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钛及钛合金铸造修复体(中)
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发表时间：2006-8-14 13:11:00
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9．3牙科铸钛机的种类及特点<br>
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目前，牙科铸钛机有多种。为便于叙述，就国内、外现销售的铸钛机按熔解氛围、熔金方式、铸造方法及坩锅类型等几个方面加以介绍。<br>
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9．3．1熔解氛围 <br>
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9．3．1．1真空方式<br>
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(1)高真空泵排除空气法<br>
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普通真空泵排除空气的能力较弱，为了能达到10-4～10-5托尔(torr)的真空度，必须使用功率较强的二级真空泵。除增加铸造机的制造成本外，还需增加排除铸造室、熔金室内空气的时间，对铸造来说是一件麻烦事。为解决这一问题，有的厂家采用缩小熔金室和铸造室的容积，取得了较好的效果。<br>
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(2)“转换”排气法<br>
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使用普通型真空泵反复排除铸造室、熔金室内空气和通人惰性气体的方法。目前大多数的铸钛机多采用此方法。通过试验得出反复排气及通人惰性气体的最初的1—3次效果最为显著，其后的效果不明显。现多数铸造系统均采取反复排气2—3次。基本上可以满足铸钛件的质量需要。<br>
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9．3．1．2惰性气体保护法<br>
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利用惰性气体保护钛熔解室内氛围的方法。尽管惰性气体不会与钛发生反应，但如果纯度达不到要求或混入较多的空气，仍会影响铸钛件的质量。为此，在采用惰性气体保护下熔解、铸造钛及钛合金之前，仍需排净铸造室、熔金室内的空气，以减少空气中氧对钛的影响。 <br>
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(1)氩气保护<br>
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即利用惰性气体氩气做为保护氛围，要求氩气的纯度必须达到99.99％以上。其特点是气源广，价格低。<br>
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(2)氦气保护<br>
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即采用惰性气体氦气做为保护氛围，由于氦气在室温下的粘性系数较氩气低90％，富于流动性,在较低的压力下即可熔解钛，有利于铸造的成功。但氦气价格较高，会使铸造成本增加。<br>
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采用高频感应熔解钛时既可使用真空方式，亦可用惰性汽体保护，但弧熔钛方式只能使用惰性气体保护。<br>
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9. 3．2熔解方式<br>
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9．3．2．1高频感应方式<br>
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利用高频交流电产生的磁场，使被熔化的金属本身产生感应电流(内涡流)，通过涡电流加热钛料的方法。特点是熔北钛料的温度较均匀，但高温下的钛溶液与坩埚接触的时间较长，易使钛料受到污染。为解决这一问题，有的厂家用了悬浮熔解法，使钛料处于悬浮状态下熔解，因而钛料不会被坩埚所污染。<br>
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9．3．2．2弧熔解法<br>
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弧熔解法是利用辅助电源使电极间发生弧放电，惰性气体产生电子和阳离子在电极间加速运动放出热电子而持续产生等离子弧，由等离子弧所产生的高热将钛料熔化。目前弧熔解法的牙科铸钛机基本上都是采用钨棒做为负极，被熔解的钛料为阳极产生弧放电法，即所谓的非消耗式电极法。由牙等离子弧所产生的温度很高，可以在较短时间内将钛料熔化。同时，此方法是从金属的上方进行加热，具有高熔钛液不与坩埚接触或接触的时间短，避免了液体钛被污染的优点。但由于弧放电是集中于某部位，当钛料量大时会出现部分熔化部分不熔化的现象，因而两极间的距离应适宜。另外还可以采取改变磁场使弧发生运动的方法来解决。<br>
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9．3．3 铸造方法<br>
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9．3. 3．1 差压式铸造法<br>
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是利用熔金室和铸造室的压差使钛或钛合金液体铸人铸型腔内的方法。其具体步骤为：熔金室处于较低惰性气体的压力下熔解钛料，而铸造室则一直处于排吸空气状态，如此形成了压差。当钛或钛合金液体铸人铸道口时，从液体钛的表面加以较大的压力，使液体钛充满铸型腔内。此种方法必须使熔金室和铸造室两室间在浇铸前严密隔绝，才能保证压差的产生。<br>
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9．3．3．2加压铸造法<br>
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在较低压力的惰性气体的保护下熔解钛料，当熔化的液体钛及钛合金流到铸道口时，从液体钛及钛合金的表面加以较高的压力，使液体钛铸入铸型腔内。此方法的关键是正确掌握好加压时间。因为加压时间过早，高气压提前流人铸形腔内影响液体钛及钛合金的注入。加压时间过晚，液体钛及钛合金已发生凝固，压力不起作用。<br>
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9．3．3. 3离心铸造法 <br>
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(1)单纯离心力铸造法<br>
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利用离心力使掖体钛及钛合金铸人铸型腔内的方法。由于钛的比重轻，要想使液体钛及钛合金能充满整个铸型腔，离心力的初速度就显得极为重要。为增加初速度，有的铸钛机则采取在熔解钛或钛合金料时，让产生离心力的马达带动铸型先旋转，待钛或钛合金料熔解后，利用离合器与高速旋转的；马达咬合起来，以高速离心力将液体钛及钛合金注入铸型腔内。离心方式目前有水平离心和垂直离心。<br>
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(2)离心力、压力铸造法 <br>
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该法是将液体钛及钛合金利用离心力注入铸型腔内时再以惰性气体在液体钛及钛合金的表面加一个较大的压力，以促使液体钛或钛合金注入铸型腔内。 <br>
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(3)离心力、抽吸、加压铸造法 <br>
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将离心力、抽吸、加压三种方式结合起来，以提高铸钛件的成功率。其方法为：在熔解钛及钛合金料时，从铸型的底部及四周进行抽吸排气，使熔解室和铸造室之间产生较大的压力差。当钛料熔化后，离心力促使液体钛注人铸型腔内的同时再从液体钛或钛合金的表面加入一个较大正压力，液体钛及钛合金在离心力、负压抽吸及液体钛或钛合金表面的较大压力的共同作用下，促使液体钛或钛合金快速的注入铸型腔<br>
内。<br>
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9．3．4坩埚类型 <br>
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9．3．4．1金属坩埚 <br>
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目前使用的金属坩埚多为铜制坩埚，且多用于弧熔解方式。 <br>
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(1)底部开口式坩埚<br>
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此种坩埚的特点是在坩埚底部设有一个使液体钛：下流的底孔，由于钛料在等离子弧的加热下，首先从钛料的顶部开始熔化，当钛料的底部熔化时，熔化的钛熔液便从下面的底孔流人铸型腔内。其优点是不会使钛熔液发生过热现象。但为了使熔化的钛液能迅速、全部注入铸型腔内，必须具有较大的正压力(或离心力)才行。同时还需根据所熔化钛料的量来合理地调整坩埚底孔的大小。<br>
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(2)分离式坩埚<br>
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当钛料熔化后，控制系统使坩埚分离成两半，液体钛从分离的坩埚下部流人铸型腔内。钛料均匀的熔化后才利于液体钛的下流，如果与坩埚接触的底部钛料熔化不完全时便开始下落，未熔化的钛料先到达铸道口会使铸道口阻塞，影响液体钛注入铸型腔内。<br>
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(3)倾斜式坩埚<br>
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当钛料熔化后，由控制系统使坩埚发生倾斜，液体钛随之注入铸型腔内。其优点是液体钛能全部瞬间流入到铸道口内，利于铸造的成功，目前差压式铸钛机基本上多采用此种类型坩埚。 <br>
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9．3．4. 2氧化铝坩埚 <br>
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主要用于高频熔金的离心铸造方式。要求坩埚的表面光洁度好，致密度高。为了防止坩埚材料污染液体钛料，需要在坩埚内壁涂布一层防止钛料受污染的膜。此类坩埚的不足之处是每铸造一次后，由于坩埚受热，坩埚内壁的保护膜被烧坏而使坩埚内壁表面粗糙，残留的钛料易被烧附在坩埚内。因此，必须更换新的坩埚，造成了铸造成本增加。<br>
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9．3．4．3高密度石墨坩埚 <br>
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用高密度的石墨加工成的钛铸造用坩埚。目前已用于弧熔解方式的铸造机上。由于钛料是从上部加热熔化，使坩埚底部易受污染的钛料在未熔化时就将已熔化的液体钛利用离心力注入铸型腔内，较好地解决了坩埚材料污染钛料的问题。此种类型的坩埚在国产LZ—Ⅱ牙科铸钛机上数百次的试验，证明效果良好。由于高密度石墨坩埚造价低，可以反复使用，降低了铸造成本。<br>
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牙科铸钛机通过近十余年的研制开发，已经能较好地满足牙科铸钛的要求。因而有学者认为今后的研究重点应放在提高铸造成功率，即熔模制作、浇铸道的设置等方面，充分发挥铸钛机的能力和作用。<br>
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9．3. 5国产髋—Ⅱ型牙科铸钛机的使用及注意事项<br>
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9．3．5．1国产髋—Ⅱ型牙科铸钛机的特点<br>
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该机应用惰性气体保护下的孤熔解金属方式，并通过离心力、铸型底部及周边的负压抽吸及当液态金属浇注到铸道口时施加于液态金属表面一个较大的惰性气体正压力，以促使液体钛或钛合金能迅速有效地注满整个铸型腔内。<br>
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该机在设计时充分考虑到了牙科铸件的大小，同时能有效的在较短的时间使熔金室和铸造室形成较高的真空度、便于两室的压差形成及节约惰性气体的使用量，熔金室和铸造室体积设计得非常小。<br>
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该机为了便于工作和检修，设置了自动、手动两套操作系统，使用方便、安全、准确。整个铸造过程按事先编好的程序输入该机的控制系统内，极大的简化了操作步骤。整个铸造过程只需按动一次按纽，铸造工作即可自动完成。<br>
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针对牙科铸件的大小不同需采用不同重量的合金块这一特点，该机设置了可调节式熔金时间调节器，满足了不同重量的合金熔化要求。该机最大熔金量可达40g。<br>
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为了提高铸造初速度，该机采用了机械储能方式。即熔金到一定时间后，电机提前旋转，很好进入正常转速(1300转／分钟)，当合金熔化达到预定时间前数秒时停止输入惰性气体，以减少熔金室保护气体的浓度，降低产生内部缺陷的可能因素，又不影响电孤继续熔金。当达到熔金规定时间后，提前旋转的电机利用离合器的瞬间咬合使旋转离心臂快速旋转。旋转臂开始旋转时，熔金电极才自动切断电源，这样就确保了液体钛一直处于良好的流动状态，能快速流注到铸型腔内。<br>
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9．3．5．2操作步骤<br>
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(1)开启电源，预热3—5分钟。打开惰性气体输入阀门。从烤箱中取出铸型，称量后放人铸造室内，调整其位置。<br>
(2)在熔金室的坩埚内放置适当重量的钛或钛合金锭，调整钨极与铸锭之间的距离，使之在4.5—5mm之间。<br>
(3)在熔金室与铸造室之间的隔离板上放置密封圈。<br>
(4)关闭熔金室与铸造室之间的锁紧装置，旋紧铸造室的铸型紧固旋纽，使铸型与隔离板紧密接触，形成各自封闭的熔金室和铸造室。<br>
(5)调整旋转臂的平衡法码，使旋转臂两端达到平衡。<br>
(6)根据钛锭的重量调整熔金时间调节器后，即可按动自动熔金按纽，此时该机按预定程序开始工作。<br>
(7)当铸造完成，离心臂停止转动后，打开铸造机门，旋松铸型紧固旋纽，打开熔金室与铸造室之间的锁紧装置，取出铸型，放置冷水中急冷铸件(根据需要，也可待其自然冷却)。<br>
(8)用镊子取出存留在铸造室坩埚内的残余钛料，整个铸造工作即可完成。<br>
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如需反复铸造时，重复上述相关程序即可。<br>
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9．3．5．3使用中应注意的事项<br>
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(1)注意检查电极尖端情况，使电极的尖端随时处于尖锐状态，以利引弧。<br>
(2)注意调整好平衡配重。<br>
(3)机器在工作时应注意观察下列指标。<br>
真空度≥—0.095MPa。<br>
惰性气体的压力：熔化合金时0.08—0.1MPa，<br>
铸造时0.3—0.4MPa。<br>
起弧是否正常，电流是否控制在230—250A。<br>
如发现任何一项不正常时均应及时调整，必要时停机检 查后再行工作。<br>
(4)禁止在未放置铸型及密封垫的情况下输人氢气，以免损坏真空表。 <br>
(5)禁止在旋转臂未停止转动前重复起动引弧装置。<br>
(6)禁止超过规定电流长时间熔化合金。<br>
(7)两次铸造间，应间隔一定时间(5—10分钟)，以免烫坏铸造室与熔金室的密封橡胶圈。<br>
(8)每次铸造后应及时取出铸型及残留在坩埚内的钛料，必要时清洁熔金室内的残渣及沾附于隔离板上的包埋料残渣。<br>
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9．4钛及钛合金铸造修复体的制作．<br>
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为了便于叙述，本节只重点介绍钛及钛合金冠桥修复体汲铸造支架的铸造技术。<br>
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9．4．1冠桥修复体的工艺流程<br>
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制作可卸代型模型——制作熔模——熔模的清洗——制作铸型——铸型的烘烤及焙烧——铸造——喷砂处理——切割铸道——酸处理——研磨——抛光——完成。<br>
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9．4．2铸造支架的工艺流程<br>
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工作模型的测绘、设计——工作模型的前期准备——复制印模——翻制耐火材料模型——耐火材料模型的表面处理——制作熔模——安插铸道——制作铸型——铸型的烘烤与焙烧——铸造——喷砂——切除铸道——酸处理——研磨一一抛光——完成。<br>
<br>
通过上述的工艺流程可以看出，其制作的基本步骤与常规的冠桥、铸造支架制作工艺并无多大区别。其差异主要是在熔模的厚度、排气道的设置、铸道的安插方式、铸件的研磨工艺等方面。下面分别加以叙述。<br>
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9．4．3熔模的厚度<br>
<br>
由于钛及钛合金的比重明显轻于现用的牙科合金，液化后流动惯性小。为确保液态金属能充分注满型腔的各个部位，冠桥熔模及铸造支架熔模制作时均应注意防止过薄，特别是采用室温铸造时，冠桥熔模的厚度不宜少于0.7mmo铸造支架的熔模厚度亦应≥0.7mm。卡环熔模不宜过细。特别是网状结构不宜采用过细的蜡网，作者建议使用厚度≥0.7mm蜡网或蜡线来成型。<br>
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9．4．4排气道的设置<br>
<br>
由于在铸人钛及钛合金液体时即产生凝壳，随同液态金属卷人的空气难以从凝壳内脱出。为此，排气道的设置愈显得重要。不同类型的铸造机设置排气道的方式略有差异。采用离心铸造时，一般需在卡环末端、支架熔模靠近铸造口的最外端、网状结构的边缘以及流铸方向发生改变的部位设置排气道或储气球。、差压式铸造时，则需在卡环末端、支托末端、支架最远端及流铸方向发生改变的部位设置较大的储气球。<br>
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9．4．5铸道设置<br>
<br>
钴铬合金铸造时，铸道设置的要求一般应使熔模远离热中心。使用的铸道蜡线多为圆柱形，安插的形式多采用反插法或正插法。而钛铸造时，由于所使用的包埋料种类、包埋料含氧化物多少、铸型的铸造温度以及铸钛机种类不同而有所差异。钛及钛合金的冠熔模多采用3mm的铸道，而桥的熔模多采用3mm、4mm、5mm的蜡线形成栅栏式铸道，且铸道应尽量短。对于铸造支架采用离心铸造时，多采用侧插法安插铸道，即铸道设置在熔模的边缘。采用差压铸造时，多采用正插法，亦可采用侧插法。采用低温铸造或室温铸造时，可不考虑热中心的影响，尽量使熔模靠近浇注口，以利于钛及钛合金掖以最快的速度流注至铸型腔的所有部位。铸道的形式可采用圆柱形的粗铸道(直径≥4mm)，亦可采用扇形铸道。当设置数根分铸道时应将各铸道尽量集中，不要过于分散，必要时亦应考虑设置盲管。<br>
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9．4．6铸型的形式<br>
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多数铸钛机具有抽真空的功能，因而铸型制作时，需制作成无圈铸型(如果用有圈铸型时，应考虑到能从铸型下部抽吸气体)。同时，由于铸钛机的类型不同，铸型的外形亦应有差异。如TICASTSVPER型铸钛机，其铸型外形要求制作成扁平状。Yoshida型铸钛机则要求将铸型制作成特殊的异形。<br>
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9．4．7铸型烘烤焙烧的温度及铸造时铸型的温度要求<br>
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使用磷酸盐系及改良式磷酸盐系钛用包埋料制作铸型时，一般烘烤焙烧最高温度多在900～1200℃，而铸造温度多在室温20—400C的范围内，目的是降低铸型温度，减少与钛件的氧化反应层厚度。氧化铝、氧化镁系包埋料铸型的烘烤焙烧温度多在850一1050℃，而铸造温度是室温20—700℃范围。氧化锆系包埋料制作的铸型其烘烤焙烧温度多在900～1100℃，铸造温度是600—700℃范围。氧化钙系包埋制作的铸型，其烘烤焙烧温度多在850—950℃，铸造温度是400～600℃。以上的铸型烘烤焙烧温度及铸造时的铸型温度是根据包埋料的性质而决定的，但不是绝对的；在实际工作中应按厂商提供的指标进行烘烤焙烧及铸造。<br>
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9．4．8铸型的冷却方式<br>
<br>
从目前的研究及第四军医大学口腔医学院临床应用结果看，为防止液体钛与包埋料之间产生较厚的污染层，采用铸造后速冷是有效可行的方法之一。通过对130余例临床病例应用情况来看，无一例是由速冷而产生变形，而且钛铸件与组织的适合性、精度均好于钴铬合金铸造支架。<br>
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9．4．9铸件的表面处理方法<br>
<br>
钛及钛合金铸件表面处理方法是否得当，将直接影响铸件表面的光亮度、耐腐蚀性及机械强度。对钛及钛合金铸件表面处理的重视程度应不亚于对钛及钛合金的铸人率。<br>
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9．4．9．1钛及钛合金铸件表面处理工艺流程<br>
<br>
铸件从铸型中脱出一喷砂一切除铸道、排气道及储气球一酸处理一粗研磨一细研磨一抛光处理一清洗一完成。<br>
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9．4．9．2喷砂处理<br>
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不论采用何种包埋料制作的铸型所铸造出的铸件，其表面均不同程度的存在着一定厚度的污染层。反应层能否得以完全去除，不仅关系到铸件能否达到镜面光洁度，而且与铸件的机械性能有着很大关系。试验结果证明：当钛及钛合金铸件表面的污染层未去除干净时，其脆性明显增加。因而去除钛及钛合金铸件表面污染层显得极为重要。钛及钛合金铸件进行表面喷砂时，不能使用石英砂，必须使用氧化铝砂，以减少在喷砂处理时一边去除污染层，一边形成新的污染层。所用的氧化铝砂为50—80#。最好是采用湿性喷砂，以降低其表面温度，避免再次产生污染层。<br>
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9．4．9．3化学酸处理<br>
<br>
实验证明，经过化学酸处理后的钛及钛合金铸件在后期研磨时，可明显缩短研磨时间，降低劳动强度。经过化学酸处理的铸件，再用<25t．tm的玻璃丸喷砂后可直接进行抛光处理。化学酸处理是利用化学药品对金属表面进行溶解处理，使其表面达到平滑的方法之一，亦称为酸洗。众所周知，钛表面的氧化膜，有防止盐性、中性溶液、碱性溶液及各种氯化物腐蚀作用。但盐酸、硫酸、氢氟酸等物质则可对钛及钛合金产生溶解作用，特别是氢氟酸最为有效。目前对钛及钛合金铸件的化学酸处理，常采用比较温和的酸处理方式。其化学酸溶液的配方是：氢氟酸10％，硝酸45％，蒸馏水45％。酸处理的时间应控制在30秒内。然后用清水充分清洗铸件。<br>
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9．4．9．4粗研磨<br>
<br>
对钛及钛合金铸件粗研磨的方法即常规的砂石研磨法。<br>
钛及钛合金铸件进行常规砂石研磨时，应注意的问题是尽量选用产热少、不产热和不易对铸件产生再次污染的砂石，如各类金属磨头、不产热砂石等。研磨的方法与研磨普通钻铬合金不同，要求研磨面积要小，压力要轻，转速高，使铸件不产生研磨性硬化现象，而且还要防止磨头的砂石粉末嵌入铸件的表面。 </td>
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