Cu含量对激光选区熔化CoCrMoCu合金微观组织及表面摩擦磨损性能的影响

目的阐明不同Cu含量对激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备的CoCrMoCu合金微观组织的影响及其在表面摩擦磨损和腐蚀性能使役行为方面的作用。方法采用CoCrMo合金粉和纯Cu粉通过行星球磨机进行机械混合,制备了Cu质量分数为2%、4%、6%的CoCrMo/Cu混合粉末,并通过SLM技术制备相应的试样。对不同Cu含量的SLM CoCrMoCu的相组成、微观结构、硬度、摩擦磨损和腐蚀性能进行检测和分析。结果Cu含量对SLM CoCrMoCu的相组成和微观组织没有明显影响,在不同Cu含量的试样中,试样的微观组织均主要为胞状等轴晶。在力学性能方面,随着Cu含量的升高,试样的硬度先提升后降低,在含2%Cu的情况下达到最大值(429.2HV0.2),在含6%Cu的情况下达到最小值(367.7HV0.2)。CoCrMoCu的摩擦因数和磨损率随着Cu含量的升高而降低,在4%时摩擦因数和磨损率达到最低(2.7×10^(-5)mm^(3)/(N·m)),摩擦磨损性能最好。随着Cu质量分数进一步增加到6%,由于硬度降低,磨损性能下降,试样表面出现沟壑,影响Cu自润滑层的附着,磨损机制由黏着磨损向磨粒磨损转变,导致摩擦因数和磨损率增加。在腐蚀性能方面,腐蚀电位随着Cu含量的升高而升高,而腐蚀电流随着Cu含量的升高呈现先下降后上升的趋势,在4%时达到最佳的腐蚀性能。结论Cu的引入在一定范围内(2%~4%)可以有效提高CoCrMoCu合金的硬度和腐蚀性能。结合Cu的自润滑效应和类钝化效应,实现CoCrMo合金耐磨性能和腐蚀性能的协同提升。

国内全髋关节置换磨损测试及数值模拟研究进展

髋关节假体磨损及磨损颗粒所导致的无菌性松动是髋关节置换失败的重要原因.本文作者对国内髋关节磨损研究时采用的运动学与力学曲线以及针对国人测绘的相应曲线进行了差异性分析,并对国内发表的全髋关节磨损体外模拟机测试试验及结果,数值模拟模型及结果进行了总结、对比和分析.结果显示:1)国人测绘的运动学与力学曲线不能直接用于全髋关节磨损评估的加载条件,国内关节力的测量方法仍有待进一步改进;2)国内体外磨损测试的研究结论与国外发表的结论相似,但不同机构间的测试结果存在一定差异;3)国内髋关节磨损仿真研究还处于起步阶段,仿真计算得到的磨损率普遍低于体外测试结果.因此,建立基于国人行为力学的磨损评估标准、对磨损模型进行合理优化并采用有限元和骨肌多体动力学相耦合的分析方法对髋关节假体临床前磨损性能进行评估是未来的研究方向.

激光选区熔化镁合金研究进展

镁合金是最轻的金属结构材料,以其优异的力学性能和生物相容性能在航空航天、生物医疗等领域具有极大的应用潜力。与镁合金的传统制造工艺相比,激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术具有成形精度好、空间自由度高且加工周期短等优势,尤其是高性能复杂结构的镁合金构件的制造,因此拓宽了镁合金的应用前景。综述了激光选区熔化工艺参数对镁合金成形质量、组织、性能等方面的影响,并讨论了技术难题,最后展望了激光选区熔化成形镁合金的未来发展趋势。

基于可变载荷的锥颈面磨损检测系统设计

为了能够精准确定由无效磨损行为导致的锥颈面磨损位置及磨损程度,提出并设计了基于可变载荷的锥颈面磨损检测系统。以时钟配置电路作为底层电子输出元件,同时连接数据链路层主机与软核检测处理器,实现检测系统的硬件执行环境搭建。在此基础上,配置媒介工作模式,借助已成型的PHY初始化检测程序,控制GigEVision检测协议的执行状态,实现系统的软件执行环境搭建,再结合相关硬件设备结构,完成基于可变载荷的锥颈面磨损检测系统设计。对比实验结果表明,与常规FPGA型磨损检测系统相比,基于可变载荷的锥颈面磨损检测系统的UTI与STI指标数值水平更高,能够有效确定锥颈面的无效磨损行为,从而实现对锥颈面磨损位置及磨损程度的精准确定。

强直性脊柱炎的遗传学研究进展

强直性脊柱炎(AS)的特征主要有急、慢性骶髂关节炎,肌腱及韧带止点炎。目前,关于AS的病理机制的研究尚不够深入,但比较肯定的是,AS的疾病易感性很大程度上是由遗传背景决定的[1]。AS是一种病因不明的风湿性炎性疾病,表现为骶髂关节炎和韧带肌腱止点炎,主要影响中轴骨,最终导致新骨形成、骨赘及骨性强直[2]。炎性反应主要涉及免疫细胞,尤其是淋巴细胞,以及白介素17、肿瘤坏死因子α、γ干扰素及其他细胞因子等[2-3]。

基于Fatig-KJ-ECO 型动态疲劳机的股骨髁动态疲劳性能测试系统设计

考虑到传统股骨髁动态疲劳性能测试系统无法满足股骨髁动态疲劳性能测试的要求,提出了基于Fatig-KJ-ECO型动态疲劳机的股骨髁动态疲劳性能测试系统设计。根据股骨髁动态疲劳性能测试的硬件平台架构,详细设计了供电系统的工作原理,完成系统的硬件设计,基于股骨髁疲劳性能指标,计算了疲劳强度的放大系数,根据股骨髁遭受的疲劳强度和股骨髁变形的现状,修正了抵抗动态疲劳程度,通过计算出股骨髁动态疲劳性能的价值度,描述了股骨髁动态疲劳性能,利用股骨髁两侧遭受疲劳损伤压力之和,得到股骨髁疲劳损伤压力值,根据Fatig-KJ-ECO型动态疲劳机,定位了股骨髁动态疲劳的冲击力,将得到的股骨髁动态疲劳的正应力和剪应力值与股骨髁的最大抗动态疲劳性能值对比,得到股骨髁动态疲劳性能测试的结果,完成了系统的软件设计,实现了股骨髁动态疲劳性能的测试。测试结果表明,在疲劳荷载次数相同的情况下,股骨髁的疲劳性能与应力比呈非线性关系,可以应用到医学领域中。

动态疲劳机应用下的股骨髁动态疲劳自动分析方法研究

为满足股骨髁动态疲劳性能测试应用需求,通过采用动态疲劳强度描述股骨髁动态疲劳性能,并根据其动态疲劳性能测试原理,提出一种基于动态疲劳机的股骨髁动态疲劳自动分析系统,同时从硬件选型和软件设计两个方面完成了所提方法测试系统的搭建,实现了股骨髁动态疲劳性能自动分析。仿真结果表明,所提方法在PT模式下可实现静态匀速加载和动态实时力控,且控制误差精度小于2%,满足设计需求,具有一定的实际应用价值。