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在人工关节的长期使用中,磨屑已成为其失效的主要因素。本文分别以80、120、250、500kGy四种剂量对UHMWPE进行γ射线辐照及真空热处理改性。重点研究了辐照及其后处理对UHMWPE的结构和摩擦磨损性能的影响。
本文利用XRD、FTIR、凝胶含量实验等来研究辐照前后UHMWPE的分子结构、结晶状态的变化,并测量样品的显微硬度和接触角,利用INSTRON材料试验机测试样品的拉伸性能。在蒸馏水、生理盐水润滑条件下,测试改性前后UHMWPE的摩擦磨损性能,对磨面材料采用离子注入改性Ti6Al4V合金和Si3N4、Al2O3陶瓷球,通过分析摩擦过程、计算磨损率和观察磨损表面形貌来综合分析UHMWPE的磨损机制。
实验结果表明,样品的结晶度、交联度、氧化指数和显微硬度都随着辐照剂量的增加而增加,但UHMWPE的韧性和辐照后断裂伸长率却下降了,出现延性到脆性的转变。摩擦磨损实验表明,辐照后UHMWPE的磨损率减小了,真空热处理能进一步提高UHMWPE的耐磨性。随着辐照剂量的增加,UHMWPE的磨损机理发生了变化:由未辐照的粘着、塑性变形和犁沟为主,转变为微裂纹的产生和细小磨屑的脱落,即疲劳和轻微磨粒磨损为主,再变为疲劳、粘着和脆性断裂为主。