3D打印钛合金Ti6Al4V喷涂氮化钛涂层与超高分子量聚乙烯磨损性能研究

作者：任旭辉; 周梦林; 郑照县; 张莉^*

来源：中国医学装备, 2022, 19(12): 21-25.

• 氮化钛涂层
• 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)
• 磨损性能
• 3D打印

目的：对比3D打印钛合金(Ti6Al4V)喷涂氮化钛(TiN)涂层材料和钴铬钼(CoCrMo)合金分别与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)配副材料的磨损测试结果，验证其磨损性能可否满足人工关节的使用需求，为人工关节假体的产品设计提供参考。方法：采用销盘式试验方法，将TiN喷涂材料和市场主流的CoCrMo合金材料分别与UHMWPE配副在模拟人体温度和润滑环境下进行对比磨损测试，共进行旋转测试200万次(周期)，分别在初始测试、第33万次、第66万次、第100万次和第200万次测试5个节段结束后对测试样品的磨损量、表面粗糙度及磨损形貌进行评估。结果：与TiN喷涂材料对磨的UHMWPE材料的磨损量为(1.1±0.1)mg，显著低于与CoCrMo合金对磨的UHMWPE材料，其磨损量为(1.9±0.2)mg。Ti N喷涂材料的表面粗糙度参数中轮廓算术平均偏差(Ra)值约为0.07μm，而Co Cr Mo合金粗糙度发生了显著变化，Ra值由初始的0.007μm增加至0.59μm。相比CoCrMo合金，TiN喷涂材料表面出现的犁沟划痕数量更少，深度更浅。结论：3D打印Ti6Al4V喷涂Ti N涂层材料的磨损性能优于市场主流的Co Cr Mo合金材料，是一种有潜力的人工关节面材料组合。