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TiN、TiCN涂层对牙科纯钛耐腐蚀性能的影响

杜锦锦  
【摘要】:背景与目的: 纯钛表面能自发形成一层TiO_2氧化膜,该层氧化膜与金属基底结合紧密而牢固,从而使纯钛具有良好的耐腐蚀性能。但是,由于口腔环境极其复杂,pH值的波动范围大,软硬食物的反复摩擦,其他离子的侵蚀以及口腔内多种细菌的粘附等都会对该氧化膜产生不利影响,进而使纯钛产生腐蚀。再者,牙科用纯钛断裂强度较低,耐磨性能较差,经长时间使用后可能会出现金属微粒磨损,最终影响义齿的使用寿命。特别是作为活动义齿的支架,其耐磨性和耐腐蚀性均受到挑战。因此,运用表面改性技术,提高纯钛在口腔内的耐腐蚀性能,已经成为了人们极为关注的研究课题。本课题运用多弧离子镀物理气象沉积技术在纯钛材料表面分别建立TiN、TiCN涂层的方法,通过表面形貌和性能的测试以及在模拟口腔环境条件下,研究TiN、TiCN涂层对纯钛耐腐蚀性能的影响。为该材料和方法在临床上的应用提供理论参考依据。 材料与方法: 选用制作活动义齿常用的牙科纯钛,随机分成A、B、C 3组,其中B、C组采用多弧离子镀物理气相沉积技术,分别在其表面沉积一层厚为2.5μm的TiN、TiCN涂层。应用场发射环境扫描电子显微镜(FESEM)观察各组试样表面形貌并进行EDX显微能谱分析;运用纳米压痕技术测试涂层的显微硬度和弹性模量;将3组试件分别置于人工唾液中,通过PARSTAT’2273电化学工作站进行极化曲线分析。采用SPSS 17.0统计软件包对数据进行t检验、单因素的方差分析及非参数检验。 结果: 1、纯钛抛光后可见其表面呈银白色的金属光泽,TiN、TiCN涂层分别呈金黄色和红褐色,表面光洁致密,色泽均匀,无起皮、鼓泡等现象。在高倍(×10 000)扫描电镜下可见,各组试件表面抛光划痕较均匀一致。经EDX分析,A组中Ti的含量为100 Wt%;B组中含有Ti和N 2种元素,C组中含有Ti、N、C三种元素。 2、纳米压痕技术测试显示:B、C组的显微硬度及弹性模量均高于A组(P 0.001),而C组又高于B组(P 0.01)。 3、电化学实验结果显示:3组试件的自腐蚀电位为A B C (P 0.05),自腐蚀电流为A B、C(P 0.01), B、C之间无明显差异(P 0.05),三者的钝化膜击穿电位关系为A B C(P 0.05)。 结论: 1、通过扫描电镜的观察可见,经TiN、TiCN涂层后的纯钛材料微结构变化不明显,EDX分析证明2种涂层顺利制备,表明该涂层技术具有高度的可靠性。 2、经TiN、TiCN涂层后的纯钛,其显微硬度及弹性模量均高于无涂层的纯钛,而TiCN涂层组又高于TiN涂层,说明TiCN涂层的致密性、耐摩擦性及耐腐蚀性能是最高的。 3、2种涂层都能提高纯钛在人工唾液中的抗腐蚀性能,但是相比之下,TiCN涂层的抗腐蚀效果比TiN涂层好。


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