随着现代医学的发展,人工髋关节置换术成为治疗关节失效问题的主要手段。模块化的髋关节设计为医生灵活调整偏心距、组合方式等方面提供了便利。但复杂的生理环境和周期性生理载荷下使得人工关节头颈组合界面极易发生微动腐蚀,从而导致骨溶解、不良组织反应等问题。因此,研究人工髋关节头颈组合界面微动腐蚀机制具有重要的临床意义。本文以典型的Ti6Al4V、316L、CoCrMo以及Al₂O₃陶瓷四种头颈组合界面材料为研究对象,以10%的牛血清生理盐水为研究介质。分别研究了不同头颈金属配副下的电偶腐蚀行为,头颈部位三种金属材料微动腐蚀行为,以及典型头颈材料配副下的微动腐蚀行为。结合不同分析手段,揭示了髋关节头颈界面微动腐蚀损伤机理。得到以下结论:1.在电偶腐蚀试验中,Ti6Al4V合金充当阳极,316L不锈钢和CoCrMo合金则充当阴极。随着耦合时间的增加,316L不锈钢和Ti6Al4V合金以及CoCrMo合金和Ti6Al4V合金之间的电偶电流减小。316L不锈钢和Ti6Al4V合金之间的电偶电流低于CoCrMo合金和Ti6Al4V合金之间的电偶电流。316L不锈钢和CoCrMo合金由于受到阴极保护作用,耦合结束后阻抗值都得到增加,腐蚀动力学减弱,而Ti6Al4V合金充当阳极,在耦合结束后阻抗值降低,腐蚀动力学增强。2.在三种头颈金属材料微动腐蚀试验中,316L不锈钢在阳极电位0.5V和0V下位于滑移区,在阴极电位-0.6V下混合区和滑移区共存。CoCrMo合金在阳极电位0.5V和0V下分别位于混合区和滑移区,而在阴极电位-0.6V下混合区和滑移区共存。Ti6Al4V合金在阳极电位0.5V和阴极电位-0.6V下都处于滑移区,而在0V下则混合区和滑移区共存。三种金属材料在相同阳极电位下,316L的摩擦系数最大,CoCrMo合金的摩擦系数最小,而在相同阴极电位下,Ti6Al4V合金的摩擦系数最大,CoCrMo合金仍然最小。极化曲线和阻抗谱结果表明,三种金属材料在阳极极化和阴极极化下表现出不同的腐蚀特征,在阳极电位下,微动结束后316L不锈钢的再钝化速度最慢,钝化膜完整性最差,腐蚀倾向大,而Ti6Al4V合金的再钝化速度最快,钝化膜最完整,腐蚀倾向小。而在阴极电位下,Ti6Al4V合金的钝化膜完整性最差,腐蚀倾向大,316L不锈钢的钝化膜完整性最好,钝化膜最厚,腐蚀倾向小。3.在典型头颈材料配副微动腐蚀试验中,Al₂O₃陶瓷和Ti6Al4V合金配副与316L和Ti6Al4V合金配副随着载荷增加,微动区域逐渐由滑移区向混合区转变,而CoCrMo合金与Ti6Al4V合金配副则始终处于滑移区。在三种配副中,相同载荷下CoCrMo合金与Ti6Al4V合金配副下的摩擦系数最低,Al₂O₃陶瓷和Ti6Al4V合金配副下的摩擦系数最高。316L不锈钢和Ti6Al4V合金配副下,腐蚀电流密度最小,阻抗值最大,基体在微动结束后的再钝化能力最强,基体腐蚀倾向最低。而Al₂O₃陶瓷和Ti6Al4V合金配副下的腐蚀电流密度最大,阻抗值最小,再钝化能力最弱,基体腐蚀倾向最大。基于以上试验研究,316L不锈钢和Ti6Al4V合金组合下的电偶腐蚀倾向最低,且由于316L在阴极电位下拥有的良好的再钝化性能,因此可推测在316L不锈钢和Ti6Al4V合金配副下,由于316L不锈钢材料转移至基体材料,使基体材料拥有良好的再钝化性能,腐蚀倾向较低,说明选取316L与Ti6Al4V合金下的头颈配副能降低微动腐蚀的风险。影响人工关节微动腐蚀的关键在于钝化膜的形成和破坏的竞争机制,因此,在设计人工髋关节时,应注意材料及材料配副的合理选取,减小电偶腐蚀以及微动腐蚀的风险。