性能 的影响，结合表面分析工具研究了其磨损机理。 2材料与方法 商业纯钛(10x10x15 蒸馏水中超声波分别清洗5分钟，室温干燥。空气中氧化一一试样置于热处理炉，以恒定速率加热 至500-±5C，保温30rain，随炉冷却至室温。水蒸气中氧化一一在石英管式炉中，290C时通入水 蒸气，加热至50(0=5℃，保温30rain，随炉冷却至室温。 微动磨损试验在DELTAL--PLINT高精度液压伺服式微动磨损试验机上进行。接触方式为球， 平面，负荷50N，行程6哪【m。分为干摩擦和润滑两种条件。润滑剂是含小牛血清白蛋白的模拟生 理体液。 用显微硬度仪测定硬度。用光学显微镜，激光共焦扫描显微镜，扫描电子显微镜观察表面形貌。 用微区X射线衍射(Ⅺ①)分析晶体结构。 3结果与讨论 热氧化处理后钛表面形成金红石二氧化钛，其显微硬度增加。水蒸气中氧化后钛的表面光洁度 提高。在干摩擦和润滑条件下，热氧化均使钛的耐磨性提高，摩擦系数减小。水蒸气氧化显示出最 好的效果。 摩擦微动图表明两种磨损条件下，在任一微动循环内，两接触体均发生相对滑移。不同热氧化 条件对应于不同的磨损机理，未经过热处理的钛以粘着磨损为主；在空气中氧化钛的磨损形式主要 是磨粒磨损和疲劳磨损；而水蒸气氧化所得钛表层的磨损则可能包括了粘着磨损、犁沟磨损和疲劳 磨损。并且，通过微动区的XRD分析发现，在两种磨损条件下，微动区域的氧化层被磨损，且未 进一步发生明显的氧化。 参考文献 Materials． 【1]B．Feng，J．Weng，S．×．Qu，Y．X．Leng，Z．R．Zhou．KeyEngineering 2005；288-289：641—644． 题研究 616