2021-KJ(Z)-1-017电化学腐蚀与机械摩擦磨损在仿生环境中的交互作用机制

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2021-KJ(Z)-1-017电化学腐蚀与机械摩擦磨损在仿生环境中的交互作用机制

日期：2021年12月27日来源：中国腐蚀与防护学会分享：

获奖项目编号：	2021-KJ（Z）-1-017
获奖项目名称：	电化学腐蚀与机械摩擦磨损在仿生环境中的交互作用机制
第一完成单位：	北京科技大学
项目联系人：	岩雨
联系人电话：	13810471435
联系人邮箱：	yanyu@ustb.edu.cn
项目简介：
该项目研究了CoCrMo合金（人工关节材料）在体内摩擦磨损与腐蚀的交互作用；分析表面腐蚀产物；并利用髋关节模拟器进行原位检测分析，评价了腐蚀在生物磨蚀过程中的作用，并首次提出了生物磨蚀（biotribocorrosion)概念。该项目系统研究了CoCrMo合金在磨蚀过程中，材料表面及以下的结构演变；评价表面形成的纳米晶粒对磨蚀过程物理及化学过程的影响。在低外加电位，更多的蛋白质分子吸附在合金表面，这有利于提高摩擦膜的覆盖率和厚度，从而降低摩擦系数，进而减小表层各个深度中的摩擦剪应力，从而缓解塑性变形。高外加电位下，钝化膜的存在会阻碍和抑制位错在合金表面的湮灭，导致位错向深处发射和表层的应力集中，这也会加剧表层的塑性变形。该项目全面研究了不同形变次表面和表面能对蛋白质在CoCrMo合金上的吸附的影响；结合体外摩擦腐蚀实验，得出蛋白质在磨蚀过程中会在材料表面形成生物膜；并分析了生物膜对磨蚀过程产生的影响。通过对材料本身微观组织的分析、材料表面能的变化等方面对常用人工关节材料进行了研究，认为高碳CoCrMo合金的表面能较低，可以有效的吸附蛋白质，在摩擦力的作用下，蛋白质与金属离子结合形成金属生物膜，覆盖在材料表面。金属生物膜的覆盖造成多层表层结构的产生和引起表层产生更为严重的塑性变形。