激光焊接镍钛合金和不锈钢复合弓丝抗电化学腐蚀性能的初步研究

【摘要】背景：在正畸临床上对矫治弓丝的应用大多遵循弓丝尺寸由细到粗，弓丝刚度由小到大的程序，通常先使用镍钛弓丝，然后逐步过渡到使用不锈钢弓丝。在单独应用镍钛弓丝时常会产生后牙支抗不足的问题，而单独应用不锈钢弓丝也存在着弹性不足之处。2000年，吉林大学口腔医学院与材料学院利用融化的液态银基钎料使这两种合金金属结合，初步实现了镍钛与不锈钢两种弓丝的良好连接，形成一种包含两种材质的矫治弓丝即复合矫治弓丝（CompositeArchwire,CAW）。2011年吉林大学材料学院采用新方法即激光焊接加铜中间层，形成的复合弓丝经系列研究性能更加优良。面对新型连接的复合弓丝及针对材料学研究的新问题，由于复合弓丝焊接头处引入了有可能引起毒性反应的铜元素，在焊接过程之后复合弓丝是否能够具备相当的抗腐蚀能力是进一步研究亟待解决的问题。目的：本课题将通过电化学实验检测、扫描电镜微观形貌观察和能谱分析的方法初步评价复合弓丝在模拟口腔环境下的抗电化学腐蚀性能以及表面腐蚀情况，进一步判定复合弓丝在临床应用过程中的抗腐蚀性能和生物安全性，为复合弓丝的临床应用奠定基础。方法：通过模拟口腔实际环境对激光焊接加铜中间层镍钛形状记忆合金和不锈钢复合弓丝的抗电化学腐蚀性能进行研究，并与焊接的两种母材在相同腐蚀环境中的抗腐蚀能力进行比较，以得出复合弓丝在不同侵蚀性环境中的抗腐蚀性能参数，检测新型复合弓丝的抗电化学腐蚀性能。结果：通过电化学腐蚀实验，结果显示三种弓丝开路电位数值都集中在0V左右。单向极化过程中，不锈钢弓丝的腐蚀电位高于镍钛弓丝，而复合弓丝的腐蚀电位比两种母材都要低，在阳极极化曲线区段中，复合弓丝的点蚀电位低于不锈钢弓丝，而镍钛弓丝的点蚀电位并不明显。复合弓丝的腐蚀电流值明显高于不锈钢和镍钛母材。环状极化的过程中，三种弓丝材料的曲线都没有明显的滞后环出现，但三种材料的保护电位都高于自腐蚀电位，说明材料的再钝化能力有限。其中镍钛弓丝的保护电位和腐蚀电位差距最大，不锈钢弓丝两者差距最小。通过扫描电镜观察，显示三种弓丝在极化扫描后都显示出粗糙的腐蚀后形貌，镍钛弓丝和不锈钢弓丝表面相对平滑，但也有少量空隙和裂隙的生成，复合弓丝中间层经过电化学腐蚀后表面较两种母材更加粗糙，裂隙的直径较大，说明复合弓丝加铜中间层的抗腐蚀性能不如两种母材，但是弓丝材料整体仍然完整，复合弓丝焊接中间层无断裂发生，而且复合弓丝中间层电化学腐蚀后表面能谱分析含有氧和磷元素，可能与人工唾液中含有的阻碍腐蚀过程的钙离子和磷酸根离子有关。结论：综合电化学实验参数及扫描电镜观察对材料腐蚀界面微观形貌的描绘，本实验结果证实，经过激光焊接的复合弓丝在模拟口腔环境的电化学腐蚀过程中表现出良好的抗电化学腐蚀能力，虽然与不锈钢和镍钛母材相比抗腐蚀性能略有下降，但整体评估仍然能够满足临床使用的需求。本实验的结果也为口腔金属材料的进一步发展和改良提供相应的理论依据。
【作者】刘继明；
【导师】孙新华；
【作者基本信息】吉林大学，口腔医学，2014，硕士
【关键词】复合弓丝；电化学腐蚀；开路电位；极化曲线；

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