Studium tření a mazání kyčelní kloubní náhrady s povlakem
Loading...
Date
Authors
Balcárek, Ondřej
ORCID
Advisor
Referee
Mark
C
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Diplomová práce byla zaměřená na studium vlivů nového hydrogelového povlaku a materiálových kombinací na velikost součinitele tření a formování mazacího filmu v konformním kontaktu kyčelní kloubní náhrady. Experimenty probíhaly v konfiguraci ball-on-cup s využitím kyčelního kyvadlového simulátoru. Formování mazacího filmu bylo pozorováno za pomocí fluorescenční mikroskopie. Výsledky ukázaly, že aplikace povlaku neměla jednoznačný vliv na součinitel tření. Nicméně u párů s povlakovanou jamkou došlo ke snížení CoF přibližně o 20 %. Obecně nižší tření bylo zaznamenáno v případě aplikace keramické kloubní hlavice. Ještě překvapivější výsledky byly naměřeny v rámci analýzy mazání, kdy v případě použití kovových hlavic došlo dokonce ke snížení tloušťky mazací vrstvy. Keramické páry vykazovaly velmi stabilní chování. Kromě tření a mazání byla dále hodnocena topografie implantátů a byla analyzována jejich smáčivost. Ačkoliv by měl být polymerní povlak silně hydrofilní, povrchové vlastnosti byly ovlivněny pouze v omezené míře, což určitým způsobem objasňuje, proč nedošlo k zásadnímu zlepšení tribologického chování náhrady. Jelikož aplikovaný povlak byl již patentovaný a jeho účinnost byla jasně prokázána z hlediska snížení míry opotřebení, je vhodné se této tematice dále věnovat, přičemž větší pozornost by měla být věnována dlouhodobým experimentům. Na základě získaných dat se totiž zdá, že z krátkodobého hlediska je přínos povlaku prakticky zanedbatelný. Je však nutné vyzdvihnout, že aplikací povlaku nedošlo až na drobné výjimky ani ke zhoršení vlastností, což je důležitý výstup této práce.
The thesis focused on studying the effects of a new hydrogel coating and material combinations on the coefficient of friction and formation of lubricating film in the conformal contact of hip joint replacement. Experiments were conducted using a ball-on-cup configuration with a hip pendulum simulator. The formation of the lubricating film was observed using fluorescence microscopy. The results showed that the application of the coating did not have a clear impact on the coefficient of friction. However, for pairs with a coated cup, there was a reduction in CoF by approximately 20%. Generally, lower friction was observed when using a ceramic joint head. Surprisingly, even more interesting results were obtained in the lubrication analysis, where the use of metal heads led to a reduction in the thickness of the lubricating layer. Ceramic pairs exhibited very stable behavior. In addition to friction and lubrication, the topography of the implants was further evaluated, and their wettability was analysed. Although the polymer coating was expected to be highly hydrophilic, the surface properties were only slightly influenced, which partly explains why there was no significant improvement in the tribological behavior of the replacement. As the coating applied is already patented and its effectiveness in reducing wear has been clearly demonstrated, it is appropriate to investigate this issue further, with more attention being paid to long-term experiments. Based on the obtained data, it appears that the short-term benefits of the coating are practically negligible. However, it is important to highlight that, except for minor exceptions, the application of the coating did not lead to a deterioration of properties, which is a significant outcome of this work.
The thesis focused on studying the effects of a new hydrogel coating and material combinations on the coefficient of friction and formation of lubricating film in the conformal contact of hip joint replacement. Experiments were conducted using a ball-on-cup configuration with a hip pendulum simulator. The formation of the lubricating film was observed using fluorescence microscopy. The results showed that the application of the coating did not have a clear impact on the coefficient of friction. However, for pairs with a coated cup, there was a reduction in CoF by approximately 20%. Generally, lower friction was observed when using a ceramic joint head. Surprisingly, even more interesting results were obtained in the lubrication analysis, where the use of metal heads led to a reduction in the thickness of the lubricating layer. Ceramic pairs exhibited very stable behavior. In addition to friction and lubrication, the topography of the implants was further evaluated, and their wettability was analysed. Although the polymer coating was expected to be highly hydrophilic, the surface properties were only slightly influenced, which partly explains why there was no significant improvement in the tribological behavior of the replacement. As the coating applied is already patented and its effectiveness in reducing wear has been clearly demonstrated, it is appropriate to investigate this issue further, with more attention being paid to long-term experiments. Based on the obtained data, it appears that the short-term benefits of the coating are practically negligible. However, it is important to highlight that, except for minor exceptions, the application of the coating did not lead to a deterioration of properties, which is a significant outcome of this work.
Description
Citation
BALCÁREK, O. Studium tření a mazání kyčelní kloubní náhrady s povlakem [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2023.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
bez specializace
Comittee
prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Ivan Mazůrek, CSc. (člen)
prof. Ing. Pavel Hutař, Ph.D. (člen)
Ing. Kateřina Dočekalová, Ph.D. (člen)
Ing. Aleš Dočkal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Horák, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2023-06-20
Defence
Student prezentoval svoji práci a odpověděl na otázky oponenta:
1) V části své práce zaměřené na studium tření jste pro vyhodnocení výsledků použil script v programu MATLAB. Je tento script výsledkem Vaší práce, nebo jste použil script, který byl napsán jiným autorem? ZODPOVĚZENO
2) Čím si vysvětlujete fakt, že u hlavice vyrobené z CoCr po experimentech docházelo k mírnému nárůstu Ra u nepovlakované hlavice, zatímco u hlavice vyrobené z Al2O3 hodnota Ra vzrostla u hlavice povlakované? ZODPOVĚZENO
doc. Mazůrek – Jaká byla opakovatelnost? ZODPOVĚZENO
doc. Mazůrek – Z kolika hodnost jste průměroval výsledky? ZODPOVĚZENO
doc. Mazůrek – Jaký byl rozptyl v rámci jednoho kyvu? ZODPOVĚZENO
doc. Hutař – Měla změna měřených hodnot v rámci experimentu nějaký trend? ZODPOVĚZENO
doc. Hutař – Jak jste řešil změnu měřených veličin v rámci jednoho experimentu? ZODPOVĚZENO
doc. Hutař – Jak se choval hydrogelový povlak z hlediska různých materiálů, na který je nanesen? ZODPOVĚZENO
prof. Hartl – Jak se povlak nanáší? ZODPOVĚZENO
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení