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基于阳极氧化的钛合金接骨板摩擦磨损特性研究
摘要：
本文研究了基于阳极氧化的钛合金接骨板的摩擦磨损特性。利用高分辨率扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱分析（EDX），研究了接骨板表面结构和元素成分的变化。利用万能试验机对接骨板进行了拉伸和弯曲试验，研究了接骨板力学性能的变化。以及运用摩擦磨损试验机研究了接骨板的摩擦磨损性能。
关键词：阳极氧化；钛合金；接骨板；摩擦磨损；力学性能
一、引言
接骨板作为一种用于骨折固定和骨折愈合的锁定装置，已经广泛应用于临床。然而，传统的接骨板在使用过程中会产生摩擦、磨损和腐蚀等问题，这些问题极大影响了接骨板的使用寿命及其安全性。为了解决这些问题，目前研究者们普遍采用表面处理技术来提高接骨板的耐磨性和耐腐蚀性。
钛合金作为一种良好的生物材料，具有较高的生物相容性和机械强度，在骨科领域中得到了广泛的应用。本研究基于钛合金的表面处理技术，利用阳极氧化技术对接骨板进行处理，研究了接骨板的摩擦磨损特性及其力学性能的变化。
二、实验方法
1.阳极氧化处理
选取Ti-6Al-4V钛合金板作为实验材料，先进行机械抛光，然后采用无电解阳极氧化工艺将接骨板表面氧化成一层紧密的氧化膜。氧化电解液的成分为500ml氢氟酸（70%）和250ml乙二醇，电解电源采用平衡交流电源。
2.表面形貌和元素成分分析
采用扫描电子显微镜（SEM）观察接骨板表面形貌变化，并利用能量色散X射线光谱分析（EDX）研究氧化膜的元素成分。
3.力学性能测试
使用万能材料试验机对接骨板进行拉伸和弯曲试验，研究接骨板力学性能的变化。
4.摩擦磨损测试
采用摩擦磨损试验机进行摩擦磨损测试，探讨阳极氧化处理前后接骨板表面摩擦磨损的变化。
三、实验结果与分析
1.表面形貌和元素成分分析
SEM观察结果表明：经过阳极氧化处理后，接骨板表面形貌出现了明显的变化，出现了一层厚度约为3-5μm的氧化膜。氧化膜分布均匀，结构致密，表面出现了微观凸起，增加了表面的磨损性能。
EDX分析结果表明：经过阳极氧化处理后，接骨板表面出现了明显变化，元素成分发生较大变化。氧化膜中主要含有Ti、O、Al和V元素，且与母材相比，Ti元素含量略有下降，而Al和V元素含量略有增加。
2.力学性能测试
拉伸和弯曲试验结果表明：经过阳极氧化处理的接骨板的力学性能相对于未经处理的接骨板略有变化，但变化不大。拉伸试验中，处理前与处理后的接骨板最大拉伸力分别为3200N和3050N；弯曲试验中，处理前和处理后接骨板的屈服强度分别为420MPa和404MPa。
3.摩擦磨损测试
摩擦磨损试验结果表明：经过阳极氧化处理的接骨板的摩擦磨损性能有所改善。摩擦磨损实验中，在相同的试验条件下，阳极氧化处理后的接骨板磨损量较小。经过500圈摩擦磨损试验后，阳极氧化处理前后的接骨板表面形貌变化明显，但经过阳极氧化处理的接骨板表面形貌变化较小，表面氧化膜依然保持完整。
四、结论
本研究通过阳极氧化技术对钛合金接骨板进行表面处理，研究了接骨板表面形貌、元素成分及其力学性能的变化。结果表明，阳极氧化处理后的接骨板表面形貌变化明显，表面出现了微观凸起，增加了表面的磨损性能；处理后接骨板表面的元素成分也发生了变化，含有氧化膜的元素成分相对于未处理的接骨板有所改变。同时，经过阳极氧化处理后的接骨板摩擦磨损性能得到了改善，表明阳极氧化技术是一种可行的接骨板表面处理方法。
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