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1、钛合金表面处理 引言 钛在高温下易于与空气中的 O H、N 等元素及包埋料中的 Si、Al、 Mg 等元素发 生反应，在铸件表面形成表面污染层，使其优良的理化性能变差，硬度增加、 塑 性、弹性降低，脆性增加。钛的密度小， 故钛液流动时惯性小， 熔钛流动性差致使铸流率低。 铸造温度与铸 型温差 (300 C )较大，冷却快，铸造在保护性气氛中进行，钛铸件表面和内部难 免有气孔等缺陷出 现，对铸件的质量影响很大。 ?因此，钛铸件的表面处理与其它牙用合金相比显得更为重要， 由于钛的独特的理 化性能， 如导热系数小、表面硬度、及弹性模量低，粘性大，电导率低、易氧化 等，这对钛的表面 处理带来了很大的难
2、度， 采用常规的表面处理方法很难达到理 想的效果。必须采用特殊的 加工方法和操作手段。铸件的后期表面处理不仅是为了得到平滑光亮的表面， 减少食物及菌斑等的积聚 和粘附， 维持患者的正常的口腔微生态的平衡， 同时也增加了义齿的美感； 更重 要的是通过这些 表面处理和改性过程， 改善铸件的表面性状和适合性， 提高义齿 的耐磨、耐蚀和抗应力 疲劳等理化特性。、 ? 表面反应层的去除 ?表面反应层是影响钛铸件理化性能的主要因素， 在钛铸件研磨抛光前， 必须达到 完全去 除表面污染层， 才能达到满意的抛光效果。 通过喷砂后酸洗的方法可完全 去除钛的表面 反应层。 ?1.? 喷砂：?钛铸件的喷砂处理一般选
3、用白刚玉粗喷较好，喷砂的压力要比非贵金属者较小，一般控制在 0.45Mpa 以下。因为，喷射压力过大时，砂粒冲击钛表面 产生激烈 火花，温度升高可与钛表面发生反应 , 形成二次污染，影响表面质量。 时间为 1530 秒， 仅去除铸件表面的粘砂、表面烧结层和部分和 氧化层即可。 其余的表面反应层结构宜采用 化学酸洗的方法快速去除。 ?2.? 酸洗：?酸洗能够快速完全去除表面反应层， 而表面不会产生其他元素的污染。HF-HCl 系和 HF-HNO3 系酸洗液都可用于钛的酸洗，但 HFHCl 系酸洗液吸氢 量较大， 而 HiHNO 系酸洗液吸氢量小，可控制 HNO3 勺浓度减少吸氢，并可对 表面进行
4、光亮处理，一般HF的浓度在3%5%左右，HN03勺浓度在15%30左右 为宜。？、铸造缺陷的处理 ?内部气孔和缩孔内部缺陷：可等热静压技术 (hot？isostatic？pressing) 去除,？ 但对义齿的精 度会产生影响，最好用 X 线探伤后，表面磨除暴露气孔，用激光补 焊。表面气孔缺陷可直 接用激光局部焊接修补。 ？三、研磨与抛光 ？1 ？机械研磨： ？钛的化学反应性高，导热系数低，粘性大，机械研磨研削比低， 且易于 磨料磨具发生反应，普通磨料不宜用于钛的研磨与抛光，最好采 用导热 性好的超硬磨料， 如金刚石、立方氮化硼等， 抛光线速度一般为 9001800m/min. 为宜，否则，钛
5、表面易发 生研削烧伤和微裂纹。 ?2?超声波研磨： ?通过超声振动作用，使磨头和被研磨面间的磨粒与被研磨面 产生相对 运动而达到研磨、 抛光的目的。其优点在于常规旋转工具研磨不到的沟、 窝和狭窄部位变 得容易了，但较大的铸件研磨效果还不能令人满意。 ?3?电解机械复合研磨： ?采用导电磨具，在磨具与研磨面之间施加电解液和电 压，通过 机械和电化学抛光的共同作用下，降低表面粗糙度提高表面光泽 度。电解液为09NaCI,电压为5v,转速为3000rpm/min，此方法只能研磨平面，对复杂的义 齿支架的研磨还处于研究阶段。 ?4?桶研磨：利用研磨桶的公转与自转所产生的离心力， 使桶内的义齿与磨料相
6、对摩擦运 动而起到降低表面粗糙度的研磨目的。 研磨自动化、 效率高， 但只能降 低表面粗糙度而 不能提高表面光泽度， 研磨的精度较差， 可用与义齿精抛光前的 去毛刺和粗研磨。 ?5?化学抛光：化学抛光是通过金属在化学介质中的氧化还原反应而达到整平抛 光的目 的。其优点是化学抛光与金属的硬度、抛光面积与结构形状无关，凡与抛光液接触的部位均被抛光， 不须特殊复杂设备， 操作简便， 较适合于复杂结构 钛义齿 支架的抛光。 但化学抛光的工艺参数较难控制， 要求在不影响义齿精度的 情况下能够对 义齿有良好的抛光效果。较好的钛化学抛光液是HF 和 HN03 按一定比例配制，HF是还原剂，能溶解钛金属，起到
7、整平作用，浓度v10%,?HNO3起氧化作用， 防止钛的溶解过度和吸氢， 同时可产生光亮作用。 钛抛光液要求浓 度高， 温度低，抛光时间短 (12min.) 。 ?6?电解抛光：又称为电化学抛光或者阳极溶解抛光，由于钛的电导率较低，氧 化性能极 强，采用有水酸性电解液如 HF- H3PO4 HF-H2S0 系电解液对钛几乎 不能抛光，施加外 电压后，钛阳极立刻发生氧化，而使阳极溶解不能进行。但采 用无水氯化物电解液在低电 压下，对钛有良好的抛光效果，小型试 件可得到镜 面抛光，但对于复杂修复体仍不能达到 完全抛光的目的， 也许采用改变阴极形状 和附加阴极的方法能解决这一难题，还有待于进 一步研
8、究。 ?四、钛的表面改性 ?1 ?氮化：采用等离子体渗氮、多弧离子镀、离子注入和激光氮化的等化学热处 理技 术， ?在钛义齿表面形成金黄色 TiN 渗镀层，从而提高钛的耐磨性、耐腐蚀 性和耐疲劳 性。 但技术复杂， 设备昂贵， 用于钛义齿的表面改性很难达到临床实 用化。?2?阳极氧化：钛的阳极氧化技术较为容易，在一些氧化性介质中，外加电压的 作用下， 钛阳极可形成较厚的氧化膜，从而提高其耐腐蚀性和耐磨性和耐候性。 阳极氧化的电解液 一般采用H2SO4 H3PO4和有机酸水溶液。3?大气氧化：钛在高温大气中可形成较厚坚固的无水氧化膜， 对钛的全面腐蚀、 间隙腐 蚀都有效，方法比较简便。 ?五、
9、?着色 ?为了增加钛义齿的美感、 防止钛义齿在自然条件下的继续氧化的变色， 可采用表 面氮化 处理、大气氧化和阳极氧化法表面着色处理， 使表面形成淡黄色或金黄色， 提高钛义齿的 美感。 阳极氧化法利用钛的氧化膜对光的干涉作用， 自然发色， 可 通过改变槽电压在钛 表面形成多彩的颜色。 ?六、 ?其他表面处理 ?1:?表面粗化：为了提高钛与饰面树脂的粘结性能，必须对钛表面进行粗化处理，提高其粘 结面积。临 床上常采用喷砂粗化处理，但喷砂会造成钛表面的 氧化铝的污染，我们采用草 酸刻蚀的方法，得到良 好的粗化效果，刻蚀1h表面粗糙度(Ra)可达到1.50 0.30刻蚀2h?Ra为2.99 士 0.57比单独喷砂的Ra (1.42 士 0.14卩)提高一倍多，其粘结强度提高了 30%。 ?2:?抗高温氧化的表面处理：为了防止钛在高温下的急剧氧化，在钛表面形成钛硅化合物及 钛铝化合 物，可防止钛在 700 C 以上温度下的氧化。 这种表面处理对钛的高温氧化非常有效， 也许钛表面涂覆 这类化合物，对钛瓷结合有利，仍须进一步研究。 ?
