[发明专利]一种激光冲击微造型钛合金人工髋关节臼杯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光冲击微造型钛合金人工髋关节臼杯的方法，属于医学骨外科植入物领域。

背景技术

中国人口现在已经逐渐进入老龄化阶段，随着人体的老年化以及各种疾病、创伤对人体髋关节的影响，致使髋关节部分功能或者全部损坏失效，致使患者的行动能力严重受到限制。在现代医学上解决这一问题，通常是采用手术进行人工关节的的置换，称之为人工关节置换术。通过此方法不仅可以彻底的消除关节的疼痛，而且可以恢复关节的正常功能，使患者能够轻松自如的从事日常活动，投入正常的生活工作中。

人体的大部分活动都离不开髋关节，是负荷较大的关节之一，如日常生活中行走、坐、跑、跳都离不开髋关节。髋关节运动频率高、载荷大等特点，故临床研究发现其病变率也高。综上述髋关节的特点，人工假体髋关节拥有良好的耐磨性能是非常重要的，否则可能会由于摩擦磨损引起关节松动。在现阶段，关键性问题就是如何增强人工髋关节臼杯的耐磨性问题。

人工髋关节臼杯在髋关节中代替人体髋关节，与人工股骨球头组合形成运动以及负荷的承载面。人工髋关节臼杯主要由钛合金、陶瓷、钴铬钼合金、塑料等制造。在临床的实际应用中，人工髋关节臼杯的耐磨性能直接影响人工髋关节的性能。传统的医用钛合金改性技术中大多采用化学或热处理加工方法，如上海大学华子恺的人工髋关节杯臼(专利号：201310057757.X)，加工条件苛刻，而且采用化学处理的方法可能会引起人体组织的病变。采用等离子喷涂技术在材料表面制备涂层，能有效降低表面摩擦系数，但与基体结合强度不高容易开裂。采用离子注入技术制备改性层提高耐磨性能，但产生的磨粒中可能含有对人体有害的化学元素，引起周围组织的病变。另外，一旦人工髋关节植入人体后，由于上述缺陷导致髋关节不能够正常活动，需要对病人进行二次手术，这将给患者带来严重的痛苦和昂贵的医疗费用，因此医用钛合金人工髋关节臼杯的耐磨性能亟须解决。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种激光冲击微造型钛合金人工髋关节臼杯的方法，采用激光冲击微造型技术属于冷加工表面处理，不需要引入其他化学成分，对人体无任何副作用。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种激光冲击微造型钛合金人工髋关节臼杯的方法，该加工装置包含激光器、聚焦透镜和工作台，包括以下步骤：

(1)将钛合金臼杯底部易磨损区域抛光，然后用酒精清洗干净并干燥，在易磨损区域喷涂一层黑漆作为能量吸收层；

(2)将钛合金臼杯安装在工作台上，在能量吸收层上设有约束层，设置激光器参数，激光波长532nm，单脉冲激光能量0J<E<2J，脉冲宽度8ns，重复频率1～10Hz，光斑直径0mm<d≤1mm，激光通过聚焦透镜照射在钛合金臼杯底部易磨损区域形成微凹坑；

(3)通过移动工作平台，激光器在钛合金臼杯底面加工出微凹坑阵列，微凹坑阵列以人工髋关节臼杯的底部中心为圆心，并以垂直于人工髋关节底部并经过圆心的直线为中心线形成环形阵列；

(4)除去钛合金臼杯表面黑漆，利用超声波清洗微造型表面。

作为优选，所述步骤(2)中约束层是水，厚度为3mm。

作为优选，所述步骤(3)中环形阵列相邻环之间的距离0<L<3d。

在本发明中，加工的人工髋关节臼杯能够显著的提高医用钛合金制成的人工髋关节臼杯的耐磨性问题，并且改进了其摩擦副的润滑性能，减小了磨粒产生的可能性以及震动的产生，增加了人工髋关节的使用寿命。上述的激光冲击微造型区域主要分布在人工髋关节臼杯的内表面底部的易磨损区域，以人工髋关节臼杯的底部中心为圆心，并以垂直于人工髋关节底部并经过圆心的直线为中心线形成环形阵列，形成圆形减摩抗磨带，相邻环形带之间的距离L为0<L<3d，d为光斑直径。

本发明的原理：在人工髋关节臼杯的易磨损内表面进行激光冲击微造型，被激光冲击微造型的臼杯区域表层金属的晶粒得到了细化，晶粒的细化与耐磨性能有着直接的关系；其次激光冲击微造型的微小微凹坑可以作为关节液的存储器，防止干摩擦的产生；最后在中速或者快速走路的情况下，能够增加髋关节摩擦副内弹性流体动力润滑的发生概率。通过本发明，能够有效的提高人工髋关节臼杯的耐磨性能，防止干摩擦，增加浸润度，减小摩擦副震动的产生，增加髋关节的使用寿命。

有益效果：本发明的激光冲击微造型钛合金人工髋关节臼杯的方法，相比现有技术，具有以下优点：

1.本发明采用激光冲击微造型技术属于冷加工表面处理，不需要引入其他化学成分，对人体无任何副作用。