不同包埋材料对Ti-6Al-7Nb合金铸造性能影响的实验研究

【摘要】： 纯钛具有良好的生物相容性、耐腐蚀性、比强度高、质量轻、价格低廉等优点等,成为目前理想的牙科材料之一。然而,由于纯钛的机械强度、硬度等方面尚不能完全满足义齿支架的要求,寻求理想的义齿支架用钛合金十分必要。第一代钛合金以Ti-6Al-4V为代表,含有毒元素矾,引起了许多争议。20世纪80年代中期,瑞士开发了第二代无矾的医用Ti-6Al-7Nb合金,该合金为ISO标准化的医用钛合金,其机械性能与Ti-6Al-4V相当,耐腐蚀性与纯钛相当。近年来,尽管很多学者开发研究了第三代医用钛合金,但将其用于齿科临床还有待于进一步研究。本文选取Ti-6Al-7Nb合金,分别采用氧化镁、磷酸盐及氧化锆系钛用包埋材料,与临床常用TA2型纯钛铸造效果作比较,对比分析了铸造试件表面反应层的结构、化学成分、铸流率及适合性等指标,为临床合理选择Ti-6Al-7Nb合金的包埋材料提供实验依据。 研究内容与方法: 1.研究不同体系包埋材料对Ti-6Al-7Nb合金表面反应层结构的影响。肉眼观察氧化镁、磷酸盐及氧化锆系钛用包埋材料包埋铸造Ti-6Al-7Nb合金和纯钛铸件表面光滑度和粘砂情况,并且通过扫描电镜、能谱分析仪、金相显微镜和显微硬度仪对Ti-6Al-7Nb合金和纯钛铸件表面反应层的微观结构、元素组成、晶相结构和维氏显微硬度进行观察和检测。 2.研究不同体系包埋材料对Ti-6Al-7Nb合金铸流率的影响。采用20 mm×20 mm×0.85 mm且具有7×7格栅网的网状试样,研究Ti-6Al-7Nb合金、纯钛分别在氧化镁、磷酸盐及氧化锆系钛用包埋材料下的铸流率,并进行评价比较。 3.研究不同体系包埋材料对Ti-6Al-7Nb合金全冠适合性的影响。根据王惠芸恒牙测量统计表的数据,设计制作模拟下颌第一磨牙预备体的不锈钢代型,在此基础上分别采用不同包埋材料包埋制作Ti-6Al-7Nb合金和纯钛基底冠,并采用金相显微镜测量全冠粘固剂厚度及边缘间隙值,对其适合性进行评价。 研究结果: 1.氧化镁系包埋材料包埋铸造的试件表面光滑,基本无粘砂;氧化锆系包埋材料包埋铸造的试件表面粘砂较多。通过显微硬度、金相分析、扫描电镜及能谱分析(EDS)的方法研究结果显示:氧化镁系包埋料组试件表面反应最轻微,未见明显反应层,表面O元素及其它元素含量极少,表面显微硬度值最低;磷酸盐和氧化锆系包埋料组试件表面反应层由外向内的方向可见四层结构,为烧结层、氧化层、包埋料元素浸入层及金属基体层,并且表面烧结层和氧化层内富含O元素及包埋料中的Al、Zr、Si等元素,随深度增加,包埋料浸入层内O元素含量逐渐减少,仍有少量来自包埋料中的元素成分,直至金属基体层内这些元素才完全消失,其表面显微硬度值均较氧化镁系包埋料组试件高,且Ti-6Al-7Nb合金组与纯钛组之间变化规律基本一致。 2.铸流率结果经方差分析显示,各组试件铸流率均达到90%以上;三种包埋料包埋铸造的试件铸流率无明显差异(P0.05);纯钛组和Ti-6Al-7Nb组间无明显差异(P0.05)。 3.三种包埋料包埋铸造Ti-6Al-7Nb合金和纯钛基底冠,各点间隙均小于120μm,不论是Ti-6Al-7Nb合金还是纯钛,氧化镁和磷酸盐系包埋材料铸出试件的各测量点间隙无显著性差异(P0.05),氧化镁和磷酸盐系包埋料组与氧化锆系组之间冠边缘间隙存在显著性差异(P0.05)。 结论: 1.在对铸件表面反应层的影响方面,氧化镁系包埋材料比氧化锆系和磷酸盐系包埋材料更适合于Ti-6Al-7Nb合金。 2. Ti-6Al-7Nb合金与纯钛一样具有较高的铸流率,受三种不同体系包埋料的影响均较小。 3.在铸造全冠的适合性方面,Ti-6Al-7Nb合金应用氧化镁系包埋材料进行包埋铸造时,其精度最佳。