电场驱动下卵磷脂颗粒在织构表面的聚集与润滑

目的研究利用电场在钛合金(Ti6Al4V)与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)摩擦界面聚集的卵磷脂颗粒的润滑性能。方法制备卵磷脂分散纳米溶液,探究不同分散剂对颗粒分散度的影响。对Ti6Al4V盘表面进行织构化处理,利用电场操纵卵磷脂纳米颗粒聚集,通过扫描电子显微镜(SEM)表征颗粒聚集效果,并评价在织构化和卵磷脂润滑颗粒聚集协同处理下Ti6Al4V金属盘表面的摩擦学性能。结果将十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为分散剂,使用超声制备的纳米乳液的粒径为200~500 nm。使用激光共聚焦显微镜(CLSM)观测到在卵磷脂溶液通电后的织构表面的深度比同参数未通电织构表面的深度减小了9.9μm,证实通电后织构内部存在卵磷脂微颗粒的聚集。采用SEM观测不同电流密度下的织构盘表面发现,在大电流密度下织构盘表面整体被卵磷脂层覆盖,出现轻微氧化,表面氧化物的主要成分为金红石型TiO2,加剧了UHMWPE的磨损。在小电流密度下,卵磷脂颗粒被填充在织构内部,织构盘表面的润滑性能更佳。聚集了纳米颗粒的Ti6Al4V织构盘的润滑性能良好,其摩擦因数最低可达0.075。结论利用电场驱动卵磷脂颗粒在摩擦界面聚集,实现了预期的减摩抗磨效果。当电流密度较小时,所聚集的卵磷脂层的润滑效果更佳。

可用于人工关节润滑的水凝胶蠕变缓释性能及理论模型

针对人工关节润滑液难以定量供给导致假体表面磨损严重的问题,提出一种水凝胶关节囊结构来供给和保存关节润滑液的方法,并进行了试验探究和理论验证。首先,制备了含透明质酸琼脂糖水凝胶,在生理盐水浸润环境中对其进行了体外无侧限压缩蠕变缓释试验,得到了蠕变体积和介质释放量与压力的关系曲线,并得出蠕变体积与介质释放量的转换公式。然后,根据水凝胶的结构和性质,建立了耦合扩散和大变形理论的本构模型,在给定压力的情况下通过该模型可得到水凝胶蠕变仿真曲线,最后结合试验得到的转化公式,可推导出水凝胶介质缓释量。采用一种将试验结果与有限元建模和优化方法相结合的有限元逆向法技术,得到了试件的相关材料参数,使用该参数对不同压力下的蠕变行为进行了仿真验证,结果表明:含透明质酸琼脂糖水凝胶在恒定压力作用下蠕变缓释量正比于蠕变体积;在给定压力和作用时间的情况下,耦合扩散和大变形理论模型可以在误差允许范围内定量预测含透明质酸琼脂糖水凝胶的缓释量。该研究成果可为未来水凝胶作为人造关节囊实现人工关节定量润滑提供参考。