[发明专利]医用人工关节球表面微织构制备方法及加工装置

说明书

本发明公开了一种医用人工关节球表面微织构制备方法及加工装置，其超声换能器的后端与研挤刀柄连接，所述螺旋式变幅杆的前端通过双头螺栓与微阵列研挤头的后端连接，所述微阵列研挤头的前端间隔均布设置研磨柱，所述研挤刀柄随着机床刀架或主轴运转，带动微阵列研挤头径向进给挤压，超声换能器将通过感应线圈处输入的电功率转化为超声波机械振动形式，经螺旋式变幅杆将振动传递至微阵列研挤头，最后作用在医用人工关节球的表面上，加工出微织结构。本发明在关节球表面引入深度残余压应力和微织结构,进而获得具有极高抗磨损性能的高附加值医用钛合金人工关节，增强其在生理环境下的生物摩擦学性能,提高人工关节置换的稳定性和可靠性。

技术领域：

本发明涉及一种医用人工关节球的加工技术，特别是涉及一种医用人工关节球表面微织构制备方法及加工装置。

背景技术：

关节是人体承受载荷最大的生物摩擦副，各种交通安全事故、激烈运动和疾病等引发的人体关节损坏和病变已经成为影响人体生命健康和生活质量的重要因素。目前全球人工关节需求迅猛增长，美国平均每年人工关节消费量超过100万套，产值超过100亿美元,据测算，我国人工关节潜在需求量超过300万套，2014年实际消费量40余万套，目前仍保持年均15%-20%的高速增长，市场潜力巨大。然而，人工关节在人体内的磨损过快、磨屑引发的“磨屑病”仍然是影响关节置换寿命的难题。2008年，由于临床应用后的失败率远远超出预期，Zimmer公司主动召回了旗下的Durom髋臼假体组件(金属对金属)；2010年，由于失败率约为1/8，强生公司旗下的DePuy公司不得不主动召回其ASRXL髋关节假体(金属对金属)，而召回公司说明召回的原因是患者出现了高翻修率；2012年，由于金属毒性和较高的翻修率，Stryker公司不得不召回其Rejuvenate髋关节假体(金属对金属)；同年，也是由于关节翻修率高于英国国家卫生与临床优化研究所所设定的翻修率基准，施乐辉医用产品国际贸易(上海)有限公司对髋关节置换系统(商品名：Birmingham)进行了召回。

显然，人工关节的表面质量是能否保证其长时间安全服役的关键指标之一，须对人工关节表面进行加工强化或改性再处理以提高疲劳强度、延长服役寿命。因此制备具有承载抗磨、耐蚀性能并具有自润滑微织纹理特性的人工关节。需在人工关节表面引入微织结构，这种微织结构具有深度残余压应力且兼顾表面微观结构纳米化、几何形态纳米化面型精度等特点。

中国专利文献(申请号201610495238.5 )涉及一种带微织构的航空关节轴承及其制造方法,该发明表面微织构是采用带有微凸起的超声滚压工具滚压关节轴承内圈的外表面和外圈的内表面，实现表面微织构的成形，使关节轴承内外表面表面粗糙度大幅度降低，金属晶粒细化，微观硬度提高，摩擦系数下降，由于引入压应力，使关节轴承的抗疲劳性能大幅提高；其次还有中国专利文献(申请号201710304443.3)涉及一种内表面微织构制备方法, 用于在工件的内墙壁加工微织构，运用磨粒磨削工件内表面加工微织构，磨粒设于加工装置的外表面,并随着加工装置的转动加工工件的内腔壁以形成微织构,加工效率高.但此方法加工过程中产生大量热，对微织构质量产生影响。上述微织构形成方法主要适用于板件，棒料等单一型面。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种磨损慢、使用寿命长、能在表面引入深度残余压应力且兼顾表面微观结构的医用人工关节球表面微织构制备方法及加工装置。

本发明的技术方案是：

一种医用人工关节球表面微织构制备方法，包括以下步骤：

a、结合医用人工关节球表面的特点，建立微阵列研挤头，在微阵列研挤头的后端设置安装孔，在微阵列研挤头的前端间隔均布设置研磨柱；

b、设置超声换能器，超声换能器的后端与研挤刀柄连接，超声换能器的螺旋式变幅杆的前端通过双头螺栓与微阵列研挤头的后端连接，螺旋式变幅杆上设置有螺旋槽，在超声振动纵向分量基础上引入了扭转分量，产生具有特定纵扭振动幅比的单激励纵扭共振模态；