随着我国社会人口老龄化问题的日趋严重,髋关节炎患者基数逐年升高,人工髋关节假体的市场需求量逐渐增大。目前常用的金属材料配副的髋关节假体存在重量大、耐腐蚀性差以及易向人体释放重金属离子等缺点,从而限制了人工髋关节的置换效果以及使用寿命。PEEK(聚醚醚酮)材料由于具备良好的生物相容性、耐磨、耐腐蚀性等优点,近年来逐渐被专家建议作为CoCrMo等金属材料的替代物,但以PEEK材料作为髋关节球头材料以及其在髋关节假体中锥颈界面配合稳定性问题目前尚未有文献报道。因此,本文针对PEEK材料作为髋关节假体球头材料和髋关节假体锥颈部位存在的微动损伤问题,开展其锥颈材料间的切向微动、扭动微动以及微动腐蚀等行为的实验研究,利用有限元方法对PEEK型人工髋关节锥颈部位的微动规律进行研究,从而提出改善PEEK型人工髋关节锥颈部位微动损伤的方法。本文通过实验探究了PEEK/Ti6Al4V接触副间的切向微动运行规律以及损伤机理。结果表明,PEEK/Ti6Al4V接触副间的切向微动处于部分滑移区时对应的工况为较大的法向载荷以及较小的微动幅值;而处于完全滑移区时对应的工况为较小的法向载荷以及较大的微动幅值。摩擦系数稳定值随着法向载荷的增大而减小,随着微动幅值的增大呈先增大后减小的趋势。在小幅值与大载荷条件下,Ti6Al4V损伤轻微,而PEEK磨损区域呈现明显的塑性变形迹象,损伤主要是塑性变形。在大幅值与小载荷条件下,Ti6Al4V与PEEK磨损区域均呈现密集的划痕,损伤较为严重,损伤机制主要以磨粒磨损为主。PEEK/Ti6Al4V配副的磨损主要产生于PEEK试样,而CoCrMo/Ti6Al4V配副的磨损主要产生于Ti6Al4V试样。两种材料配副方式造成的体积磨损量处于同一数量级,但CoCrMo/Ti6Al4V配副在小牛血清中出现明显的腐蚀迹象。微动腐蚀实验表明,PEEK/Ti6Al4V配副下的微动腐蚀电流远小于CoCrMo/Ti6Al4V配副,而腐蚀电位明显高于CoCrMo/Ti6Al4V配副,且CoCrMo/Ti6Al4V配副在润滑介质中会释放更多种类和数量的金属离子,金属离子总释放量达到了PEEK/Ti6Al4V配副的4.19倍,说明PEEK型人工髋关节在锥颈部位具有更好的抗腐蚀性。PEEK/Ti6Al4V接触副间的扭动微动在较小扭动幅值条件下运行于部分滑移区,在较大扭动幅值条件下运行于完全滑移区。摩擦扭矩稳定值随扭动幅值的增大呈先上升后下降的趋势,随法向载荷的增大呈逐渐上升的趋势,而当量摩擦系数随法向载荷的增大呈逐渐下降的趋势。试样磨损区域中心以黏着磨损为主,而磨损区域边缘由于材料间相对滑移距离较大而产生明显的磨痕与犁沟,磨损机制以磨粒磨损为主。锥颈界面的微动仿真结果表明,PEEK型人工髋关节在锥颈部位的微动量最大值达到了CoCrMo型髋关节假体的3.3倍,但其随着球头装配力的增大呈急剧下降的趋势,在装配力达到4kN时,最大微动幅值与微动功的变化均趋于平缓。随着患者体重的增大,PEEK型髋关节假体锥颈微动幅值增大明显,当患者体重从标准体重上升到3/2倍标准体重时,对应的微动最大值上升80.65%。随着患者行走步幅的增大,PEEK型髋关节假体锥颈微动幅值相应增大,当步幅增大到3/2倍标准步幅时,对应的微动量最大值上升8.06%;而当步幅减小到2/3倍标准步幅时,微动量最大值则减小17.74%。PEEK型人工髋关节假体锥颈部位微动量随锥度、球头直径以及锥颈界面粗糙度的增大而减小,随锥颈尺寸的增大而增大,其中增大球头尺寸对减小锥颈界面微动幅值的作用最大。将球头直径从28mm增大到30mm时,对应的微动最大值随之减小16.13%。相对于优化锥颈部位各结构参数,在PEEK球头内镶嵌CoCrMo锥套对改善PEEK型人工髋关节锥颈微动的效果更为显著,该锥套设计将锥颈固定界面分为球头/锥套固定界面与锥套/股骨柄固定界面两部分,其相对于原始无锥套PEEK型人工髋关节球头/股骨柄界面间的微动最大值分别减小了61.29%与67.74%。