DLC涂层在骨科医疗器械髋臼锉上的应用研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xing_h0576
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髋臼锉作为髋关节置换手术中的关键器械,用来磨削骨质重建髋臼窝的功能保证假体的准确植入。在手术中刃齿容易磨损,导致手术时间延长以及植入物假体后过早松动的问题,通过锉体刃齿结构的优化,问题依旧存在,因此,结合类金刚石(Diamond-like Carbon,缩写DLC)涂层材料在工业切削刀具上应用的经验,对髋臼锉采用DLC膜层涂覆表面的应用可行性进行相关的探究很有意义。本文研究了采用涂覆DLC涂层的手段提高了髋臼锉的耐用性及其在医疗其器械上的耐腐蚀性能。主要工作如下:(1)根据现有镀膜设备具有的沉积膜层的功能,通过对不同沉积方式的DLC涂层性能进行分析,特别是磁控溅射以及等离子增强气相沉积方法及特点进行了探究,确定了研究实验中采用过渡层的实验方法。(2)利用Abaqus有限元分析软件,采用3D仿真的手法对涂层后的髋臼锉进行了切削仿真,分析了髋臼锉切削刃齿的温度和应力分布变化情况。仿真结果显示,带有涂层的切削刃齿能降低切削温度以及切削应力。(3)采用磁控溅射沉积法与等离子体增强化学气相沉积法相结合的方法,通过设计梯度过渡层的DLC薄膜,对薄膜的各项性能进行了检测,并对涂覆了DLC涂层的髋臼锉产品进行了耐腐蚀性、锋利度和耐久性测试与分析,结果显示多层过渡层的DLC涂层对髋臼锉综合性能具有显著的改善。结果表明,通过Cr、CrN、a-C为多元梯度过渡层的膜层结构,采用磁控溅射、等离子增强气相沉积的相结合的方式制备,在髋臼锉表面涂覆的Cr/CrN/a-C/a-C:H薄膜,表现出优良的综合性能。通过对仿皮质骨以及新鲜牛胫骨进行模拟手术切削测试,使用寿命较不涂层髋臼锉提高了2-4倍的使用寿命。
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