[發(fā)明專利]醫(yī)用人工關(guān)節(jié)球表面微織構(gòu)制備方法及加工裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810086520.7
• 申請(qǐng)日: 2018-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN108188842B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卞平艷;王躍宇;王建平;李瑜;趙波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B24B1/04
• 分類號(hào): B24B1/04;B24B37/02;B24B37/11;B24B37/34;B06B1/06
• 代理公司: 鄭州金成知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41121
• 代理人: 郭增欣

本發(fā)明公開了一種醫(yī)用人工關(guān)節(jié)球表面微織構(gòu)制備方法及加工裝置，其超聲換能器的后端與研擠刀柄連接，所述螺旋式變幅桿的前端通過雙頭螺栓與微陣列研擠頭的后端連接，所述微陣列研擠頭的前端間隔均布設(shè)置研磨柱，所述研擠刀柄隨著機(jī)床刀架或主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)微陣列研擠頭徑向進(jìn)給擠壓，超聲換能器將通過感應(yīng)線圈處輸入的電功率轉(zhuǎn)化為超聲波機(jī)械振動(dòng)形式，經(jīng)螺旋式變幅桿將振動(dòng)傳遞至微陣列研擠頭，最后作用在醫(yī)用人工關(guān)節(jié)球的表面上，加工出微織結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在關(guān)節(jié)球表面引入深度殘余壓應(yīng)力和微織結(jié)構(gòu),進(jìn)而獲得具有極高抗磨損性能的高附加值醫(yī)用鈦合金人工關(guān)節(jié)，增強(qiáng)其在生理環(huán)境下的生物摩擦學(xué)性能,提高人工關(guān)節(jié)置換的穩(wěn)定性和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種醫(yī)用人工關(guān)節(jié)球的加工技術(shù)，特別是涉及一種醫(yī)用人工關(guān)節(jié)球表面微織構(gòu)制備方法及加工裝置。

背景技術(shù)：

關(guān)節(jié)是人體承受載荷最大的生物摩擦副，各種交通安全事故、激烈運(yùn)動(dòng)和疾病等引發(fā)的人體關(guān)節(jié)損壞和病變已經(jīng)成為影響人體生命健康和生活質(zhì)量的重要因素。目前全球人工關(guān)節(jié)需求迅猛增長(zhǎng)，美國(guó)平均每年人工關(guān)節(jié)消費(fèi)量超過100萬套，產(chǎn)值超過100億美元,據(jù)測(cè)算，我國(guó)人工關(guān)節(jié)潛在需求量超過300萬套，2014年實(shí)際消費(fèi)量40余萬套，目前仍保持年均15%-20%的高速增長(zhǎng)，市場(chǎng)潛力巨大。然而，人工關(guān)節(jié)在人體內(nèi)的磨損過快、磨屑引發(fā)的“磨屑病”仍然是影響關(guān)節(jié)置換壽命的難題。2008年，由于臨床應(yīng)用后的失敗率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期，Zimmer公司主動(dòng)召回了旗下的Durom髖臼假體組件(金屬對(duì)金屬)；2010年，由于失敗率約為1/8，強(qiáng)生公司旗下的DePuy公司不得不主動(dòng)召回其ASRXL髖關(guān)節(jié)假體(金屬對(duì)金屬)，而召回公司說明召回的原因是患者出現(xiàn)了高翻修率；2012年，由于金屬毒性和較高的翻修率，Stryker公司不得不召回其Rejuvenate髖關(guān)節(jié)假體(金屬對(duì)金屬)；同年，也是由于關(guān)節(jié)翻修率高于英國(guó)國(guó)家衛(wèi)生與臨床優(yōu)化研究所所設(shè)定的翻修率基準(zhǔn)，施樂輝醫(yī)用產(chǎn)品國(guó)際貿(mào)易(上海)有限公司對(duì)髖關(guān)節(jié)置換系統(tǒng)(商品名：Birmingham)進(jìn)行了召回。

顯然，人工關(guān)節(jié)的表面質(zhì)量是能否保證其長(zhǎng)時(shí)間安全服役的關(guān)鍵指標(biāo)之一，須對(duì)人工關(guān)節(jié)表面進(jìn)行加工強(qiáng)化或改性再處理以提高疲勞強(qiáng)度、延長(zhǎng)服役壽命。因此制備具有承載抗磨、耐蝕性能并具有自潤(rùn)滑微織紋理特性的人工關(guān)節(jié)。需在人工關(guān)節(jié)表面引入微織結(jié)構(gòu)，這種微織結(jié)構(gòu)具有深度殘余壓應(yīng)力且兼顧表面微觀結(jié)構(gòu)納米化、幾何形態(tài)納米化面型精度等特點(diǎn)。

中國(guó)專利文獻(xiàn)(申請(qǐng)?zhí)?01610495238.5 )涉及一種帶微織構(gòu)的航空關(guān)節(jié)軸承及其制造方法,該發(fā)明表面微織構(gòu)是采用帶有微凸起的超聲滾壓工具滾壓關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈的外表面和外圈的內(nèi)表面，實(shí)現(xiàn)表面微織構(gòu)的成形，使關(guān)節(jié)軸承內(nèi)外表面表面粗糙度大幅度降低，金屬晶粒細(xì)化，微觀硬度提高，摩擦系數(shù)下降，由于引入壓應(yīng)力，使關(guān)節(jié)軸承的抗疲勞性能大幅提高；其次還有中國(guó)專利文獻(xiàn)(申請(qǐng)?zhí)?01710304443.3)涉及一種內(nèi)表面微織構(gòu)制備方法, 用于在工件的內(nèi)墻壁加工微織構(gòu)，運(yùn)用磨粒磨削工件內(nèi)表面加工微織構(gòu)，磨粒設(shè)于加工裝置的外表面,并隨著加工裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)加工工件的內(nèi)腔壁以形成微織構(gòu),加工效率高.但此方法加工過程中產(chǎn)生大量熱，對(duì)微織構(gòu)質(zhì)量產(chǎn)生影響。上述微織構(gòu)形成方法主要適用于板件，棒料等單一型面。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種磨損慢、使用壽命長(zhǎng)、能在表面引入深度殘余壓應(yīng)力且兼顧表面微觀結(jié)構(gòu)的醫(yī)用人工關(guān)節(jié)球表面微織構(gòu)制備方法及加工裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種醫(yī)用人工關(guān)節(jié)球表面微織構(gòu)制備方法，包括以下步驟：

a、結(jié)合醫(yī)用人工關(guān)節(jié)球表面的特點(diǎn)，建立微陣列研擠頭，在微陣列研擠頭的后端設(shè)置安裝孔，在微陣列研擠頭的前端間隔均布設(shè)置研磨柱；

b、設(shè)置超聲換能器，超聲換能器的后端與研擠刀柄連接，超聲換能器的螺旋式變幅桿的前端通過雙頭螺栓與微陣列研擠頭的后端連接，螺旋式變幅桿上設(shè)置有螺旋槽，在超聲振動(dòng)縱向分量基礎(chǔ)上引入了扭轉(zhuǎn)分量，產(chǎn)生具有特定縱扭振動(dòng)幅比的單激勵(lì)縱扭共振模態(tài)；