人工骨頭用材料の先進的サイマル表面改質加工プロセスの研究

人工股骨头材料先进模拟表面改性加工研究

基本信息

批准号：
17760112
负责人：
片平和俊
金额：
$ 2.24万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760112/
关键词：
研削加工表面改質生体材料酸化

项目摘要

現在,金属系インプラント材料としては,ステンレス鋼やTi合金,Co-Cr合金などが用いられているが,体重の約5倍程度の負荷が加わると言われる大腿骨・人工骨頭部には摺動性・耐摩耗性に優れたCo-Cr合金が多く用いられている.この部位に使用されるCo-Cr合金には優れた耐食性・耐摩耗性・腐食疲労特性等が要求されるうえ,化学的安定性を向上させるためにも,その表面には鏡面上の仕上がりが望まれる.本研究は大腿骨・人工骨頭部に使用されるCo-Cr合金のさらなる高品位化に際して,一層の精度と表面機能の両立を達成するため,"サイマルプロセス(同時工程内)"でナノ精度加工と所望の表面機能(耐食性,耐摩耗性,生体適合性)を付与するという,革新性の高い独創的な表面改質加工技術の開発を目指す.本申請では,新しいナノ表面加工におけるサイマル表面改質加エプロセスを用いたバイオインプラント材料の高機能化を最終目的とし,この実現に向けて,以下の2つの項目を重要な柱として研究期間内に実施している.1.人工骨頭用素材Co-Cr合金のナノ表面加工における先進的サイマル表面改質加工プロセスの確立2.生体内環境をシミュレートした材料評価システムによる摩擦摩耗・腐食挙動の解明具体的には,人工骨頭用Co-Cr合金に対する表面仕上げ法として超精密研削法を適用するための第一段階として,加工面の詳細な観察および分析を行った.その結果,#8000砥石による最終仕上げ加工によって,算術平均粗さRaで7nmという極めて良好な加工面粗さが得られた.さらに,アルミナ研磨材に比べてELID研削材は優れた表面硬さ,細胞毒性を示しており,その原因はELID研削がもたらすクロムの酸化現象および窒素の拡散現象であると示唆された.

目前，常用的金属植入材料有不锈钢、钛合金、钴铬合金等，这些零件要求使用的钴铬合金具有优异的耐腐蚀性和耐磨性。耐腐蚀、耐磨、腐蚀疲劳性能等。为了提高稳定性，表面具有镜面。这项研究旨在提高股骨和人工骨头中使用的钴铬合金的质量，并使用同步工艺（在同一工艺内）实现更高的精度和表面功能。我们的目标是开发一种高度创新和原创的表面改性加工技术，提供所需的表面功能（耐腐蚀、耐磨、生物相容性）。最终目标是利用甲烷提高生物植入材料的功能性，为了实现这一目标，在研究期间正在实施以下两项作为重要支柱： 1. 用于人造骨头的钴铬材料建立用于合金纳米表面加工的先进模拟表面改性工艺 2. 使用模拟体内环境的材料评估系统阐明摩擦磨损和腐蚀行为具体来说，我们将研究用于人造股骨头的钴铬合金的表面。作为整理方法作为应用超精密磨削方法的第一步，我们对加工表面进行了详细的观察和分析。结果，使用#8000砂轮进行的最终精加工过程实现了极其良好的加工，算术平均粗糙度为7纳米。此外，与氧化铝磨料相比，ELID磨料表现出优异的表面硬度和细胞毒性，并且认为其原因是ELID磨料带来的铬氧化现象和氮扩散现象。