Zr-2.5Nb-HXLPE配副的髋关节磨损测试及磨屑特征分析

作     者：熊芹 张亚丽 史文 刘瑞娟 杨抒 靳忠民 XIONG Qin;ZHANG Yali;SHI Wen;LIU Ruijuan;YANG Shu;JIN Zhongmin

作者机构：西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所四川成都610031 嘉思特医疗器材(天津)股份有限公司天津市骨植入物界面功能化与个性研究企业重点实验室天津300190 

出 版 物：《润滑与密封》 (Lubrication Engineering)

年 卷 期：2025年第50卷第1期

页      面：50-60页

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52275215,52035012) 四川省自然科学基金项目(2022NSFSC1940) 

主　　题：锆铌合金 高交联聚乙烯 磨损测试 磨屑分离 磨屑特征 

摘      要：传统人工髋关节为钴铬钼-超高分子量聚乙烯配副,其聚乙烯磨屑导致的无菌性松动是假体失效的重要原因。氧化锆铌合金(Zr-2.5Nb)综合了金属和陶瓷的优点,作为新型人工髋关节假体材料能有效减少聚乙烯的磨损,从而延长人工关节假体的使用寿命。为揭示新型人工髋关节假体材料Zr-2.5Nb的磨损机制,针对氧化锆铌合金-高交联聚乙烯配副(Zr-2.5Nb-HXLPE),在髋关节模拟机上进行500万次的磨损循环测试,利用酶化法分离提取得到不同磨损周期下润滑液中的HXLPE磨屑,并进行磨屑特征分析。磨损测试结果表明,HXLPE内衬的体积磨损率为(8.21±4.34)mm^(3)/million cycles,HXLPE内衬的磨损形貌多为抛光和点蚀,并伴有多方向的划痕和犁沟。磨屑分析结果表明,磨屑数量基本在10^(10)量级;磨屑尺寸均为微纳米级别,主要集中在0~0.4μm范围内,小部分在0.4~1.0μm内,极少磨屑尺寸大于1.0μm;磨屑形状以圆状和椭圆状居多,纤维状磨屑较少。Zr-2.5Nb-HXLPE配副的磨损机制主要为黏着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损,其中黏着磨损占主导地位。