1。4 超高分子量聚乙烯

超高分子量聚乙烯 UHMWPE 是一种高分子聚合物，首先由美国联合化学公司于 1957 年研制成功。其分子量通常在 150 万以上，密度 0。92-0。96g/cm3，结晶度 65%-85%。与其他 聚合物材料相比，UHMWPE 具有低摩擦系数、高耐冲击性和耐压性等优点。这些优异性能 使 UHMWPE 材料在生物医学领域应用广泛。

尽管 UHMWPE 具有众多的优异性能，然而在实际应用中，它也存在一些不足。比如容 易氧化和老化，摩擦过程会产生大量磨屑。这些磨屑易引起人体内的骨骼发炎，致使患者感 到不适，最终导致人工关节失效或其他疾病的严重结果。因此需要进一步研究 UHMWPE 材 料的摩擦磨损行为原理并提高其生物摩擦学性能。

1。4。1 UHMWPE 的摩擦磨损机理

目前的研究表明，在 UHMWPE 中存在三种磨损，分别是磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨 损。在 UHMWPE 与不同的材料对磨时，其表面的磨损情况也不同。在与光滑的材料对磨时， UHMWPE 刚开始发生粘着磨损，一段时间之后转变为疲劳磨损。而在与粗糙的材料或磨粒 对磨时，UHMWPE 的磨损主要表现为磨粒磨损和疲劳磨损。在滑动摩擦的情况下 UHMWPE 表现分为 3 个磨损阶段：跑合期、稳定磨损期以及加速磨损期。在跑合阶段，在 UHMWPE 材料表面会形成一片凸起结构。当到达稳定磨损期，凸起部分逐渐减少。在钢表面的重复碾 压下，磨屑变得相当细小且紧密堆积在一起。在加速磨损期，磨屑的大量迁移将引起表面的 热软化，从而发生大范围撕裂和断裂。经临床医学研究证明，人工关节的松动与聚乙烯粒子 引起的骨质溶解、骨反应有关[18]。置换人工关节产生的大多数磨屑是微米级的粒子和纤维状 颗粒[19]。

1。4。2 摩擦磨损因素的研究

金属摩擦因数一般是常数，与相对运动速度、载荷等没有关系。而高分子聚合物的摩擦 磨损行为就比较复杂，具有“温度依赖性”和“时间依赖性”，这主要是高分子材料的粘弹性决 定的。材料的摩擦学性能通常表现为以下几个方面：(1)材料的硬度越高，其耐磨性越好；(2) 材料硬度虽然低，但摩擦系数低也能使磨损量降低；(3)对磨材料以及摩擦磨损环境对摩擦系 数影响非常大。UHMWPE 硬度虽然比较低，但拥有优异的自润滑性能，摩擦系数低，在 0。07～ 0。11 之间(而钢摩擦因数高达 0。58)，因而有较好的耐磨性，其耐磨性能远远高于普通的低

碳低合金钢[20]。

可以通过对 UHMWPE 材料本身的改性来提高材其硬度、生物摩擦学性能等，相同材料 则要考虑摩擦磨损环境及对磨材料结构和性能对磨损的影响。摩擦磨损环境包括润滑剂、滑 动速度、载荷、摩擦副表面粗糙度和温度等。来*自~优|尔^论:文+网www.youerw.com +QQ752018766*

1。5 本课题研究内容

本次课题以铝酸-磷酸混合液为电解液，通过等离子电解氧化法，在钛合金表面沉积陶瓷 化氧化物层，以改善钛合金表面的耐磨性能。另外由于微弧氧化层表面粗糙、多孔，在滑动 过程中摩擦系数较高，会造成配副材料的严重磨损，因此进一步采用浸渍提拉的处理方法， 在钛合金陶瓷涂层表面制备一层超高分子量聚乙烯润滑膜。控制电压，电流密度，频率，反 应时间来制备不同厚度不同密度的氧化陶瓷涂层，通过摩擦磨损试验机测试涂层的耐磨性能， 优化制备参数，并研究氧化陶瓷涂层和超高分子聚乙烯涂层复合后对耐磨性能的影响，具体 探讨氧化电压、UHMWPE  溶液的浓度、提拉速度等工艺参数对膜层厚度和表面生物摩擦学性能的影响。膜的微观结构通过光学显微镜进行观察，膜层的润湿性通过接触角测定仪进行 分析，UHMWPE 膜的生物摩擦学性能通过摩擦磨损试验机来分析。