Во время процесса спекания керамика подвергается объемному сжатию и, таким образом, она далека от удовлетворения высоких требований формы и точности геометрических размеров. Чтобы удовлетворить этим требованиям, процессы механической обработки, такие как притирка, доводка, хонингование или полирование с алмазами являются необходимыми процессами окончательной обработки для получения функциональных поверхностей. Свойства подвергнутых механической обработке поверхностей по большей части решающие для функциональности узлов. До сих пор связь между процессом механической обработки и функциональностью узлов не была полностью известна. Тем не менее зависимость между рельефом поверхности и ее шероховатостью была создана в результате недавно проведенных исследований и промышленных разработок.

Определение топографии поверхности

Подвергнутые механической обработке поверхности геометрически не точны; они включают погрешности формы, волнистость и шероховатость. Направленные процессы обработки вызывают направленную, рифленую шероховатость поверхности. Как правило, направление шероховатости поверхности перпендикулярно направлению обработки; но становится выше, чем параллельней направление обработки. Однако, керамика показывает такие свойства так же как и другие менее ломкие или пластичные материалы. Алмазные порошки в процессе механической обработки вызывают пластичные деформации, а так же мелкие насечки на обработанной поверхности.

Определение целостности поверхности

В добавление к внешней топографии и материальной микроструктуре, на свойства узлов в процессе механической обработки влияют такие факторы как прочность и трибологические свойства. Что касается обработанной поверхности, существуют более существенные параметры для наблюдения, чем геометрические свойства, то есть равномерность, критерии или шероховатость. На механические и/или трибологические свойства механически обработанных узлов по существу влияют процесс механической обработки, потому что внешний слой заготовки изменяется благодаря взаимодействию инструмента и материала. Поверхностные свойства узлов, в результате механической обработки, стали очень важным фактором, необходимым для понимания связи процесса обработки и работоспособности узлов. Чтобы отделить выражение «поверхностная целостность» и установить границы влияния на другие свойства заготовки, необходимо его определить.

Подповерхностный слой

Недра заготовки должны быть определены как объемная часть заготовки, которая является под влиянием процесса механической обработки. Глубина этого слоя зависит от процесса получения заготовки. Фон Вайнграбер подразделил поверхности на внутренний и внешний пограничные слои как показано на рисунке 3.35.

Рисунок 3.35 - Внутренние и внешние слои компонента

На внешней стороне поверхность покрыта очень тонким слоем, в котором атомы и молекулы кроме внутренних сил подвергаются и внешним силам. Хотя удельная масса этого слоя очень мала по сравнению с остальным объемом, внешняя энергия этого слоя определяет много физических процессов. Его толщина может быть определена аналитически либо с помощью химической характеризации. Внутренний слой обработанной заготовки, который называется ядром, определяет функциональные свойства. По сравнению со всей структурой тела этот слой может чередоваться.

Целостность поверхности и ее классификация

Поверхностная целостность покрывает внутренние эффекты процесса механической обработки. Она включает наиболее удаленные слои, свойства которых заметно отличаются от основного материала. Рис. 3.36 показывает внешнюю обработанную поверхность и недра, а также схематически физические и технологические свойства: главным образом, свойства обработанных поверхностей.

Рисунок 3.36 – Свойства поверхностных слоев в обработанной детали

Американский стандарт для поверхностной целостности классифицирует поверхностные изменения по основным способам, которые их производят:

- механический,

- металлургический,

- химический,

- тепловой,

- электрический.

Эта функциональная классификация не может дифференцировать причину и следствие поверхностной целостности. 'Поверхностная целостность' определяется свойствами той поверхности, которая при механической обработке находилась под влиянием физических и химических факторов. Геометрические свойства объекта также включаются независимо от того, произведены ли они физическим или химическим путем. Материальные дефекты, такие как поры, трещины, материальные излишки или отклонения от формы вызванные остаточными напряжениями также могут быть такими геометрическими свойствами. Поверхностные свойства материала сгруппированы по геометрическим, физическим, и химическим свойствам. Физические свойства поверхностного слоя могут быть разделены на фундаментальные физические группы. На функцию узла влияют геометрические трещины и дефекты, образованные под механическим воздействием, а также структура материала. Структура недр образовывается с помощью химических эффектов, которые вызываются физическими свойствами материала, и характеризуется размером зерна, границей зерна, структурой, дислокациями или твердостью. Обычно, это может быть проанализировано при помощи металлургии или ceramography. Строго говоря, твердость зависит от метода измерения и является больше технологической, чем физической особенностью.

Шероховатость

Качество поверхностной топографии - шероховатость поверхности – может быть определено как отклонение от геометрически идеальной поверхности. Наиболее распространенная система измерения шероховатости поверхности – анализ пятна контакта или оптические системы измерения. Рисунок 3.41 показывает наиболее общие данные шероховатости: Rz, Rp, Rq, Rmax и Ra. Rz является высотой неровностей профиля по 5 точкам. Среднее арифметическое отклонение профиля Ra, среднеквадратичное отклонение профиля R, Rp – высота сглаживания (расстояние от линии выступов до средней линии в пределах базовой длины).

Рисунок 3.41 – Характеристика поверхности

В прошлом эндопротезирование тазобедренного сустава предлагалось в основном людям старше 60 лет: пожилые пациенты менее активны, поэтому имеют меньшую нагрузку на искусственные суставы, чем молодые, физически активные люди, а значит, искусственные суставы людям в возрасте дольше служат.

В последние годы ситуация изменилась. Врачи обнаружили, что эндопротезирование тазобедренных суставов может быть успешным и у более молодых людей. Новые технологии улучшили эндопротезы, позволяя им выдерживать гораздо большие нагрузки.