一种可降解金属的体外降解加载实验装置的制作方法

本发明涉及一种可降解金属的体外降解加载实验装置，属于材料防护装置的技术领域。

背景技术：

目前已有一些关于可降解金属的体外降解试验平台，不仅可以提供与人体体液近似的液体环境还可以模拟镁合金植入器械在人体内服役过程中受到不同形式的应力。但现有的可降解金属的体外降解试验平台仍存在一些缺陷，例如：在实验过程中，模拟骨组织的可降解金属试样在径向受力时由于夹持装置不能与其锁紧而导致当施加的拉伸载荷变大时镁合金试样易脱落，若是施加动态拉压交替载荷，当载荷频率较大时引起可降解金属棒试样断裂，由于没有保护装置则会存在空载的现象，严重的会毁坏试验平台；此外，目前大部分加载系统都是气动或者液压模式，在实验过程中当通过时间继电器来实现对可降解金属棒试样施加一定频率的动态载荷时会存在实际加载到可降解金属棒试样上的载荷滞后问题即实际加载的动态载荷的频率与预设的不符。这些问题的存在都给模拟生理应力环境的可降解金属植入器械的体外降解实验结果带来偏差。因此良好的夹持装置、准确无延迟的加载装置以及自我保护切断系统是评价可降解金属体外降解的加载装置结构设计的重要指标。

针对可降解金属植入器械降解性能关键指标的实验研究，需要一套简单适用且有效的模拟生理应力环境的加载实验装置，能够模拟人体生理应力环境对可降解金属植入器械准确无延迟的施加不同形式的应力，为建立和完善可降解金属植入器械的降解性能的检测、植入器械的优化设计提供科学的理论依据。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是提供一种可降解金属体外降解加载实验装置，该装置真实模拟可降解金属植入器械在人体体液中的服役行为，可以准确无延迟的对可降解金属植入器械施加不同形式的载荷，同时避免了实验过程中可降解金属试样脱落以及试样断裂装置不能自我保护的问题，并且载荷形式和大小、实验温度以及腐蚀介质可控，适用于不同材料、尺寸的可降解金属植入器械试件。

技术方案：本发明的一种可降解金属的体外降解加载装置包括储液槽、水浴箱、双层支撑架、加载装置；其中：所述的可降解金属的体外降解加载装置包括可降解金属棒试样、压阻式薄膜压力传感器、可动夹持装置、数据采集器、计算机、伸缩杆和电动机，其中：所述的压阻式薄膜压力传感器分别安装在上部和下部的可动夹持装置之间，可降解金属棒试样由上部和下部的可动夹持装置固定，上部的可动夹持装置固定在伸缩杆的底部，所述的压阻式薄膜压力传感器与数据采集器相连，数据采集器采集信号送计算机，加载装置中的动力引擎电动机置于双层支撑架的上部，在双层支撑架中设有水浴箱，在水浴箱中设有储液槽，在储液槽中竖直方向放置可降解金属棒试样，可降解金属棒试样的上部通过可动夹头与伸缩杆底部相连接，伸缩杆与电动机连接。

所述可降解金属棒试样直径为1mm～5mm。

所述压阻式薄膜压力传感器厚度为0.05～0.5mm，且其感测面积覆盖可降解金属棒试样的上下表面，感测点密度为1～250测点/cm²，对伸缩杆传输的载荷检测范围为0.01mpa～150mpa。

所述可动夹持装置闭合后的孔径为2～8mm。

所述可降解金属棒试样、薄膜电阻式压力传感器和可动夹持装置之间接触密实，贴合无相对滑动，在对可降解金属棒试样加载过程中不会出现脱落情况。

所述可降解金属棒试样沿横截面方向接触压阻式薄膜压力传感器上的感测点，通过由电动机驱动的伸缩杆施加在可降解金属棒试样的径向力被均匀分配，且作用在每个感测点端部的由电动机驱动的不同形式和大小的载荷通过传感器采集，当可降解金属棒试样发生断裂时，数据采集器从压阻式薄膜压力传感器采集的数据发生突变，系统的自保护系统可切断电源防止空载。

所述的储液槽，其中的腐蚀介质种类可调，储液槽内的腐蚀介质温度通过水浴箱进行调节。

有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)真实模拟可降解金属植入器械在人体液中的实际情况；与常用的模拟生理应力环境加载装置不同，本发明测量所得数据为沿可降解金属试样径向横截面均布的径向载荷作用，更真实地反应了可降解金属植入器械在人体体液中的受力情形；整个装置产生的腐蚀介质环境可以真实的模拟人体体液环境，腐蚀介质成分和温度可控。

2)该装置可以及时准确地提供并监测可降解金属试样受到的不同形式和大小的载荷，相比于现有的模拟生理应力环境的加载装置，，该装置电动动力系统可以避免气动和液压式动力系统下可降解金属植入器械试件在进行动态拉压交替载荷实验过程中的载荷滞后问题，新式可动夹头以及可降解金属试样断裂自动断电系统可以避免实验过程中出现可降解金属试样的脱落以及断裂不能自保护问题，同时压力传感器的感测点密度大，可以精确获得可降解金属试件的承载数据，并通过软件获得动态接触力分布云图，可以更直观更科学的评价可降解金属植入器械在腐蚀介质中的实际承受的载荷大小及形式变化。

3)该实验装置简单，成本低廉，适用范围广，可对不同尺寸、材质的可降解金属植入器械进行体外人体生理应力环境的降解实验，同时实验温度，腐蚀介质可以调节，具有普遍适用性。

附图说明

图1为一种可降解金属体外降解加载装置的示意图；

图2为加载装置的示意图；

图中有：储液槽1、水浴箱2、双层支撑架3、加载装置4、可降解金属试样5、压阻式薄膜压力传感器6、可动夹持装置7、数据采集器8、计算机9、伸缩杆10和电动机11。

具体实施方式

本发明提供了一种可降解金属的体外降解加载实验装置，该装置适用于在腐蚀介质中研究、测量可降解金属植入器械在不同载荷大小与形式的作用下其降解性能的变化规律。

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种可降解金属的体外降解加载实验装置，包括储液槽1、水浴箱2、双层支撑架3、加载装置4；

其中加载装置4中的动力引擎电动机11置于双层支撑架3的上层，可降解金属试样5竖直方向贯穿储液槽2通过加载装置4的可动夹头7其上部与伸缩杆11底部相连接，伸缩杆11与电动机10连接，所述的储液槽2置于水浴箱3中，整体放置在双层支撑架3的下层；

所述的储液槽1存储有腐蚀介质，并可对该实验装置内的腐蚀介质进行更换，水浴箱2调节实验装置中腐蚀介质的温度；双层支架3提供支撑与固定作用，加载装置4用于为可降解金属植入器械的体外降解实验提供不同大小和形式的载荷。如图2所示，加载装置4包括可降解金属试样5、压阻式薄膜压力传感器6、可动夹持装置7、数据采集器8、计算机9、伸缩杆10和电动机11，其中所述的压阻式薄膜压力传感器6分别安装在上、下可动夹持装置7的内部，可降解金属试样5由上、下可动夹持装置7固定，上部的可动夹持装置固定在伸缩杆10的底部，伸缩杆10与电动机11相连接，所述的数据采集器8与压阻式薄膜压力传感器6相连，并与计算机9连接。，通过相应软件可实时显示可降解金属试样与伸缩杆接触力数据，获得力的分布云图，并进行数据分析。

所述可降解金属棒试样5、薄膜电阻式压力传感器6和可动夹持装置10之间接触面光滑平整，结合紧密，无相对滑动。

所述可降解金属棒试样5直径为1mm～5mm，可动夹持装置7闭合后的孔径为2～8mm，压阻式薄膜压力传感器6厚度为0.05～0.5mm，且其感测面积覆盖镁合金棒试样5的上下表面，感测点密度为1～250测点/cm²，对伸缩杆10传输的载荷检测范围为0.01mpa～150mpa。

所述可降解金属棒试样5沿横截面方向接触压阻式薄膜压力传感器上的感测点，施加在可降解金属棒试样5上的径向力被均匀分配，且作用在每个感测点端部的力值通过传感器采集。

所述腐蚀介质种类可调，加载在可降解金属棒试样5上的载荷形式和大小可通过加载装置4调节，腐蚀介质温度可通过水浴箱2进行调节。

实施例1

如图2所示装置，选用的挤压成型的棒状az31b镁合金棒试样5，将az31b镁合金棒试样装载在可动夹持装置7上，再通过伸缩杆10连接到电动机11，利用电动机11周期性加载正、反向电流控制az31镁合金棒试样5上的载荷形式和大小，采用的腐蚀介质为模拟体液，温度为37℃，通过水浴箱2控制腐蚀介质的温度，在腐蚀介质中，az31b镁合金棒试样5随着加载载荷形式大小的变化表现出不同的降解性能，数据采集器8可以实时记录az31b镁合金棒5实际所承载的应力形式和大小，为不同大小和形式的载荷对可降解az31b镁合金棒试样5的降解规律影响研究提供科学依据。

实施例2

所用的装置与实施案例1相同，选用的试件为we43镁合金棒试样，将we43镁合金棒试样预装载在可动夹持装置7上，并通过伸缩杆10连接到电动机上，采用的腐蚀介质为模拟体液，温度为37℃，通过水浴箱2控制腐蚀介质的温度，在腐蚀介质中，we43镁合金棒试样5随着加载载荷形式大小的变化表现出不同的降解性能，数据采集器8可以实时记录we43镁合金棒5实际所承载的应力形式和大小，为不同大小和形式的载荷对可降解we43镁合金棒试样5的降解规律影响研究提供科学依据。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，本发明中通过以上实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施案例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。