ZASTOSOWANIE SPIEKANYCH BIOMATERIAŁÓW ZE STALI 316L NA WĘZŁY TARCIA ENDOPROTEZ STAWU BIODROWEGO

Podobne dokumenty
WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ CRN W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH BRĄZU CuSn12Ni2 W OBECNOŚCI PREPARATU EKSPLOATACYJNEGO O DZIAŁANIU CHEMICZNYM

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH POLIAMIDU PA6 I MODARU

WPŁYW DODATKU NA WŁASNOŚCI SMAROWE OLEJU BAZOWEGO SN-150

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH BRĄZU CuSn12Ni2

METODYKA BADAŃ MATERIAŁÓW I ELEMENTÓW ENDOPROTEZ STAWU BIODROWEGO W INSTYTUCIE OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

CZTEROKULOWA MASZYNA TARCIA ROZSZERZENIE MOŻLIWOŚCI BADAWCZYCH W WARUNKACH ZMIENNYCH OBCIĄŻEŃ

Badania tribologiczne poprzecznych łożysk ślizgowych z wykorzystaniem mikro-rowków smarnych

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

Badania tribologiczne ślizgowych węzłów obrotowych z czopami z powłoką TiB 2

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

ZMODYFIKOWANE BIOMATERIAŁY METALOWE I POLIETYLENOWE STOSOWANE W ALLOPLASTYCE STAWU BIODROWEGO I KOLANOWEGO

PROCESY TRIBOLOGICZNE W WĘZŁACH RUCHOWYCH ENDOPROTEZ

BIOTRIBOLOGIA I APLIKACJE MEDYCZNE

BADANIA TRIBOLOGICZNE MATERIAŁÓW DO ZASTOSOWAŃ W TECHNICE MEDYCZNEJ

BADANIA MORFOLOGII POWIERZCHNI CHRZĄSTKI STAWOWEJ Z WYKORZYSTANIEM TECHNIKI KOMPUTEROWEJ

PRZECIWZUŻYCIOWE POWŁOKI CERAMICZNO-METALOWE NANOSZONE NA ELEMENT SILNIKÓW SPALINOWYCH

OCENA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH POWŁOK UZYSKANYCH DROGĄ METALIZACJI NATRYSKOWEJ

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI I STOPIEŃ UMOCNIENIA WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ PO OBRÓBCE NAGNIATANEM

MASZYNA MT-1 DO BADANIA WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNYCH ZE ZMIANĄ NACISKU JEDNOSTKOWEGO

Badania tribologiczne dodatku MolySlip 2001G

OPORY W RUCHU OSCYLACYJNYM MECHANIZMÓW MASZYN GÓRNICZYCH

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY WIERZCHNIEJ STALI MODYFIKOWANEJ BOREM W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

ON INFLUENCE OF DIESEL OIL SORT ON FRICTION AND WEAR PROCESSES Tarkowski Piotr, Paluch Roman Katedra Pojazdów Samochodowych Politechnika Lubelska

12/ Eksploatacja

PL B1. Politechnika Białostocka,Białystok,PL BUP 16/02. Roman Kaczyński,Białystok,PL Marek Jałbrzykowski,Wysokie Mazowieckie,PL

TRIBOLOGOCZNE I MATERIAŁOWE UWARUNKOWANIA STOSOWANIA ENDOPROTEZ

OCENA WŁAŚCIWOŚCI POWŁOK DLC STOSOWANYCH W UKŁADACH BIOTRIBOLOGICZNYCH

Produkty zużycia ciernego jako przyczyna obluzowanie implantów stawów biodrowych. Małgorzata Figurska

PROBLEMY NIEKONWENCJONALNYCH UKŁADÓW ŁOŻYSKOWYCH Łódź, maja 1997 r.

Innowacyjne rozwiązanie materiałowe implantu stawu biodrowego Dr inż. Michał Tarnowski Prof. dr hab. inż. Tadeusz Wierzchoń

WPYW STANU WARSTWY WIERZCHNIEJ NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE ŻELIWA SFEROIDALNEGO FERRYTYCZNEGO PO NAGNIATANIU

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2013/2014

ANALIZA PROCESÓW TRIBOLOGICZNYCH WYSTĘPUJĄCYCH W SKOJARZENIU PANEWKA GŁÓWKA ENDOPROTEZY STAWU BIODROWEGO

PORÓWNANIE ODPORNOŚCI NA ZUŻYCIE ŚCIERNE WYBRANYCH BIOMATERIAŁÓW METALICZNYCH PRZEZNACZONYCH NA KOMPONENTY ENDOPROTEZ ORTOPEDYCZNYCH

Wpływ dodatku Molyslip 2001E na właściwości. przeciwzużyciowe olejów silnikowych

DIAGNOSTYKA INTENSYWNOŚCI ZUŻYCIA OLEJU SILNIKOWEGO W CZASIE EKSPLOATACJI

METODYKA BADAŃ MAŁYCH SIŁOWNI WIATROWYCH

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

BADANIA NAD MODYFIKOWANIEM WARUNKÓW PRACY ŁOŻYSK ŚLIZGOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH

BADANIE WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA ŁOŻYSKA ŚLIZGOWEGO Z WYKORZYSTANIEM BILANSU CIEPLNEGO

WPŁYW TEMPERATURY NA WARTOŚĆ WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA SAMOCHODOWYCH HAMULCÓW CIERNYCH

BADANIA WŁASNOŚCI RUCHOWYCH ZDEGENEROWANYCH STAWÓW SYNOWIALNYCH

PROBLEMY NIEKONWENCJOWALNYCH UKŁADÓW ŁOŻYSKOWYCH. Łódź maja 1997 roku

STANOWISKO DO BADAŃ TRIBOLOGICZNYCH W WYSOKICH TEMPERATURACH ELEMENTÓW ŁOŻYSK Z PROSZKÓW SPIEKANYCH ZE ZMODYFIKOWANĄ WARSTWĄ WIERZCHNIĄ

ZNACZENIE POWŁOKI W INŻYNIERII POWIERZCHNI

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH SMARU PLASTYCZNEGO MODYFIKOWANEGO PROSZKIEM PTFE I MIEDZI

TOPOGRAFIA WSPÓŁPRACUJĄCYCH POWIERZCHNI ŁOŻYSK TOCZNYCH POMIERZONA NA MIKROSKOPIE SIŁ ATOMOWYCH

Badania tribologiczne powłok CrN i TiN modyfikujących warstwę wierzchnią czopa w aspekcie zastosowania w łożyskach ślizgowych

SPOSÓB WYZNACZANIA MAKSYMALNEGO PRZYROSTU TEMPERATURY W PROCESIE TARCIA METALI

LABORATORIUM PKM. Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn. Badanie statycznego i kinetycznego współczynnika tarcia dla wybranych skojarzeń ciernych

BADANIA STRUKTURY GEOMETRYCZNEJ POWIERZCHNI CERAMICZNYCH ELEMENTÓW TRĄCYCH ENDOPROTEZY STAWU BIODROWEGO

ZUŻYCIE TRIBOLOGICZNE POLIETYLENU UHMWPE STOSOWANEGO W UKŁADACH BIOTRIBOLOGICZNYCH

WPŁYW PREPARATÓW KRWI NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE SKOJARZENIA UHMWPE/STOP CoCrMo

BADANIA WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA STATYCZNEGO POLIETYLENU PE-UHMW PODDANEGO PROMIENIOWANIU JONIZUJĄCEMU

ODPORNOŚĆ STALIWA NA ZUŻYCIE EROZYJNE CZĘŚĆ II. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

ANALIZA ZUŻYCIA POLIETYLENU UHMW PE STOSOWANEGO W UKŁADACH BIOTRIBOLOGICZNYCH

Łódź, maja 1997 r. WPŁYW RODZAJU DODATKU USZLACHETNIAJĄCEGO OLEJ NA PRZEBIEG PROCESU SAMOSMAROWANIA ŁOŻYSKA POROWATEGO

Wpływ kąta ustawienia panewki endoprotezy stawu biodrowego na obciąŝenie tribologiczne pary trącej głowa-panewka

Schorzenia i leczenie schorzeń stawów/endoprotezy. Czyli: co zrobić, gdy ruszać się trudno?

Inżynieria Maszyn, 2018, R. 23, z. 1, 36 43, ISSN X EKSPERYMENTALNA METODA OKREŚLANIA MOMENTU OPORU RUCHU ŁOŻYSK SKOŚNYCH 1.

WPŁYW PALIWA RME W OLEJU NAPĘDOWYM NA WŁAŚCIWOŚCI SMARNE W SKOJARZENIU STAL ALUMINIUM

ZASTOSOWANIE TESTERA T-05 DO BADAŃ ZUŻYCIA

POPRAWA CHARAKTERYSTYK TRIBOLOGICZNYCH POLIMEROWO- -METALOWYCH WĘZŁÓW TARCIA Z WYKORZYSTANIEM MODYFIKOWANYCH POROMERYCZNYCH POWŁOK POLIMEROWYCH

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

KLASYFIKACJA PROTEZ KOŃCZYN DOLNYCH Z PUNKTU WIDZENIA ICH WĘZŁÓW TARCIA

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

WPŁYW NIEKONWENCJONALNYCH DODATKÓW: α BN, SFR I POLY TFE NA WŁAŚCIWOŚCI SMARNOŚCIOWE I REOLOGICZNE OLEJU BAZOWEGO

Podstawy Konstrukcji Maszyn

KONFOKALNY LASEROWY MIKROSKOP SKANINGOWY W BADANIACH TRIBOLOGICZNYCH

BADANIA EKSPERYMENTALNE POLIMEROWEGO ŁOŻYSKA SMAROWANEGO WODĄ OKRĘTOWEGO WAŁU ŚRUBOWEGO

Badanie wpływu wzajemnego ustawienia elementów endoprotez stawu biodrowego na wybrane parametry procesu tarcia

MIARY INTERAKCJI W OBRAZACH AFM OBSZARU WĘZŁA TARCIA

METODA OKREŚLENIA ZUŻYCIA PANEWKI W POPRZECZNYM ŁOŻYSKU ŚLIZGOWYM

ODKSZTAŁCENIE NOWEJ GENERACJI POLIMERÓW NA IMPLANTY MEDYCZNE W ŚWIETLE PRÓBY ŚCISKANIA

Zastosowanie MES do wyjaśnienia mechanizmu zużywania w węzłach tarcia

Politechnika Poznańska Wydział Inżynierii Zarządzania. Wprowadzenie do techniki tarcie ćwiczenia

NOWE MATERIAŁY NA WKŁADKI ENDOPROTEZ STAWU KOLANOWEGO

BADANIE WPŁYWU DODATKU PANTHER 2 NA TOKSYCZNOŚĆ SPALIN SILNIKA ZI

WPŁYW WARUNKÓW SMAROWANIA NA ZMIANY STRUKTURY GEOMETRYCZNEJ POWIERZCHNI ELEMENTÓW ŁOŻYSK TOCZNYCH

Teoretyczny model panewki poprzecznego łożyska ślizgowego. Wpływ wartości parametru zużycia na nośność łożyska

WPŁYW UKSZTAŁTOWANIA STRUKTURY GEOMETRYCZNEJ POWIERZCHNI STOPU TYTANU NA CHARAKTERYSTYKI TRIBOLOGICZNE POLIMERU

WYSOKOTEMPERATUROWE WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE STOPÓW Fe-Al

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

NOŚNOŚĆ POWIERZCHNI A RODZAJ JEJ OBRÓBKI

ZASTOSOWANIE POWŁOK PRZECIWADHEZYJNYCH W NARZĘDZIACH DO TŁOCZENIA

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: RBM ET-n Punkty ECTS: 3. Poziom studiów: Studia II stopnia Forma i tryb studiów: Niestacjonarne

ZUŻYCIE TRYBOLOGICZNE KOMPOZYTU NA OSNOWIE ZGARU STOPU AK132 UMACNIANEGO CZĄSTKAMI SiC

WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK SIŁOWNIKÓW UDAROWYCH Z NASTAWIANĄ OBJĘTOŚCIĄ KOMORY

88 MECHANIK NR 3/2015

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

Badania współczynnika tarcia statycznego polietylenu PE-UHMW poddanego promieniowaniu jonizującemu

WPŁYW GRUBOŚCI WARSTWY DLC NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE W TARCIU ŚLIZGOWYM

MODELOWANIE ZMIAN W STRUKTURZE GEOMETRYCZNEJ POWIERZCHNI ELEMENTÓW PAR KINEMATYCZNYCH Z TARCIEM TOCZNYM

WPŁYW RODZAJU CIECZY BAZOWEJ SMARÓW PLASTYCZNYCH NA ZUŻYCIE ZMĘCZENIOWE MODELOWEGO WĘZŁA TARCIA

ZUŻYCIE TRIBOLOGICZNE POWŁOK KOMPOZYTOWYCH Ni-P-Al 2 O 3 WYTWORZONYCH METODĄ REDUKCJI CHEMICZNEJ

ELEMENTY TRIBOLOGII Elements of Tribology. forma studiów: studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 2W, 1L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

TEORETYCZNY MODEL PANEWKI POPRZECZNEGO ŁOśYSKA ŚLIZGOWEGO. CZĘŚĆ 3. WPŁYW ZUśYCIA PANEWKI NA ROZKŁAD CIŚNIENIA I GRUBOŚĆ FILMU OLEJOWEGO

Transkrypt:

1-2010 T R I B O L O G I A 19 Małgorzata GRĄDZKA-DAHLKE *, Jan R. DĄBROWSKI *, Piotr DEPTUŁA * ZASTOSOWANIE SPIEKANYCH BIOMATERIAŁÓW ZE STALI 316L NA WĘZŁY TARCIA ENDOPROTEZ STAWU BIODROWEGO APPLICATION OF SINTERED BIOMATERIALS MADE OF THE 316L STEEL IN FRICTION COUPLES OF ARTIFICIAL HIP JOINTS Słowa kluczowe: proteza stawu biodrowego, biomateriał, panewka, stal 316L Key words: total hip replacement, biomaterial, bearing shell, 316L steel Streszczenie Wśród zagadnień biotribologii jednym z najczęściej pojawiających się problemów jest wydłużenie trwałości endoprotez stawów. Konieczność zapewnienia korzystnych parametrów tarciowych przy zachowaniu wymogów biozgodności implantów wymusza poszukiwanie nowych roz- * Katedra Inżynierii Materiałowej, Wydział Mechaniczny, Politechnika Białostocka, 15-351 Białystok, ul. Wiejska 45C, 085/ 746 92 50, e-mail: jrd@pb.edu.pl.

20 T R I B O L O G I A 1-2010 wiązań. W pracy przedstawiono koncepcję węzła tarciowego endoprotezy stawu biodrowego opartego na pracy samosmarnego łożyska porowatego. Panewka z warstwą porowatą, wykonaną z porowatego spieku ze stali 316L, powinna zapewnić niskie współczynniki tarcia i małe zużycie elementów współpracujących. Badania przeprowadzono na symulatorze tarcia stawu biodrowego. W celach porównawczych wykonano także analogiczne testy dla tradycyjnych panewek polietylenowych. Ocenę zużycia panewek przeprowadzono zgodnie z normą ISO 14242-2. Badania eksperymentalne potwierdziły słuszność koncepcji porowatego łożyska endoprotezy stawu biodrowego. WPROWADZENIE Jednym z najczęściej badanych obszarów biotribologii jest węzeł tarciowy sztucznych stawów. Wieloletnie doświadczenia pozwoliły na optymalizację konstrukcji endoprotez oraz na dobór materiałów o korzystnych cechach biofunkcjonalnych. Jednak niezadowalająca trwałość sztucznych stawów jest wciąż problemem wymuszającym poszukiwania nowych rozwiązań. Według danych literaturowych główną przyczyną niepowodzeń jest nadmierne zużycie materiałów stosowanych na elementy tarciowe endoprotez [L. 1 3]. Najczęściej dziś stosowane jest rozwiązanie stawu z metalową głową i polietylenową panewką zapewnia minimalne opory ruchu przy współczynnikach tarcia ok. 0,07 0,13 wg [L. 4]. Jednak zużycie polietylenu ocenia się na 0,2 0,5 mm rocznie, co po kilkunastu latach eksploatacji stanowi poważny problem. Dodatkowo produkty zużycia PE, migrujące do okolicznych tkanek, wywołują reakcję immunologiczną organizmu, powodując stany zapalne, a w konsekwencji prowadzą do lizy kości i obluzowania implantu [L. 5]. Stąd w ostatnim dziesięcioleciu obserwuje się wzrastające zainteresowanie endoprotezami typu metal/metal [L. 6, 7]. W takich układach współczynniki tarcia są większe (ok. 0,13 0,4 wg [L. 4]), jednak znacznie mniejsze zużycie elementów trących pozwala wydłużyć okres eksploatacji endoprotez. W Katedrze Inżynierii Materiałowej i Technologii Maszyn na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej zaproponowano nowe rozwiązanie węzła tarciowego endoprotezy stawu biodrowego. Układ tarciowy składa się z głowy wykonanej z litego stopu implantacyjnego, natomiast panewka ma budowę warstwową. Wewnętrzna warstwa, wykonana z porowatego spieku ze stali implantacyjnej 316L, zostaje nasy-

1-2010 T R I B O L O G I A 21 cona przed eksploatacją sztuczną cieczą synowialną. Rozwiązanie to, oparte na zasadzie samosmarnego łożyska porowatego, pozwala zachować film smarny pomiędzy współpracującymi powierzchniami, co w rezultacie prowadzi do znacznego zmniejszenia oporów tarcia i zużycia elementów endoprotezy [L. 8, 9]. W ramach niniejszej pracy przeprowadzono badania tribologiczne prototypowej panewki na symulatorze tarcia stawu biodrowego, podczas których mierzono współczynniki tarcia i zużycie panewki. Przeprowadzono także badania porównawcze dla układu z tradycyjną panewką polietylenową. MATERIAŁY I METODYKA BADAŃ Badano prototypowe panewki z warstwą porowatą ze stali implantacyjnej 316L oraz w celu porównania tradycyjnie stosowane panewki wykonane z polietylenu wysokocząsteczkowego UHMW PE. Badania tribologiczne wykonano z wykorzystaniem symulatora tarcia stawu biodrowego (Rys. 1a). Urządzenie to pozwala odzwierciedlić dynamikę zmiennych obciążeń występujących w stawie biodrowym podczas chodu [L. 8]. a) b) Rys. 1. Widok stanowiska do badań tarciowych: a) tribometr z systemem akwizycji danych, b) układ tarciowy głowa/panewka Fig. 1. View of the friction test rig: a) tribometer with the data aquistion system, b) friction system ball/socket Badano parę tarciową głowa/panewka endoprotezy przy ruchu obrotowo-rewersyjnym (Rys. 1b). Częstotliwość ruchu wynosiła 1 Hz, maksymalna prędkość poślizgu v p max = 0,018 m/s. Obciążenie zadawane było w sposób odzerowo-tętniący, maksymalna wartość nacisków

22 T R I B O L O G I A 1-2010 p = 1 kn. W charakterze przeciwpróbki wykorzystano kulki łożyskowe o średnicy φ30 mm ze stali 316L o składzie chemicznym analogicznym do materiału panewek. Średnica powierzchni wewnętrznej panewek wynosiła φ30,1 mm. Badania przeprowadzono w środowisku sztucznej cieczy synowialnej ( Diasinolumad usum exetrum ) w temperaturze pokojowej. Czas trwania pojedynczego pomiaru wynosił 100 godzin, co odpowiada 360 000 cykli. Analizowano zmianę oporów ruchu podczas tarcia. Oceniano także zużycie panewek po pełnym cyklu badawczym. Zużycie mierzono zgodnie z metodyką ISO 14242-2:2000(E) stosowaną do oceny zużycia całkowitych endoprotez stawów biodrowych [L. 10]. Pomiary przeprowadzono na współrzędnościowej maszynie pomiarowej (WMP) MISTRAL 07 07 05 firmy Brown&Sharpe z głowicą pomiarową TP 200. Przyjęto analogiczną strategię pomiarów dla obu rodzajów panewek. WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA Na Rysunku 2 przedstawiono zmiany wartości współczynnika tarcia, rejestrowane podczas badania prototypowej panewki z metalową warstwą porowatą na symulatorze tarcia. Jak widać, opory ruchu w tym wypadku są niewielkie (wartość µ = 0,1) i wykazują tendencję malejącą. Można wnioskować, że podczas tarcia powierzchnie współpracujące były oddzielone filmem smarnym, zabezpieczając powierzchnie przed zużyciem adhezyjnym. Rys. 2. Zmiany współczynnika tarcia podczas badania panewki z metalową warstwą porowatą Fig. 2. Variations of the friction coefficient during test of the bearing shell with a metal porous layer

1-2010 TRIBOLOGIA 23 Rys. 3. Widok powierzchni roboczej prototypowej panewki z warstwą porowatą przed i po badaniach tarciowych Fig. 3. View of the working surface of the prototype bearing shell with a porous layer before and after friction test Mikroskopowy obraz powierzchni roboczej panewki potwierdza brak widocznych śladów zużycia (Rys. 3). W głębi panewki po tarciu widoczny jest jedynie ciemniejszy obszar, powstały w wyniku nagromadzenia cieczy smarowej. W cieczy zebranej po zakończeniu eksperymentu zaobserwowano tylko nieliczne rozdrobnione produkty zużycia. Na Rysunku 4 przedstawiono zmianę topografii powierzchni panewki z metalową warstwą porowatą po badaniach tarciowych na symulatorze tarcia. Wynik ten jest różnicą pomiędzy współrzędnymi punktów na powierzchni roboczej panewki przed i po tarciu. Jak widać, maksymalna wysokość nierówności wynosi ok. 0,05 mm. Zmiany te są wynikiem zużycia materiału panewki, ale także odkształcenia plastycznego ziarn porowatego metalu wskutek działających obciążeń, o czym świadczy skupienie największych nierówności w środku badanej powierzchni. Pozwala to wnioskować, że wartość zużycia liniowego panewek jest niewielka. W celach porównawczych przeprowadzono analogiczne badania z tradycyjnymi panewkami polietylenowymi. Wyniki przedstawiono na Rysunkach 5 i 6. Wartość współczynnika tarcia kształtowała się na poziomie m = 0,17 0,12, co potwierdza dane literaturowe [L. 4]. Natomiast obraz powierzchni roboczej po tarciu wskazuje, że po 360 tys. cykli zaczęły pojawiać się pierwsze oznaki zużycia. Na całej powierzchni widoczne są liczne nierówności, których ostre zakończenia mogły powstać w wyniku destrukcji wierzchniej warstwy polietylenu na skutek zmęczeniowych obciążeń podczas badań na symulatorze tarcia.

24 T R I B O L O G I A 1-2010 Panewka nr 2 0,15 0,10 0,05 Z Data 0,00-0,05-0,10-0,15-0,20 0,03 0,02 0,01 0,00 Y D a t a -0,01-0,02-0,020-0,025 0,005 0,000-0,005-0,010-0,015 X Data -0,20-0,15-0,10-0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 Rys. 4. Topografia powierzchni panewki z metalową warstwą porowatą po badaniach tarciowych Fig. 4. Topography of the bearing shell with a metal porous layer after friction test współczynnikt tarci 0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 0 5 9 10 13 17 22 28 34 38 41 48 55 60 65 70 77 85 90 100 Czas [h] Rys. 5. Współczynnik tarcia podczas badania panewki UHMW PE Fig. 5. Friction coefficient during test of the UHMW bearing shell

1-2010 T R I B O L O G I A 25 Rys. 6. Topografia powierzchni panewki polietylenowej po badaniach tarciowych Fig. 6. Surface topography of the polyethylene bearing shell after friction tests Uzyskane wyniki potwierdziły słuszność koncepcji porowatego łożyska endoprotezy stawu biodrowego. Zastosowanie wewnętrznej warstwy z porowatej stali 316L nasyconej sztuczną cieczą synowialną zapewniło niskie opory ruchu i zużycie panewki. Współczynniki tarcia były na podobnym poziomie jak w przypadku pary metal/polietylen. PODSUMOWANIE Badano właściwości tarciowe nowych panewek endoprotezy stawu biodrowego z warstwą porowatą. Analizowano charakterystyki tribologiczne układu głowa/panewka endoprotezy i zużycie panewek. W celach porównawczych przeprowadzono analogiczne badania dla tradycyjnych panewek polietylenowych. Uzyskane wyniki potwierdziły słuszność koncepcji porowatego łożyska endoprotezy stawu biodrowego. Tarcie w układzie z panewką porowatą miało charakter stabilny przy wartościach współczynnika tarcia ok. 0,10. Podobne wartości oporów ruchu zarejestrowano w przypadku panewki polietylenowej. Maksymalna wartość zużycia panewki z warstwą porowatą wyniosła ok. 0,05 mm po 100 godzinach badań tarciowych. Podziękowania: Praca finansowana ze środków na naukę w latach 2007 2010 jako projekt rozwojowy nr R15 034 02. Autorzy wyrażają podziękowania dr inż. Małgorzacie Poniatowskiej za przeprowadzenie pomiarów zużycia panewek.

26 T R I B O L O G I A 1-2010 LITERATURA 1. Gierzyńska-Dolna M.: Problemy tribologiczne w endoprotezoplastyce. Inżynieria Biomateriałów, 1 (1997), 53 61. 2. Hall R.M., Unsworth A.: Friction in hip prostheses. Biomaterials 18 (1997), 1017 1027. 3. Marciniak J.: Biomateriały. Wyd. Politechnika Śląska, Gliwice 2002. 4. Dumbleton J.H.: Tribology of natural and artificial joints. Tribology Series 4, Els. Sc. Publ. Co, Amsterdam-Oxford-New York 1981. 5. Willert H.G., Bertram H., G.H.: Osteolisis in alloarthroplasty of the hip: the role of ultra-high molecular weight polyethylene wear particles. Clin. Orthop. Rel. Res., 258 (1990), 95 107. 6. Reinisch G., Judmann K.P., Lhotka Ch., Lintner F., Zweymueller K.A.: Retrieval study of uncemented metal-metal hip prostheses revised for early loosening. Biomaterials, 24 (2003), 1081 1091. 7. Wimmer M.A., Loss J., Nassutt R., Heitkemper M., Fischer A.: The acting mechanisms on metal-on-metal hip joint bearings: in vitro results. Wear, 250 (2001), 129 139. 8. Grądzka-Dahlke M., Dąbrowski J.R., Dąbrowski B.: Characteristic of the porous 316 stainless steel for the friction element of prosthetic joint. Wear, 263 (2007), 1023 1029. 9. Grądzka-Dahlke M.: Estimation of tribological properties of an artificial hip join cup with a porous metallic insert. 8th World Biomaterials Congress, Amsterdam 2008, CD-ROM. 10. Norma ISO 14242-2:2000(E) Implants for surgery wear of total hip joint prostheses Part 2: Methods of measurements. Recenzent: Janusz JANECKI Summary One of the most common among the biotribological issues is elongation of joint endoprosthesis durability. Necessity to ensure favourable friction parameters along with the implants biocompatibility requirements forces search for new solutions. The new conception of tribological system of hip joint endoprosthese, based on the idea of porous selflubricating bearing, was presented in this work. Hip joint cup with porous layer made of porous sintered 316L steel should ensure low friction coefficient as well as low wear of working elements. Research were undertaken on hip joint friction simulator. Similar tests were taken for traditional polyethylene cup for comparison. Wear assessment were led in accordance with ISO 14242-2. Experimental research confirmed legitimacy of the conception of porous hip joint bearing.