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第 24 卷第 5 期摩擦学学报 V o l 24, N o 5
2004 年 9 月 TR IBOLO GY Sep , 2004
人股骨密质骨横断面的微动磨损特性研究
于海洋1, 2, 蔡振兵1, 朱昊1, 周仲荣1
(1. 西南交通大学摩擦学研究所, 四川成都 610031;
2. 四川大学华西口腔医学院, 四川成都 610041)
摘要: 采2用2配置外加体液恒温2 循2环ö装置的高精密微2动试验台研究了天然活性股骨密质骨纯钛的微动磨损行为, 探讨
了不同位移幅值下摩擦系数随循环次数变化的规律. 结果表明, 在 90 N 法向载荷下, 随位移幅值增加, 股骨密质骨的
微动运行状态从部分滑移向完全滑移状态转变. 当位移幅值较小时, 接触表面变形处于弹性协调状态, 损伤轻微. 随
着位移幅值的增加, 接触表面变形逐步向弹、塑性变形以及严重塑性变形和粘着转变, 微动损伤加剧. 与此同时, 密质
骨试件微动磨痕深度随位移幅值的增加而增大, 并同摩擦系数存在良好的对应关系. 为了提高密质骨抵抗微动损伤的
能力, 有必要控制植入体骨界面的微动幅度和降低摩擦系数.
关键词: 人股骨; 密质骨; 植入体; 微动磨损性能
中图分类号: TQ 174; TH 117. 3 文献标识码: A 文章编号: 1004 0595 (2004) 05 0448 05
大量生物材料植入体已被成功地应用于人体器射线骨密度仪上测得骨密度BM D 平均值为 0. 937
官的修复、固定和替代[1 ]. 然而, 在体内的腐蚀性介质 g cm 2 ) , 选用与股骨长轴垂直的密质骨横断面作为
和交变应力作用下, 骨与植入体之间易发生微动损平面试件. 为了保持股骨的活性并尽量模拟临床实
伤, 从而导致植入体磨损、松动甚至断裂失效, 进而严际, 平面试件表面未经打磨和抛光处理, 粗糙度 R a 处
重影响相关器官的运动学和生物学功能. 遗憾的是, 于 2. 75± 0. 34 m. 偶件为纯钛(TA 2, 化学成分为:
目前有关生物材料的微动摩擦学研究大多局限于植 0. 10%C、0. 15% Si、0. 02%H、0. 20%O、0. 05%N、
入体如人工关节修复材料等的摩擦学性能评价[1 ] , 针 0. 30% Fe、余量为 T i) 球, 其直径为 40 mm , 其硬度为
对人骨微动摩擦学特性的研究因试验手段的限制而 2. 40 GPa. 以雷格氏液(化学成分为 8. 50 g L 氯化
被忽视, 远不能适应相关生物摩擦学的研究、应用及钠、0. 25 g L 氯化钾、0. 22 g L 氯化钙、0. 15 g L
发展需要. 实际上, 密质骨对植入体的力学稳定性贡碳酸氢钠) 作为人体内的生理环境介质(pH = 7. 8±
献最大[2~ 4 ] , 因此有关密质骨的微动特性研究具有重 0. 1) , 在恒温 37 ℃下进行微动磨损试验. 主要试验参
要的临床意义. 鉴于此, 本文作者采用配置外加体液数为位移幅值D = 5~ 20 m、法向载荷 p n = 90 N、频
恒温循环装置的高精密微动