[发明专利]表面图案化制备低摩擦高硬度人工髋关节球头的方法

摘要

本发明涉及一种表面图案化制备低摩擦高硬度人工髋关节球头的方法，其由钴铬钼合金材料制成，特点是在人工髋关节球头表面形成图案化酒窝阵列，即在人工髋关节球头摩擦表面用激光干涉光刻制备图案化酒窝阵列，形成关节液或者组织液的小型暂存器，同时减小摩擦副之间的真实接触面积，容纳摩擦过程中产生的磨粒，达到减摩擦的目的。激光的瞬时高温，使晶粒细化，材料硬度增强，获得低摩擦、高硬度性能人工髋关节。本发明人工髋关节球头具有良好的润滑性能，能够减小人工髋关节摩擦副界面间的摩擦作用，降低摩擦。同时硬度增强，减少了磨损，优化了现有人工髋关节球头的摩擦、磨损性能。

主权项

一种表面图案化制备低摩擦高硬度人工髋关节球头的方法，由钴铬钼合金材料制成，其特征在于：在人工髋关节球头表面形成图案化酒窝阵列，即在人工髋关节球头摩擦表面用激光干涉光刻制备图案化酒窝阵列，包括以下步骤：a.对髋关节球头进行超声清洗；b.建立三光束激光干涉光路系统，刻蚀样品；c.改变三光束干涉参数，获得结构周期从纳米级到微米级可调，深度可控的周期性点阵结构；d.优化三光束干涉系统的干涉光强和曝光时间等参数，获得低摩擦高硬度性能人工髋关节球头；e.所述图案化酒窝阵列由大面积周期性微型酒窝有序阵列组成，制备的酒窝阵列周期为1‑10μm，酒窝深度为0.3‑6μm；f.调整人工髋关节球头表面酒窝阵列的周期、酒窝深度和形貌，得到低摩擦高硬度性能的表面，获得摩擦系数减少64％，硬度增强40％的优化人工髋关节；所述三光束激光干涉系统由激光器，分束，折光和整形系统组成，由激光器发出的激光，经分束、折光和整形系统分成三束相干光，会聚于人工髋关节球头表面，入射光空间角成系统中心轴对称分布，即0°、120°、240°，以5°入射角入射，通过波片和偏振片精确控制各光束的光强和偏振方向，偏振方向为TE‑TE‑TM，形成周期性光场分布结构，直接刻蚀人工髋关节球头表面形成相对应的酒窝阵列结构；光路中每一束相干光都使用了光学偏振器件，对每一束光的偏振状态和光强度分别进行调控，以提高干涉图形的对比度，使干涉图形的形状和质量更精确可控；在三光束会聚于样品前进行光束整形，整形系统放置角度依据光束的入射角度而定，使光斑能量分布更加均匀，整形成均匀光束；所用激光器输出波长为1064nm，高斯光束整形成均匀光束，曝光时间为10‑70s，激光能量密度为0.15‑0.26Jcm‑2。