Влияние технологических факторов на структуру и механические свойства компонентов эндопротезов из титанового сплава ВТ20

• Автор: Поляков, Олег Алексеевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 231 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Состояние вопроса

1.1. Анатомические особенности и биомеханические характеристики тазобедренного сустава.

1.2. Физикомеханичсские и деформационные характеристики костных структур

1.3. Конструктивные особенности и требования, предъявляемые к

эндопротезам тазобедренного сустава.

1.4. Характеристики материалов, применяемых в конструкциях высоконагруженных имплантатов.

1.5. Титан и сплавы на его основе как приоритетный материал для

компонентов эндопротезов

1.6. Возможности улучшения эксплуатационных характеристик эндопротезов из титановых сплавов при применении новых технологий их обработки.
1.7. Заключение по литературному обзору и постановка задачи
исследования
Глава II. Объекты и методы исследования
2.1. Объекты исследования.
2.2. Методы исследования
Глава III. Обоснование требований к структуре и механическим
свойствам материалов ножек бедренных компонентов эндопротезов.
3.1 Особенности конструкций бедренных компонентов
эндопротезов бесцементной фиксации
3.2. Выбор и экспериментальное определение физикомеханических параметров системы имплантаткость.
3.3. Компьютерное моделирование напряженнодеформированного
состояния биомеханической системы бедренная кость ножка эндопротеза бесцементной фиксации.
3.3.1. Биомеханика бедренного компонента бесцементной фиксации эндопротеза ИмплантЭлит Про
3.3.2. Биомеханика бедренного компонента бесцементной фиксации эндопротеза Ильза.
3.4. Требования к механическим свойствам и параметрам
конструкции ножек эндопротезов
Глава IV. Исследование объемной структуры и механических свойств заготовок ножек бедренных компонентов эндопротезов из сплава ВТ, полученных по различным технологиям
4.1. Структура и свойства литых фасонных заготовок из сплава ВТ.
4.2. Структура и свойства заготовок из сплава ВТ, полученных из катаных плит.
4.3. Влияние режимов термической обработки на объемную структуру и механические свойства литых и деформированных заготовок из сплава ВТ.
4.3.1. Влияние режимов термической обработки на структуру и механические свойства фасонных отливок из сплава ВТ.
4.3.2. Влияние режимов термической обработки на структуру и механические свойства деформированных заготовок из сплава ВТ
4.4. Исследование взаимодействия титанового сплава ВТ с водородом
4.5. Разработка режимов термоводородной обработки для преобразования структуры фасонных отливок из сплава ВТ.
4.6. Анализ влияния микроструктуры на механические свойства титанового сплава ВТ и оптимизация технологий обработки литых и деформированных заготовок ножек бедренных компонентов эндопротезов тазобедренного сустава
Глава V. Исследование влияния структуры поверхности заготовок из сплава ВТ после различных технологических операций обработки на комплекс эксплуатационных свойств ножек эндопротезов
5.1. Исследование микрогеометрии и структуры поверхности заготовок из сплава ВТ после механической обработки и их влияния на механические свойства
5.2. Исследование структуры и свойств заготовок из сплава ВТ с нанесенным пористым покрытием.
5.3. Исследование структуры и свойств заготовок из сплава ВТ с различной микрогеометрией поверхности, подвергнутых вакуумному ионноплазменному азотированию.
5.4. Разработка рекомендаций по построению технологических процессов производства ножек бедренных компонентов эндопротезов ИмплантЭлитПро и Ильза.
Выводы по работе
Список литературы


Нагрузка на бедренную головку может изменяться по величине и по направлению в широких пределах в зависимости от места расположения или перемещения центра тяжести надсуставной части тела. Биомеханическая схема нагружения головки бедренной кости при нормальной ходьбе приведена на рис. В тазобедренном суставе движения осуществляются вокруг трх главных осей фронтальной ось У, сагиттальной ось X и вертикальной ось X 1. Рис. Плечо бедра и угол шейки продольная ось тела человека Ор 0 механическая ось конечности биологическая ось бедренной кости ОзОз ось шейки бедренной кости А плечо офсет бедра Ь длина бедра а угол наклона биологической оси к механической р угол шейки бедренной кости Я дуга Адамса. Рис. Биомеханическая схема нагружения головки бедренной кости при прямохождении. Вокруг фронтальной оси происходит сгибаниеразгибание нижней конечности. При согнутом колене оно максимальное и составляет величину . В этом случае нижняя конечность может быть прижата к животу. При разогнутой в колене конечности движение ограничено связками и составляет . Вокруг сагиттальной оси совершается отведениеприведение ноги. Величина приведения в среднем составляет , а отведения . Вокруг вертикальной оси может осуществляться вращение нижней конечности внутрь и наружу. В норме внутренняя ротация составляет величину , а наружняя ротация . В настоящем обзоре приведены средние величины объма движений в тазобедренном суставе. Цикл нагрузки со стороны мышц и связок на головку бедренной кости в тазобедренном суставе приведен на рис. Вертикальная составляющая Рг равнодействующей силы Я имеет наибольшую величину и изменяется от 0,4 до значения, в 5,4 раза превышающего массу тела, а сила Ру достигает максимального значения 0,6 от массы тела. Равнодействующая сила см. Составляющая силы Рх см. Составляющая силы Ру см. Составляющая силы Р2 см. Рис. Нагрузки, действующие на головку бедренной кости со стороны мышц и связок в различных фазах шага. Однако, при согнутом положении бедра, например сидение на корточках, подъем по лестнице, интенсивный бег, на сустав могут воздействовать значительные ротационные нагрузки. Так, величина ротационного момента при подъеме по лестнице составляет ,1 Нм, а при беге со скоростью 8 кмчас ,3 Нм. Физикомеханические и деформационные характеристики костных структур 3. Область упругой деформации кортикального слоя костной ткани бедра в направлении, перпендикулярном оси ограничена МПа. Предельная прочность бедренной кости зависит от толщины кортикального слоя и растт с е увеличением. Несущая способность костной ткани определяется в основном е прочностью в направлении, параллельном оси конечности. Изза неравномерности толщины измерение прочности кости затруднительно. Предел прочности при разрушении кортикального слоя бедренной кости составляет в среднем 7 МПа. Внутреннее пространство метафизов крупных костей представлено губчатой костью спонгиозой. При рассечении метафиза обнаруживается картина вскрытых мелких ячеек, заполненных костным мозгом. Ячейки, освобожднные от костного мозга не отличаются высокой прочностью и могут быть легко разрушены даже при незначительных нагрузках. В замкнутом же пространстве бедренной кости спонгиоза передат через себя большие силовые потоки, диспергируя их равномерно по несущей конструкции трубчатой кости. Несущая способность спонгиозной кости бедренного компонента в области упругих деформаций ограничена 1,4 МПа. Предельная несущая способность спонгиозы бедра в направлении перпендикулярном оси равна 3,1 МПа. МПа. Эпифизы костей, образующих поверхности сустава, покрыты хрящом. Механические и деформационные характеристики суставного хряща обеспечивают пожизненную функцию сустава. В случае поражения хряща начинаются трибологические осложнения в суставе. Возрастает сопротивление скольжению. Установлено, что механические и деформационные свойства хряща колеблются в широком диапазоне. Предел прочности при сжатии лежит от до МПа. МПа. Перелом шейки бедра является одной из основных причин протезирования тазобедренного сустава. Предельные компрессионные нагрузки вдоль бедра, приводящие к перелому шейки колеблются в пределах от 2,2 до ,6 кН.