Moderní endoprotéza kyčelního kloubu

Abstract

Jedna z nejvýznamnějších současných diskusí v ortopedii jsou totální náhrady kloubů, zejména kyčelního a kolenního kloubu. V současnosti pouţívané materiály po dlouhodobém pouţívání mají tendenci selhávat v důsledku nesplnění některých ţivotně důleţitých poţadavků, a proto je důleţité zkoumat a vyvíjet metody, které by vlastnosti vylepšily. Tato diplomová práce zkoumala vliv laserového vytvrzování (LSP) na medicínskou slitinu Ti6Al4V. LSP je proces povrchové úpravy pro zvýšení pevnosti a spolehlivosti kovových součástí. Ukázalo se, ţe tlakové zbytkové napětí způsobené tímto procesem se akumuluje na povrchu materiálu ošetřeného LSP, jehoţ tloušťka je několik stovek mikrometrů. Změny tvrdosti měřené pomocí Vickersovy metody ukázaly závislost mikrotvrdosti na hloubce materiálu, kde je mikrotvrdost po ošetření LSP vyšší na povrchu o 12 % neţ u vzorku bez ošetření LSP a postupně klesá se vzdáleností do středu vzorku. Vlivem LSP dochází k předpokládanému zvýšení hustoty dislokací, jak se ukázalo pomocí měření doby ţivota pozitronů. LSP metoda, jak potvrdily výsledky, je slibnou metodou pro zlepšení mikrotvrdosti a zbytkového napětí v tlaku materiálu Ti6Al4V pouţívaného na endoprotézu kyčelního kloubu.

One of the most important debates in orthopaedics nowadays resolves around total joint replacements, especially of hip and knee joints. Currently used materials tend to fail after long-term use due to failure to meet certain vital requirements. It is therefore important to research and develop methods to improve the material properties. This thesis investigates the effect of laser shock peening (LSP) on a medical grade Ti6Al4V alloy. LSP is a surface treatment process which increases the strength and reliability of metal components. The compressive residual stress caused by this process is accumulated on the surface of the treated material up to a depth of several hundred micrometers. The changes in hardness measured by the Vickers method showed a dependence of microhardness on the stress depth in the material, where the microhardness after LSP treatment is 12 % higher at the surface than for the sample without LSP and decreases gradually with increasing depth. As expected, the affected layer contains enhanced density of dislocations due to LSP, as shown by positron lifetime measurements. The LSP method, as confirmed by the results, appears to be a promising method for improving the microhardness and residual compressive stress of Ti6Al4V material used for hip arthroplasty.