[发明专利]用于模拟人工关节动态缝隙腐蚀的实验测试装置及方法

权利要求书

1.一种用于模拟人工关节动态缝隙腐蚀的实验测试装置，其特征在于，包括：聚四氟乙烯容器、试样固定座、凹型接触件和三电极电化学测试系统，所述聚四氟乙烯容器内盛放有模拟体液，用于模拟人工关节真实服役环境；所述试样固定座固定在所述聚四氟乙烯容器的底部中央位置，所述试样固定座用于固定试样，所述试样为人工关节材料；所述凹型接触件设置在试样固定座的上方，并与摩擦磨损设备连接；所述三电极电化学测试系统包括铂片对电极、Ag/AgCl参比电极以及工作电极，所述试样作为所述工作电极，所述Ag/AgCl参比电极设置在盐桥内，所述盐桥的尖端靠近但不接触所述试样，所述铂片对电极竖直放置，靠近所述试样；所述三电极电化学测试系统连接有电化学测试设备；所述凹型接触件在所述摩擦磨损设备的驱动下运动，与所述试样之间形成不同的动态缝隙及接触摩擦；

所述凹型接触件的中央设置有与凹型两侧同一平面的长方体凸起，所述凹型接触件的凹型两侧罩设在所述试样的外部，所述长方体凸起和所述凹型接触件的中间凹嵌台作用于所述试样，分别在试样上形成中央的摩擦磨损区域和周围的动态缝隙腐蚀区域。

2.根据权利要求1所述的用于模拟人工关节动态缝隙腐蚀的实验测试装置，其特征在于，所述摩擦磨损设备选用UMT-2布鲁克摩擦磨损试验机。

3.根据权利要求1所述的用于模拟人工关节动态缝隙腐蚀的实验测试装置，其特征在于，所述试样固定座为凸型台阶，一体化设置在所述聚四氟乙烯容器的底部中央位置，所述凸型台阶上设置有用于固定所述试样的凹槽。

4.根据权利要求1所述的用于模拟人工关节动态缝隙腐蚀的实验测试装置，其特征在于，所述模拟体液为生理盐水或Flank’s溶液。

5.根据权利要求1所述的用于模拟人工关节动态缝隙腐蚀的实验测试装置，其特征在于，所述凹型接触件采用聚四氟乙烯制成。

6.一种用于模拟人工关节动态缝隙腐蚀的实验测试方法，应用于权利要求1-5任一所述的用于模拟人工关节动态缝隙腐蚀的实验测试装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、制备人工关节材料的封装试样，并对试样进行前期处理；

步骤2、制备生理盐水或者Flank’s溶液一类模拟体液；

步骤3、在试样固定座中固定试样，并安装一定凹型嵌入深度的凹型接触件；

步骤4、在聚四氟乙烯容器中加入模拟体液以模拟人工关节真实服役环境，按需设置实验参数，放置三电极电化学测试系统，连接电化学测试设备，在模拟体液环境下进行动态缝隙腐蚀实验；

所述步骤4中，在模拟体液环境下进行动态缝隙腐蚀实验，具体包括：

凹型接触件在摩擦磨损设备的带动下，在试样上方做上下往复运动，在摩擦磨损设备的驱动下实现不同载荷、振幅、频率的动态实验；

凹型接触件长方体凸起作用于所述试样，形成试样中央的摩擦磨损区域，凹型接触件凹型中间嵌入部位以实现固定缝隙宽度的溶液扰动，在试样剩余区域形成动态缝隙腐蚀；

电化学测试设备监测不同缝隙宽度、不同运动方式情况下电压和电流密度的响应，分析人工关节材料的动态缝隙腐蚀行为；

步骤5、实验结束，立即将试样从所述用于模拟人工关节动态缝隙腐蚀的实验测试装置中取出，进行后续材料表面宏微观形貌的观察与分析。

7.根据权利要求6中所述的用于模拟人工关节动态 缝隙腐蚀的实验测试方法，其特征在于，所述步骤1中，制备人工关节材料的封装试样，并对试样进行前期处理，具体包括：

制备或选择用于实验测试的人工关节材料，并机加工成一定形状的样品，样品粗机械抛光去掉锈层，进行封装，再机械抛光至镜面；

其中，封装方法为：在水平面定位PVC模具和锡焊导线的试样，将按固定比例均匀混合的无水乙二胺和环氧树脂倒入PVC模具中，去除混合物中的气泡以防在试样周围产生空隙，静置，待环氧树脂混合物固定后即形成封装试样。

8.根据权利要求6中所述的用于模拟人工关节动态 缝隙腐蚀的实验测试方法，其特征在于，所述步骤3中，在试样固定座中固定试样，并安装一定凹型嵌入深度的凹型接触件，具体包括：

固定试样于凸型台阶上，试样上的导线从凸型台阶的侧面开口伸出装置外；

安装摩擦磨损测试系统，下试件为试样，上试件为凹型接触件，凹型接触件通过螺栓与摩擦磨损设备连接，凹型接触件的凹型两侧罩设在试样的外部，凹型接触件不同的凹型嵌入深度控制不同的缝隙宽度，所述凹型嵌入深度根据实验需求设置。