论文部分内容阅读
钛合金(Ti6Al4V)和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是目前广泛采用的人工关节材料。利用全髋关节模拟器获取人工关节磨屑,通过对收集的磨屑在润滑液中的存在状态、粒度分布、团聚等方面进行分析,研究材料间磨损机理、磨损状态等性能。高分子材料UHMWPE由于其非磁性和非金属性,利用传统酸、碱、酶消化法很难从返修人工关节及关节液或模拟关节液中提取出来,而且提取量小,难以满足后续研究的要求。本课题基于现有人工关节磨屑提取分离方面和微粒分离特性的研究,在阅读国内外各类相关文献的基础上,系统总结人工关节磨屑微纳米颗粒分离的研究现状。针对目前人工关节磨屑提取与分离过程中存在的问题与不足,利用全髋关节模拟试验机获取人工关节磨屑,通过对收集的磨屑在润滑液中的存在状态、粒度分布、团聚等方面的分析,以研究材料间磨损机理、磨损状态等性能。并分析酸、碱、酶三种分离方法存在的问题。设计用于人工关节磨屑分离的过滤装置,通过改变压力、过滤级数、溶液浓度及滤膜孔径来测试磨屑分离规律。为研究超声场作用下的磨屑提取过程,基于UHMWPE磨屑的表面特征和界面状态,从理论角度分析了利用超声分离悬浮液中UHMWPE磨屑的受力状态和运动过程,利用MATLAB探讨了声学参数对分离过程的影响,得到了声学参数对分离过程中磨屑的受力及运动过程的影响规律,结果表明:粒径一定的磨屑在频率和声强适当的超声波作用下能够有效分离,从而为人工关节磨屑分离提供了一种新思路,为后续实验装置的设计与选型提供了科学依据。从现有试验设备与试验方法入手,通过对超声系统进行改进与完善使之满足金属人工关节磨屑Ti6Al4V和非金属人工关节磨屑UHMWPE两类人工关节磨屑在超声条件下分离试验的要求。自主研制了VN-1000微纳米粒子超声分离器,克服微纳米颗粒积聚沉积等现象,加速人工关节磨屑的提取分离。利用VN-1000微纳米粒子超声分离器对UMT摩擦磨损试验机和全髋关节模拟试验机收集的含钛合金Ti6Al4V和UHMWPE人工关节磨屑的润滑液进行超声作用,研究超声对模拟润滑液中牛血清蛋白的降解作用,超声对牛血清蛋白二级结构改变的影响、超声对润滑液中磨屑聚集群的分散作用和超声对过滤膜附近颗粒的弹跳作用,从理论和实验角度共同开展超声对人工关节磨屑提取分离的研究。