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钛及钛合金铸造修复体(下)
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发表时间：2006-8-14 13:11:00
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9．4．9．5细研磨<br>
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即采用常规的各类金刚砂橡皮轮对钛及钛合金铸件表面进行研磨。研磨时需注意的问题仍然是勿使铸件产热，不能造成铸件表面的研磨伤，并使整个表面达到平整光滑。<br>
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(2)桶研磨法 <br>
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所谓桶研磨法是将被加工铸件、研磨料、水及添加剂放入桶式研磨槽内，研磨桶产生旋转和振动，使研磨料的混合物和被加工铸件之间产生摩擦，将铸件表面研磨光滑、平整。其特点是不产生粉尘污染，劳动强度低，不会发生常规研磨过程中的产热现象。目前，日本已有商品化的桶研磨机及用于对钛及钛合金铸件、其它金属铸件及塑料等研磨用的研磨料出售。经过实验证实，RK系列磨料的研磨效率为最高，但表面的粗糙率也是最高。SA和B系列研磨料的研磨效率虽不如RK，但被研磨后的钛铸件表面平滑度为最高。目前，第四军医大学已研制成功了国内第一台牙科用桶式研磨机。<br>
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9．4．9．6抛光处理<br>
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(1)机械抛光法<br>
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使用不同规格的软布轮或黑毛刷，蘸以钛及钛合金专用抛光膏对钛及钛合金表面抛光的方法。在对钛铸件进行抛光时，必须做到完全清除铸件表面污染层及未发生新的研磨硬化层。因为一旦存在表面污染层，将无法达到理想的抛光效果。抛光时仍采用高转速、轻压力的方式。作者也曾试验过使用普通的绿抛光膏对钛及钛合金铸件进行抛光，取得了较为理想的抛光效果。经抛光后的钛及钛合金铸件不能立即进行水洗，一定要使表面氧化膜完全形成后方可进行水洗，否则其表面会产生变暗的现象。 <br>
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(2)电解抛光法<br>
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钛及钛合金铸件亦可采用电解抛光的方法使其表面达到接近钴铬合金铸件一样的镜面效果。目前，可用于钛及钛合金电解抛光液配方有以下几种。<br>
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①高氯酸6％ 丁醇35％ 甲醇59％<br>
24℃ 58～66V 20～30A／dh2<br>
②乙醇90ml 丁醇10ml 氯化铝6g 氯化锌25g<br>
24～30℃ 30～60V 2—IOA／dn2 <br>
③硫酸5ml 氟化钡5g 丙三醇8ml<br>
常温 90V 12～25A／dn2<br>
④三氯化铝10g 氯化锌45g 丁醇16ml 水32ml<br>
20℃ 15～25V 5—30A／dh2<br>
⑤HCl04P 100ml 醋酸酐400ml<br>
<30℃ 60～70V 0．2—0．5A／dn2<br>
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9．4．10钛及钛合金铸件的X光检查<br>
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经高度抛光后的钛及钛合金铸件在排牙之前，需使用X光探伤仪对铸件的内部进行缺陷检查，以确保铸件能长久的发挥作用，不致因存在内部缺陷而影响使用寿命。特别是卡环支托等重要部位，如不进行X光检查探伤，极有可能导致义齿在使用时间不长时发生折断。目前对钛及钛合金义齿支架进行内部缺陷检查的手段有多种，如使用牙科专用X光探伤装置、工业探伤仪等。使用上述方法检测，需要投入较大资金，为了方便工作，我们采用普通医用X光机对铸件进行内部缺陷检查，既方便，又经济实用，速度快，结果可靠。在使用医用X光机对钛及钛合金铸件进行内部缺陷检查时，需要注意的问题是正确掌握好球管电压、电流及照射时间。为了能确保检测结果的真实性、可靠性，可先采用不同的球管电压、电流及照射时间进行多次X光照相，经冲洗后，根据钛及钛合金铸件显像情况，以确定今后应采取的正确方法。<br>
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9．5钛表面的着色处理及焊接<br>
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9．5．1钛表面的着色处理<br>
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对于使用纯钛制作的修复体，尽管是经过抛光处理，最终所得到的修复体表面颜色多呈银灰色，看起来不如钴铬合金的光亮度好，这是由于钛的特性所决定的。为了克服其不足，利用对其表面进行着色处理，以得到满意的表面色泽，同时提高了商用价值。特别是对钛铸件表面的适当处理后所得到的金黄色不仅弥补了钛铸件表面色泽的灰暗不足，而且审美效果远远超过了钴铬合金支架，同时还具有增强其表面耐磨性、抗腐蚀性及机械性能等效果。目前常用的表面着色方法有以下几种。<br>
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9．5．1．1热氧化法<br>
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钛铸件抛光处理后，在大气中均匀加热到300℃后维持60分钟，加热到400℃后维持15分钟即可得到淡黄色的表面。此法简便易行，但难以控制好铸件均匀升温和准确把握时间，易发生钛铸件表面着色不均匀的缺点。但此方法有助于钛的耐腐蚀性提高。<br>
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9．5．1．2化学氧化法<br>
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抛光后的钛铸件置于含量<0．2％的盐酸中煮沸24小时使其表面呈金色，或置于30％的硝酸中煮沸24小时使其表面成为淡黄色。此方法铸件的耐腐蚀性不如热氧化法，加工时间也较长。<br>
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9．5．1．3阳级氧化法<br>
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指在适宜的电解质溶液中，以钛为阳极，利用银、铂、钛、；锈钢等为阴极，通入一声的直流电后，利用法拉第定律，在阳极的钛表面形成氧化反应而形成氧化膜。常用的电解液有硫酸、磷酸、硼酸等。此法易受电解条件、钛铸件表面研磨程度、酸洗、脱脂等多种因素的影响。因此，要达到理想的表面着色效果，需反复实验。此方法可提高钛铸件的耐磨耗性，但其耐腐蚀性不如热氧化法。目前日本已研制成功利用电解磨料抛光技术使钛表面达到镜面研磨效果，并可使钛及钛合金铸件表面呈18K金的金黄色、近似纯金的金黄色或其它的色泽，为钛铸件表面着色方法开辟了另一条新途径。<br>
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9．5．1．4氮化法<br>
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钛表面的氮化方法有多种，但最为常用的方法是将钛置于氮气中，加热到750～900℃，在钛表面形成薄薄的TiN层，呈黄金色。但此种方法形成的TiN层耐磨耗性较差，表面晶粒易发生变粗大和脆性增加等不足。<br>
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除了上述方法外，还有激光氮化处理技术、离子氮化技术等。目前表面着色技术精度要求高的物品如眼镜架、服饰用品等多采用离子氮化技术处理，不仅价格低廉，而且经此方法着色后的钛表面的晶粒不易变粗，耐磨耗性及精度均较好。<br>
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9．5．2钛的焊接<br>
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做为齿科修复用的金属材料，金属间的焊接及铸造后铸件缺陷的修补，是使之能广泛应用所必须具备的条件。早期牙科对钛的焊接是采用吹管银焊的方法，由于当时所使用的焊料中含有有害物质镉，因而现在已不能再继续使用此种焊料作为钛的焊接。同时，随着工业技术的进步，牙科领域的钛焊接技术也有了极大的发展。<br>
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9. 5．2．1电子焊接 <br>
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电子焊接是使用牙科专用电子焊接机做为热源，利用有机玻璃板制作一个相对密闭的小箱子，在箱内通人一定流量的氩气(20升／分钟)以形成惰性气体保护区，减少焊接时钛的氧化变性。所使用的焊料为目前牙科常用的金焊和银焊料，焊接后的强度略低于镍铬合金，但抗拉强度可达到37—43kg／mm2，符合临床应用的强度要求。有人利用此方法对钛与异种金属进行了焊接试验。其结果显示：与Ni—GrⅡ型合金的焊接强度较高，但与Co—Gr合金焊接强度不尽理想。<br>
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上述两种方法均属于焊料焊接，即被焊物不发生熔解，而是利用焊料的润湿性使两个被焊物体结合成一体的方法。<br>
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9．5．2．2惰性气体钨极氩弧焊<br>
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此方法又称为"TIG"焊。它是在以钨为主材中加入2％钍所制作的钨极做为非熔化电极的负极，被焊物体为正极。焊接原理与使用该法的熔金原理相同。当两极处于适宜的距离后产生放电，使被焊件的局部被加热熔化结合成一体。焊接时在焊接区加入适量的比被焊材料纯度高一个等级的原材料填充于焊隙中，使用的氩气纯度要求达到99．95％。焊接时还需值得注意的问题是两被焊接区、焊料及工作区保持高度清洁，去净其表面所依附的粉尘、油脂、氧化物及水份等。必要时用硝氟酸溶液进行浸泡，以保证焊接区的洁净。利用此法焊接后色泽为银灰色、金黄色或银灰色。上述三种焊隙色泽理化性能基本上无任何改变。当色泽呈紫色或蓝色时，焊接区的延展性则有少许影响。当焊接区呈青白色、灰白色或黄白色时，说明延展性受到明显影响，焊接区脆性增加。采用此法焊接钛及钛合金铸件具有操作简便、经济、实用的优点。<br>
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9．5．2．3激光焊接<br>
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激光焊接是利用激光发生器所产生的拥有强光源的能束集中于某一点，使局部在瞬间达到较高的温度，使被焊接区的表面熔化而结合成一体的方法。此方法于70年代应用于牙科的焊接。但用于牙科钛及钛合金修复体的焊接是从80年代末开始的。其优点是焊接时间较短，热影响区域小，即使是对已成形有塑料和瓷的修复体焊接也不会有影响，操作简便。但设备成本高，目前还未普及应用。<br>
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采用此法对钛及钛合金焊接时，仍需对被焊物体进行除尘、脱脂、去氧化的处理，并且需要惰性气体对焊接区加以保护。焊接时的灯电压应控制在700～750V范围，氩气流量控制在5升／分钟。焊接区的拉伸强度和屈服强度均接近于被焊件原材料的机械性能，焊接深度可达1mm。焊接区焊接后的色泽呈灰白色最为理想，如有色泽改变，应考虑适当调整灯电压或氩气流量。<br>
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9. 5．2．4电子束焊接<br>
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电子束焊接是用高能量电子束，在13—7Pa的高真空状态下对被焊接物的局部进行瞬间加热使之熔化，使两被焊接物结合成一体的方法。其特点是能量集中，既可对被焊接物进行单向焊接，又可进行双向焊接。焊隙部位不会产生气孔或缩孔，焊接区域机械性能好。此方法目前主要用于航天器的钛及钛合金部件的焊接。牙科领域还未使用。但许多学者认为：电子束焊接极有可能成为牙科对钛及钛合金焊接的一种理想的方法。<br>
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惰性气体钨极氩弧焊、激光焊、电子束焊接均为被焊件的局部金属自身被熔化，使两被焊接物结合成为一体的焊接，在工业上属于熔化焊的范畴。 <br>
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除了上述方法之外，工业上对钛及钛合金的焊接还常使用离子焊、红外线焊、爆炸焊、扩散焊、摩擦焊、电阻焊等方法。<br>
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9．6钛及钛合金铸造常见缺陷的原因分析<br>
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钛及钛合金应用于铸造牙科修复体以来，由于其熔点高、比重轻、流铸性差、高温下易与大气中的氧、氢、氮等气体及包埋料中的某些元素发生反应，以及铸造时铸型的温度、钛溶液本身的凝固特性，钛及钛合金铸造修复体开展时间短等因素，钛及钛合金铸造修复体发生铸造缺陷的概率明显高于目前牙科常用的钴铬合金、镍铬合金铸造修复体。而且钛及钛合金铸造修复体发生的铸造缺陷不仅发生在铸件的表面，而且更多的存在于肉眼无法观察到的内部。了解、掌握这些铸造缺陷产生的原因，对减少铸造缺陷、提高铸造成功率、降低成本、提高生产效率有着非常重要的现实意义。 <br>
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9．6．1铸造不全 <br>
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指经铸造后的铸件未完全再现原熔模的原貌，出现局部缺少的现象。产生的原因主要是：<br>
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9．6．1．1铸造系统的影响 <br>
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小田丰对日本市场所出售的九种类型铸钛机进行了相同试件的流铸性试验研究。在对网格直径为0．41mm，网格边长为1．04mm，整个网状试件为20mmX20mm的网状结构试件铸造试验结果显示，流铸性差的只达到44％～56％，而达到100％流铸率的只有一种品牌的铸钛机。此试验所使用的网状试件采用镍铬合金和钴铬合金的铸造时全部为100％，这无疑证实了铸造系统对流铸率有着至关重要的决定因素。第四军医大学和洛阳轻工通用机械厂研制开发的第一台国产LZ—Ⅱ型牙科铸钛机进行了与上述相同试件流铸率实验，其结果显示流铸率达到95％以上。因而选择适宜的铸造系统是保证铸件完整性的首要因素。<br>
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其次，铸钛机经过一段时间使用后，特别是离心式铸钛机，由于旋转臂转动部分的磨损，安装不当所引起初速度降低，也会导致铸造不全。加强铸钛机的常规检修是一个很重要的因素。 <br>
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9．6．1．2铸道设置不合理<br>
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钛及钛合金的凝固过程是在液体钛铸人型腔的同时即发生凝壳反应。因此，当铸道较细、过长时，对液态金属的充型能力有很大的影响。同时铸道设置形式不尽合理时也极影响铸造的成功率。因此铸道应尽可能做到短而粗，以缩短液体钛的充型时间。<br>
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9．6．1．3排气道的设置<br>
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尽管许多铸造系统都设置有抽吸空气的功能，但由于在熔金时需输入适量的惰性气体保护被熔解的钛及钛合金不发生氧化，这部分惰性气体也会进入铸型腔内，当抽吸功能不能在极短时间内(即液体钛注入型腔后)将型腔内的气体抽尽时，液体钛及钛合金注入到铸型腔边缘，特别是细小的部位，由于受到内存气体的阻碍亦可产生铸造不全。因此，适当增加设置排气道、储气球及盲管是提高铸造完整率的有效手段之一。<br>
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9．6．1．4铸型的温度<br>
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随着铸型温度的增高，铸造成功率也就明显增高。但又带来了钛及钛合金铸件表面的污染层加厚、内部缺陷增加的不良后果，致使铸件的机械性能降低。降低铸型的铸造温度可以使钛及钛合金铸件表面污染层明显降低，但又出现了不利于铸件完整性这一个矛盾。通过对磷酸盐、氧化锆、锆英石三类为主的包埋料研究结果显示，磷酸盐系包埋料铸造温度控制在室温20—400℃，氧化锆、锆英石系包埋料的铸型其铸造温度在500℃时铸造出的铸件表面污染层及内部缺陷发生率与室温铸造无明显差异，但铸件的完整率得以很大的提高。这无疑提示我们在选择包埋料时，除了应参考厂商提供的技术指标，临床实践的总结及铸件的分析，是纠正各种偏差产生的一个重要的方面。<br>
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除上述四项主要因素外：铸造机的真空度、惰性气体的流量、液体表面引力的大小、金属的用量、抽吸力的大小以及正压力给予的时机等因素对铸件完整率亦起着极重要的作用。<br>
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9．6．2铸件发生内部缺陷<br>
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即铸造后的铸件表面观察非常完整，即使研磨后仍未见有任何不良现象。但通过X光检测，可在铸件内部见到许多大小不一的空腔，这些内部缺陷多呈球型，内表面光滑。目前对此产生的原因还无统一的认识，但多数学者认为与下列因素有一定的关系。<br>
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9．6．2．1惰性气体的影响 <br>
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目前市场上所有品牌的牙科铸钛机均使用惰性气体保护的熔金方式。熔金室及铸型腔内有大量的惰性气体存留，当液体钛或钛合金铸人铸型腔时，气体也就随之被卷入铸型腔内，加之钛及钛合金的充型特点是边注入边形成凝壳，因而随着液体钛或钛合金卷入的气体无法逸出，从而存留在铸件内部。都贺谷等人实验结果显示，加压／抽吸并用和无抽吸只加压的方式的铸件内部气孔呈分散状态，无抽吸只加压方式的铸件内部缺陷少于抽吸／加压方式。因为，当有抽吸时，液体钛或钛合金是沿着铸型壁流动，形成凝壳早于液体钛充满型腔，因而易发生气体无法外逸，造成内部缺陷的产生。采用离心式铸造系统所铸造出的钛铸造体，其内部缺陷多发生在旋转中心部位，但内部缺陷发生率低于其它形式的铸造系统。这可能是由于在离心力的作用下，液体钛或钛合金的充型能力好于差压式铸造的原因。 <br>
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9．6．2．2包埋材料透气性的影响<br>
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钴、铬、镍等常用牙用合金铸造时，包埋材料的通气越好，越利于铸造成功，不易产生内部缺陷。而钛或钛合金铸造时则不尽相同，试验结果显示：当采用加压/抽吸式铸造系统时，透气性差的包埋料，反而产生的内部缺陷少。这可能是由于透气性差时抽吸功能减弱，改变了液体钛或钛合金注入铸型腔的方式有关。但在离心铸造时，对液体钛铸人型腔内起主要作用的是离心力的大小，与包埋料的透气性无明显的关系。<br>
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除上述原因之外，铸道直径的粗细、铸道的长短、铸道的形式、有无盲管、包埋料的种类等诸多因素都对此有一定影响。<br>
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9．6．3铸件表面粗糙<br>
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铸件表面粗糙是指铸造后的钛或钛合金铸件表面未再现原熔模表面的形态，形成了表面凹凸不平、流痕等现象。目前针对此问题的研究较少，产生的原因不很明确。但多数学者认为此现象同铸型温度过高，液体钛或钛合金与包埋料产生烧结反应，铸型发生破裂，及包埋料的种类不同等原因有关。<br>
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9．6．4铸件表面形成较厚的氧化层<br>
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9．6．4．1铸型温度 <br>
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试验结果显示，铸型的温度与铸件表面污染层有着密切的关系，任何一种包埋料都有随着铸型温度升高污染层增厚的特性。因而降低铸型温度是减少表面污染层的一种有效方法。<br>
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9．6．4．2包埋料的类型<br>
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钛铸件表面污染层的氧化程度可以通过铸件表面颜色作大体的分辨，六种包埋料的试验结果显示，使用氧化锆系包埋料铸造出的试件外观多呈分布不均匀的橙黄色或蓝色，用锐利的器具轻轻一刮，即可显露出钛的银白色本色，这说明其表面污染层很薄，氧化极为轻微。而使用氧化铝、氧化镁系包埋料时，铸件的表面明显变蓝，但用锐利的器械刮除，仍极容易显露出钛的银白色本色，说明其表面污染层略厚于氧化锆系包埋料。使用磷酸盐系包埋料铸造出的钛件表面污染层呈紫色或黑色，说明了其表面污染层较厚，发生了较重的氧化反应。国外学者的试验结果也证实了这一点。<br>
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除上述两种主要因素之外，铸造系统真空度的好坏，惰性气体的纯度等因素也对铸件表面污染层的厚度有着较大的影响。<br>
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9．7结束语 <br>
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钛及钛合金在牙科铸造修复体的应用还处于起步阶段，需要加以研究的内容还很多。随着钛及钛合金铸造在牙科领域中逐步普及，需要研究解决的内容会不断的增加，这无疑给我们从事此项工作的人员提出了一系列的研究课题。我们相信，随着人们生活水平的提高，具有优良性能的钛及钛合金在牙科铸造修复体的应用会愈来愈多。 </td>
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