钛涂层厚度和喷涂频次对植入物假体疲劳性能的影响研究

目的:研究钛涂层厚度和喷涂频次对植入物假体疲劳强度的影响,为假体涂层厚度确定和喷涂工艺管控提供一定的理论依据。方法:根据ASTM F1160-14要求,对300和600μm厚钛涂层的Ti-6Al-4V合金基体试样施加垂直向下的载荷,直到载荷下降时停止测试,记录各试样在测试过程中的最大极限载荷,并推算弯曲应力。之后对2种试样以正弦波形施加107次垂直向下的循环载荷,得到抗弯曲疲劳的最大弯曲应力值,以确定不同钛涂层厚度对基体疲劳性能的影响。根据ISO 7206-4:2010要求,在1次喷涂涂层和2次喷涂涂层的Ti-6Al-4V合金基体股骨柄柄部施加120~1200 N的循环载荷,记录股骨柄断裂情况与发生断裂时对应的疲劳循环测试次数,以确定钛涂层喷涂频次对股骨柄耐疲劳性能的影响。结果:300和600μm 2种厚度的钛涂层试样的极限弯曲应力差异无统计学意义(P>0.05),而且经过107次循环加载,600μm试样的最大弯曲应力比300μm试样仅降低1.5%;在120~1200 N循环载荷下,1次喷涂钛涂层的3件股骨柄通过500万次循环加载后股骨柄均未断裂,而2次喷涂钛涂层的3件股骨柄分别在循环至18万次、30万次和230万次发生断裂。结论:300和600μm钛涂层对Ti-6Al-4V合金基体的疲劳性能的影响无显著差异;与1次喷涂钛涂层的股骨柄相比,2次喷涂钛涂层的股骨柄耐疲劳性能明显降低。