深冷处理对齿科纯钛激光焊接焊区性能的影响

【摘要】目的：激光焊接是口腔修复的重要技术,其焊接质量关系修复体成败,研究焊区处理工艺提高其综合性能是口腔修复界多年的努力方向。本研究采用深冷处理方法在模拟口腔环境条件下对焊接试样进行处理,以改善齿科纯钛激光焊接焊区综合性能。通过力学性能测试及分析,优化深冷处理工艺,对比与焊接后未处理及热处理组效果,进行耐腐蚀性能及生物性能的初步研究,探讨深冷处理在口腔修复中的临床应用。方法：采用德国Dentaurum生产Comlaser-4型激光焊接机对齿科纯钛进行焊接,试样焊缝长6mm,厚0.5mm。采用体外冷热循环和人工唾液浸泡模拟口腔生理环境。1.优化深冷处理工艺：将焊接试样随机分为六组,其中四组在液氮温度下分别保温2h、12h、24h、48h,一组为传统的热处理组,一组为未经处理的对照组,通过测试六组试样的抗拉强度、延伸率及显微硬度优化处理工艺,并以此工艺作为下列实验深冷处理组。2.力学性能评价：将试样分为四组(母材组,深冷母材组,激光焊接组,深冷焊接组),冷热循环1000次后再浸泡于人工唾液中90天后取出,测试其力学性能,观察分析显微组织和断口形貌。3.疲劳性能评价：模拟口腔生理环境,应用InstronE10000电子动静态万能材料试验机测试深冷处理后焊件的疲劳强度,并与未深冷处理组进行比较,绘制出两条S-N曲线,计算其疲劳特征值,并对疲劳断口进行扫描电镜观察。4.腐蚀性能及抗菌性能评价：测量四组试样(母材组,深冷母材组,激光焊接组,深冷焊接组)的极化曲线,计算其特征性参数,拟合其在人工唾液中的电化学阻抗谱,并利用扫描电镜观察四组焊件的抗菌情况。5.摩擦磨损性能评价：使用MMV-1立式万能摩擦磨损实验机测量试样的磨损体积损失量,观察试样表面磨损形貌。结果：1.24h深冷处理组的抗拉强度及延伸率比其他各组有大幅度提高,并且其焊区硬度并未大幅降低,力学性能较好。2.在模拟口腔环境下,纯钛母材的抗拉强度和延伸率经深冷处理后分别提高了6.24%和2.2%,而纯钛激光焊接焊区的抗拉强度和延伸率分别提高了20.82%和150%。母材断口呈韧性断裂,未经深冷处理的焊件断口呈脆性断裂,深冷处理焊件断口呈混合准解理断裂。深冷处理后母材晶粒尺寸明显减小,焊区组织更均匀。3.在同一应力范围下,深冷处理后纯钛焊件的疲劳循环次数均高于对照组,深冷处理组的疲劳强度特征值△ok为121.884MPa,S-N曲线的斜率m为5.94,均高于未深冷组(97.000MPa,5.40),深冷处理后疲劳强度提高了25.65%。相同的应力下,深冷组层片状二次断裂不如未深冷组明显。深冷组最终断裂面韧窝尺寸较大,呈韧窝断裂,而未深冷组的断面韧窝较少,呈准解理断裂。4.深冷处理后纯钛激光焊接焊区的击穿电位(Eb)值为0.455V,△E值为1.365V,Rp值为282110Ω·cm2,均高于未深冷处理纯钛焊区(0.047V,0.629V,6654Ω.cm2)。深冷处理后焊区表面细菌粘附量少于未深冷处理组。5.深冷处理后纯钛激光焊接焊区的磨损体积量小于未深冷组(P<0.05),其磨损机制为磨粒磨损,而后者磨损机制主要为粘着磨损同时伴磨粒磨损。结论：1.纯钛激光焊件的优化深冷处理工艺为：液氮温度(-196℃)下保温24h。2.模拟口腔环境下,与未深冷处理的焊接组对比,深冷处理提高纯钛焊件抗拉强度及延伸率。同时对焊区拉伸性能的提高也优于母材。3.深冷处理明显提高纯钛激光焊接焊区的疲劳强度。4.深冷处理显著提高纯钛焊接焊区的耐腐蚀性能及抗菌性能。5.深冷处理提高激光焊接焊区的摩擦磨损性能。
【作者】朱燕萍；
【导师】张连云；
【作者基本信息】天津医科大学，生物医学工程，2014，博士
【关键词】深冷处理；激光焊接；疲劳强度；耐腐蚀性能；齿科纯钛；

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