第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

173 / 2020-09-20 04:56:39

PVD和PECVD工艺沉积Cr掺杂非晶碳膜的生物摩擦学性能研究

Cr掺杂,非晶碳膜,摩擦磨损,腰椎间盘

人工腰椎间盘置换术是一种治疗腰椎退行性病变的创新有效治疗方式。CoCrMo合金作为应用于人工腰椎间盘常用材料，体内长期的摩擦磨损限制人工腰椎间盘的寿命。Cr掺杂非晶碳膜近年来常用于材料表面保护领域，能够提高CoCrMo合金的摩擦学性能。在本文中，两种不同工艺的相同浓度和厚度的Cr掺杂非晶碳膜被成功沉积并用于比较在模拟体液中的生物摩擦学性能，以期选出更好的工艺。具体地，实验采用Ringer’s, Hanks 和25 wt.%小牛血清作为模拟润滑液，并用空气环境作为对比实验，Al₂O₃陶瓷球体作为对磨配副。采用SEM、AFM、Raman、XPS、硬度测量以及接触角测量对非晶碳膜的显微结构、机械性能和润湿性能进行研究。利用摩擦磨损试验机、三维白光干涉和SEM对非晶碳膜的磨损机理和磨损参数进行分析讨论。实验结果展示采用PVD和PECVD技术沉积的Cr掺杂非晶碳膜分别属于类石墨薄膜和类金刚石薄膜。采用PVD技术沉积的Cr掺杂非晶碳膜比PECVD技术沉积的具有更高的sp²/sp³ 比率和更低的硬度。然而采用PVD技术沉积的Cr掺杂非晶碳膜在模拟人体润滑液中更具有优异的润滑性能和耐磨损性能。两种Cr掺杂非晶碳膜的润滑机理均是边界润滑。因此，推荐采用PVD技术沉积的Cr掺杂非晶碳膜应用于人工腰椎间盘材料。