鈦合金的表面處理技術

鈦在高溫下易于與空氣中的O、H、N等元素及包埋料中的Si、Al、Mg等元素發生反應，在鑄件表面形成表面污染層，使其優良的理化性能變差，硬度增加、塑性、彈性降低，脆性增加。

鈦的密度小，故鈦液流動時慣性小，熔鈦流動性差致使鑄流率低。鑄造溫度與鑄型溫差(300℃)較大，冷卻快，鑄造在保護性氣氛中進行，鈦鑄件表面和內部難免有氣孔等缺陷出現，對鑄件的質量影響很大。

因此，鈦鑄件的表面處理與其它牙用合金相比顯得更為重要，由于鈦的獨特的理化性能，如導熱系數小、表面硬度、及彈性模量低，粘性大，電導率低、易氧化等，這對鈦的表面處理帶來了很大的難度，采用常規的表面處理方法很難達到理想的效果。必須采用特殊的加工方法和操作手段。

鑄件的后期表面處理不僅是為了得到平滑光亮的表面，減少食物及菌斑等的積聚和粘附，維持患者的正常的口腔微生態的平衡，同時也增加了義齒的美感；更重要的是通過這些表面處理和改性過程，改善鑄件的表面性狀和適合性，提高義齒的耐磨、耐蝕和抗應力疲勞等理化特性。

一、 表面反應層的去除

表面反應層是影響鈦鑄件理化性能的主要因素，在鈦鑄件研磨拋光前，必須達到完全去除表面污染層，才能達到滿意的拋光效果。通過噴砂后酸洗的方法可完全去除鈦的表面反應層。  1. 噴砂： 鈦鑄件的噴砂處理一般選用白剛玉粗噴較好，噴砂的壓力要比非貴金屬者較小，一般控制在0.45Mpa以下。因為，噴射壓力過大時,砂粒沖擊鈦表面產生激烈火花，溫度升高可與鈦表面發生反應,形成二次污染，影響表面質量。時間為15~30秒，僅去除鑄件表面的粘砂、表面燒結層和部分和氧化層即可。其余的表面反應層結構宜采用化學酸洗的方法快速去除。  2. 酸洗： 酸洗能夠快速完全去除表面反應層，而表面不會產生其他元素的污染。HF—HCl系和HF—HNO3系酸洗液都可用于鈦的酸洗，但HF—HCl系酸洗液吸氫量較大，而HF—HNO3系酸洗液吸氫量小，可控制HNO3的濃度減少吸氫，并可對表面進行光亮處理，一般HF的濃度在3%~5%左右，HNO3的濃度在15%~30%左右為宜。

二、鑄造缺陷的處理

內部氣孔和縮孔內部缺陷：可等熱靜壓技術(hot isostatic pressing)去除, 但對義齒的精度會產生影響，最好用X線探傷后，表面磨除暴露氣孔，用激光補焊。表面氣孔缺陷可直接用激光局部焊接修補。

三、研磨與拋光

1、 機械研磨： 鈦的化學反應性高，導熱系數低，粘性大，機械研磨研削比低，且易于磨料磨具發生反應，普通磨料不宜用于鈦的研磨與拋光，最好采用導熱性好的超硬磨料，如金剛石、立方氮化硼等，拋光線速度一般為900~1800m/min.為宜，否則，鈦表面易發生研削燒傷和微裂紋。

2、 超聲波研磨： 通過超聲振動作用，使磨頭和被研磨面間的磨粒與被研磨面產生相對運動而達到研磨、拋光的目的。其優點在于常規旋轉工具研磨不到的溝、窩和狹窄部位變得容易了，但較大的鑄件研磨效果還不能令人滿意。

3、電解機械復合研磨： 采用導電磨具，在磨具與研磨面之間施加電解液和電壓，通過機械和電化學拋光的共同作用下，降低表面粗糙度提高表面光澤度。電解液為0.9NaCl，電壓為5v，轉速為3000rpm/min.，此方法只能研磨平面，對復雜的義齒支架的研磨還處于研究階段。

4、桶研磨：利用研磨桶的公轉與自轉所產生的離心力，使桶內的義齒與磨料相對摩擦運動而起到降低表面粗糙度的研磨目的。研磨自動化、效率高，但只能降低表面粗糙度而不能提高表面光澤度，研磨的精度較差，可用與義齒精拋光前的去毛刺和粗研磨。

5、化學拋光：化學拋光是通過金屬在化學介質中的氧化還原反應而達到整平拋光的目的。其優點是化學拋光與金屬的硬度、拋光面積與結構形狀無關，凡與拋光液接觸的部位均被拋光，不須特殊復雜設備，操作簡便，較適合于復雜結構鈦義齒支架的拋光。但化學拋光的工藝參數較難控制，要求在不影響義齒精度的情況下能夠對義齒有良好的拋光效果。較好的鈦化學拋光液是HF和HNO3 按一定比例配制，HF是還原劑，能溶解鈦金屬，起到整平作用，濃度<10%, HNO3起氧化作用，防止鈦的溶解過度和吸氫，同時可產生光亮作用。鈦拋光液要求濃度高，溫度低，拋光時間短(1~2min.)。

6、電解拋光：又稱為電化學拋光或者陽極溶解拋光，由于鈦的電導率較低，氧化性能極強，采用有水酸性電解液如HF&mdash;H3PO4、HF&mdash;H2SO系電解液對鈦幾乎不能拋光，施加外電壓后，鈦陽極立刻發生氧化，而使陽極溶解不能進行。但采用無水氯化物電解液在低電壓下，對鈦有良好的拋光效果，小型試件可得到鏡面拋光，但對于復雜修復體仍不能達到完全拋光的目的，也許采用改變陰極形狀和附加陰極的方法能解決這一難題，還有待于進一步研究。

四、鈦的表面改性

1、 氮化：采用等離子體滲氮、多弧離子鍍、離子注入和激光氮化的等化學熱處理技術， 在鈦義齒表面形成金黃色TiN滲鍍層，從而提高鈦的耐磨性、耐腐蝕性和耐疲勞性。但技術復雜，設備昂貴，用于鈦義齒的表面改性很難達到臨床實用化。

2、陽極氧化：鈦的陽極氧化技術較為容易，在一些氧化性介質中，外加電壓的作用下，鈦陽極可形成較厚的氧化膜，從而提高其耐腐蝕性和耐磨性和耐候性。陽極氧化的電解液一般采用H2SO4、H3PO4和有機酸水溶液。

3、大氣氧化：鈦在高溫大氣中可形成較厚堅固的無水氧化膜，對鈦的全面腐蝕、間隙腐蝕都有效，方法比較簡便。

五、 著色

為了增加鈦義齒的美感、防止鈦義齒在自然條件下的繼續氧化的變色，可采用表面氮化處理、大氣氧化和陽極氧化法表面著色處理，使表面形成淡黃色或金黃色，提高鈦義齒的美感。陽極氧化法利用鈦的氧化膜對光的干涉作用，自然發色，可通過改變槽電壓在鈦表面形成多彩的顏色。

六、 其他表面處理

1、表面粗化：為了提高鈦與飾面樹脂的粘結性能，必須對鈦表面進行粗化處理，提高其粘結面積。臨床上常采用噴砂粗化處理，但噴砂會造成鈦表面的氧化鋁的污染，我們采用草酸刻蝕的方法，得到良好的粗化效果，刻蝕1h表面粗糙度（Ra）可達到1.50&plusmn;0.30&mu;m，刻蝕2h Ra為2.99&plusmn;0.57&mu;m，比單獨噴砂的Ra（1.42&plusmn;0.14&mu;m）提高一倍多，其粘結強度提高了30%。

2、抗高溫氧化的表面處理：為了防止鈦在高溫下的急劇氧化，在鈦表面形成鈦硅化合物及鈦鋁化合物，可防止鈦在700℃以上溫度下的氧化。這種表面處理對鈦的高溫氧化非常有效，也許鈦表面涂覆這類化合物，對鈦瓷結合有利，仍須進一步研究。