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摘要
人工关节常承受数倍于人体体重的载荷,在一年内经历几百万次往复运动,极易发生疲劳磨损,本研究针对目前人工关节耐磨性差和使用寿命短的问题,开展软硬交替仿生人体关节组织的功能涂层结构设计、制备成型及摩擦学性能研究。从关节软骨的多尺度软/硬结合组织特性出发,利用激光加工技术、热氧化处理技术及表面涂层技术,构建软硬交替类似于蜂窝组织的复合涂层,并系统研究了构建的仿生复合涂层的微观形貌、组分结构及摩擦磨损性能,揭示其在各种条件下的摩擦磨损机理和抗磨失效机制。研究发现,该仿生功能化涂层具有极好的抗磨承载能力、耐磨性能和较低的摩擦系数,可显著提高人工关节的耐磨寿命和服役性能。同时,本研究针对机械接触部件（比如齿轮和刀具等）的机械力学和耐磨性差等问题,开展了多层掺杂金属氮化物薄膜的结构设计调控、成型工艺优化及机械力学与摩擦学性能的研究,揭示了TiAlN/W2N合薄膜的多层结构及调制层厚度对薄膜的相结构、形貌、机械力学性能和不同条件下的摩擦磨损性能的影响及影响规律,揭示了纳米晶Cu掺杂对MoN薄膜的形貌结构、机械性能及摩擦学性能的影响机制,在金属氮化物复合薄膜的制备工艺参数-涂层结构形貌-涂层机械力学及摩擦学性能之间建立了联系,为其实际应用提供有效的理论指导,在制备工艺-涂层结构-性能之间建立了联系。
- 单位
