看出不同种类的生物环境对生物摩擦学的摩擦副的摩擦磨损腐蚀性能所造成的影响也是 不一样的，所以说研究人工关节替代材料的摩擦磨损腐蚀性能能够为医学上的人工关节替 代材料的研究和发展提供一定的借鉴。

在摩擦过程中主要通过热能和机械能的产生来实现能量的耗送。而其中大部分摩擦能 的的扩散是通过热的形式实现的。摩擦发热是众所周知的现象，由于摩擦做功而产生的摩 擦能有部分转变为摩擦热能的形式。由于摩擦热的产生会在生物关节材料的接触部分的材 料表面形成一个摩擦部分的局部热源。摩擦热会使温度集聚在这个工作摩擦点，然后与空 气接触的试样必定与大气接触，因此会发生热传递，一部分热丧失掉，还有一部分热会从 试样表面上温度集聚的那一点向周围扩散。由于摩擦副材料的导热性能、尺寸大小结构性 质以及溶液介质不同等原因的不同，热的传递也会因此不同。在摩擦过程中产生的摩擦热 会对人工生物关节材料产生严重的影响，材料表面及内部的温度升高可能会导致摩擦系数 变化、造成应力集中、增加疲劳磨损而出现表面裂纹甚至发生断裂等现象，但是具体会产 生怎样的影响是本论文通过实验需要解决的问题。

在通常的摩擦磨损试验中，由于缺少专门保温或者隔热的试验装置，而且金属一般具 有较高的导热性能，摩擦热一般通过组成摩擦副的金属试样及与试验机相接触的试验机金 属部件之间实现热传递或着由于与大气环境或者实验溶液介质的接触而导致摩擦热温度 的扩散[14]，这使得摩擦热对试样的摩擦磨损性能的影响难以清晰准确地反映出来。如何控 制和改变温度变化，实验观察温度变化对试样的影响，是本课题重点的实验问题。接触表 面的温度升高会使金属试样的摩擦系数随着实验时间的不断推进而产生变化，以及磨损之 后的试样表面摩擦形貌也同时受到温度升高的影响。

因此本课题通过控制球盘试验中的加入润滑的溶液介质的温度条件来测定摩擦热对 不同的生物关节材料构成的摩擦副摩擦性能的影响实验，利用统计学相关系数理论对摩擦 系数和表层温度的相关性进行定量比较。结合试样的摩擦系数变化和磨损表面形貌分析探 讨摩擦热对替代材料（主要是 CoCrMo 合金与钛合金）的磨损机理的影响，得出结论，尽 可能找出降低摩擦热对关节摩擦副的影响的方法。

1。3 人工关节材料

1。3。1 超高分子量聚乙烯 UHMWPE

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种线型结构热塑性工程塑料，它具有优异的综合性 能。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有的抗磨性能好、较好的抗腐蚀性以及优异的生物相容 性。与其它人工关节材料相比，由于它的材质本质上是塑料性质的，所以其摩擦系数相对 较低，由于塑料物质的分子结构等问题，一般具有较高的抗磨损能力，因此，应用到医学 临床问题上来可以解决很多置换关节的摩擦磨损问题，解决了很多难题。摩擦磨损绿的降 低同时也有利于使用寿命的提高。除了这些优点之外医学工作者及材料研究者们同时也发

现了它氧化的速度大于其他材料，因此会造成关节假体的老化，断裂等事故的发生，这样 就会引起骨骼炎症，关节松动等问题，同样会改患者带来痛苦，也许病人还要接受再次手 术植入关节的痛苦。

1。3。2 金属

人工关节最早采用的金属材料不锈钢 316L。但是经过很多的临床试验之后发现，由于 关节结构中存在着天然的关节液，这下关节液中汇有不同的细胞、蛋白质及酶的作用。同 时植入的关节还会与血液接触。因此在这样的植入生理环境下不锈钢由于其材质和力学特 性等原因会产生磨损腐蚀、疲劳磨损、以及由于关节不同组成部分之间的微动和滑动产生 的磨损和裂纹等破坏了表面机理更容易造成腐蚀[16]。而且不锈钢中含有的金属成分由于溶 液以及相互摩擦磨损而产生大量的金属阳离子活跃在接触面之间，这就会造成关节假体的 松动等问题。在不锈钢之后，人们开始尝试采用钴铬钼（Co-Cr-Mo）合金材料来制作人工 关节作为置换的材料。钴铬钼（Co-Cr-Mo）的具有更高的生物相容性和抗摩擦性能也较好， 由于材料的金属内部原子性质，耐磨性也较好。通常通过精密的铸造方式制成人工关节使 用，临床实践表明，合金中的钴元素有时会由于摩擦等因素而产生钴离子，钴离子在关节 液中数量的增多会造成关节的过敏性反应 [18] 。另一个最常被使用的材料是钛（Ti）及钛 合金，由于其相对密度较小、所以比重相对较轻，而且弹性模量与骨骼相近。生物相容性 能也比较好。与其他金属材料相比，它的优点是耐腐蚀性能更强，具有更高的疲劳强度， 材料表面性能良好，机械制造加工的性能也很好，总体来说就是钛和钛合金作为人工关节 替代材料还是很理想的[19, 20]。金属钛由于容易氧化在表面形成致密的氧化膜，对金属起到 了保护作用，让金属可以不受溶液的腐蚀。但是钛也有其缺点，那就是纯金属钛的强度较 低，不如钛合金的强度高，耐磨性能因此较差。当前在临床上使用最多的钛合金类主要是 TC20，也是本次试验采用的试样材料之一。其不锈钢、Co-Cr-Mo 合金的生物相容性都要好， 耐磨性也比较高。论文网