图 4-5 TC20 合金在干摩擦条件下，载荷分别为 10N、20N、50N 时的摩擦系数 时变图 31

图 4-6 TC20 合金在载荷相同时，实验温度分别为低温、常温、高温时的摩擦

系数时变图 32

图 4-7 TC20 合金载荷为 20N、50N 时在牛血清和常温盐水润滑时的磨损表面 光学形貌图 34

图 4-8 TC20 合金载荷为 10N、20N、50N 时在干摩擦情况下的磨损表面光学形 貌图 35

图 4-9 TC20 合金在不同温度的生理盐水润滑，载荷不同时的磨损表面光学形

貌图 36

表清单

表序号 表名称 页码

表 2-1 UMT 试验机的主要性能指标 11

表 2-2 UMT 实验机上试验参数及水平 13

表 2-3 UMT 实验机上主要运动参数 14

表 2-4 微动摩擦实验机上试验参数及水平 14

表 2-5 微动实验机上主要运动参数 15

1 绪论

在人类进入 21 世纪以来科技迅速发展，各种骨科类疾病也频繁发生，每年由于疾病 和意外事故等造成的骨关节等的置换手术也逐年增加。在医生解除病人痛苦的同时，一些 关节替代物被植入患者体内代替原有的关节部分行驶承载人体运动的责任。人工关节置换 就是在这样不断地实践变化中应运而生的一项技术。人工关节置换顾名思义应该是采用一 些替代材料制成与原有关节结构大小尺寸相差不大的人工关节材料来替换损坏的关节。这 些替换的关节应该具有较轻的重量，密度不能过大，还因该有较好的摩擦磨损和耐腐蚀的 特性同时应该有很好的相容性，能够很好的在关节液中进行运动。因为关节假体植入人体 关节组织之后，他们之间并不是单纯的干摩擦而是在人体的关节液中进行配合运转，因此 要充分注意关节替换材料的腐蚀状况。人工关节置换术的发展在很大程度上可以缓解甚至 接触骨科患者的疼痛，矫正关节等方面有着重要的积极地意义[1]。根据统计结果显示，世 界上每年因为各种原因需要进行关节置换手术的人数高达四千万至六千万。仅仅我国民政 部门报告显示的结果，我国由于骨缺损和骨损坏患者就达到了 300 万[2-3]，因此人工关节 的置换手术是作为当前治疗严重的关节骨性关节炎、股骨头无菌性坏死的最佳和最常使用 手术方式，人工关节置换术在临床手术上已得到广泛应用，并且日趋成熟[4]。人工关节替 代材料植入人体内会慢慢替换或者融合原来关节的运动和特性。这些人工关节植入人体 后，在人体重量的压力负载、运动时的扭转、剪切力以及疲劳、磨损、腐蚀的综合作用下 人工关节植入物的安装效果会受到影响[5]，严重影响人工关节置换后替代关节材料的效果 及寿命。

通过阅读文献了解到，最早使用的作为人工关节材料的聚丙烯、牙托粉、有机玻璃等 等的强度相对而言比较低，同时材料脆性高易折断，而且它们没有良好的生物相的容性。 后来随着研究改进，人们就开始将一些不锈钢材料使用到置换手术中来，慢慢发现这些不 锈钢材料的密度大同等体积下比重比较大，大概是人体内骨骼的比重的两倍，在人体内由 于受到人体体液的作用又容易导致这些不锈钢腐蚀以及断裂，对人体造成不利的影响。再 后来，经过生物材料的不断发展，实践发现了 Co-Cr 合金、钛合金、超高分子量聚乙烯也 是一些特别优异的人工关节替代材料，可惜很遗憾的是在于，钴、铬等微量金属元素会对 人体有不良影响的，甚至是含毒。但是，和以前使用的那些关节材料一经比较，钴合金和 钛合金的比重就相对而言比较小(和人类的骨骼的比重很是靠近)、机械制造加工性能好、 强度高、耐蚀的性能好。总体而言更适合作为人工关节替代材料使用。