1、    不同時間對鈦表面微弧氧化處理后與瓷結合強度的影響            作者：時間：2007-11-22 11:28:00                          

2、0;     作者：李健學，張玉梅，憨勇，劉嘯晨，于凡【關鍵詞】  微弧氧化；時間；結合強度;肽       Effects of microarc oxidation time on bonding strength of titanium to porcelain       【Abstract】 AIM：To study the effects of time length of microarc oxidat

3、ion (MAO) on the titaniumceramic bonding strength. METHODS： Titanium samples were treated with MAO in a Na2SiO3 electrolytic solution with duty cycle 0.04, frequency 500 Hz, and voltage 300 V. According to the different oxidation time, experimental groups consisted of 3, 6, 10 min groups. The nonMAO

4、 samples were used as a control group. The surface of the samples was observed by scanning electron microscope (SEM). The samples were bonded to porcelain. The bonding strength of the samples was measured by a threepoint bending test. RESULTS： The bonding strength (MPa) of the samples to porcelain i

5、n 3, 6, 10 min groups and control group was 56.4±0.8, 40.4±2.3，36.0±3.0，32.2±1.9. The longer the oxidation time was, the rougher the surface was, the larger the pore diameter was and the fewer the pore was. The thickness of oxidized layer was increased from 5 m to 12 m, but the b

6、onding strength of titaniumporcelain was decreased, respectively (3min group vs 6min and 10min group, P<0.01; 6min group vs 10min group, P0.05). The bonding strength of the MAO groups were higher than that of the nonMAO group (P<0.01). CONCLUSION： The MAO on titanium is favorable to the titani

7、um ceramic bonding strength and the different oxidation time has a different effect on the titaniumceramic bonding strength.    【Keywords】 microarc oxidation；time；bonding strength; titanium    【摘要】 目的：觀察鈦試樣在微弧氧化處理過程中于不同氧化時間形成的氧化膜對鈦瓷結合強度的影響. 方法: 電解液由去離子水和Na2SiO3溶液組成，占空比和

8、頻率分別為0.04,500 Hz，電壓300 V,根據時間不同分為3組，分別為3,  6, 10 min組. 對鈦試樣表面進行處理，將未行微弧氧化處理的鈦試樣作為對照組. 掃描電鏡觀察膜表面形貌；對不同組別試件進行瓷粉燒結;采用三點彎曲試驗測量鈦與瓷的結合強度. 結果：3,  6, 10 min組和未行微弧氧化組與瓷的結度分別是56.4±0.8，40.4±2.3，36.0±3.0，32.2±1.9. 隨著氧化時間的延長,試件表面變化較大,微孔直徑增大,微孔數量明顯減少，表面變得粗糙，氧化層膜的厚度也隨之增加，從5 m左右增加到12 m

9、. 隨時間的延長,鈦與瓷的結合強度逐漸降低，結合強度在3 min組明顯高于6，10 min組(P0.01)，6，10 min組結合強度相差不大，無統計學意義(P0.05), 但微弧氧化組的結合強度明顯高于未行微弧氧化組(P0.01). 結論：鈦在烤瓷前經微弧氧化處理有利于鈦與瓷的結合，且在微弧氧化過程中不同氧化處理時間對鈦瓷結合強度有影響.    【關鍵詞】 微弧氧化；時間；結合強度;肽     鈦是一種化學性能非?；顫姷慕饘?，在高溫下可以和多種氣態物質如氧、氫、氮及包埋料中的多種元素發生反應，這樣的高反應性使鈦在鑄造和與瓷

10、熔附時帶來困難1. 為解決這一問題,有學者指出可通過在鈦與瓷之間引入中間層,隔絕鈦與氧的接觸,控制鈦表面過度氧化來提高鈦瓷的結合強度. 微弧氧化是在金屬表面原位生長氧化物陶瓷層的新技術，將此法用于鈦瓷結合前鈦的表面處理,可形成與鈦基底結合強度高、多孔的氧化膜,并利用氧化膜中含有熱穩定性好的金紅石相阻止鈦繼續氧化,從而增加鈦瓷結合強度. 微弧氧化處理時間對鈦表面形成的TiO2陶瓷膜的厚度以及孔徑的大小有一定的影響,我們研究不同氧化處理時間對微弧氧化膜及鈦瓷結合強度的影響,為選擇出適合鈦瓷結合的微弧氧化處理參數提供實驗依據.    1材料和方法  

11、  1.1材料純鈦鍛制成25 mm×3 mm×0.5 mm試樣（西北有色金屬研究院提供）；微弧氧化設備MAO100(西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室）； 掃描電鏡(JSM6460，Japan)；Multimat 99型烤瓷爐(美國Dentsply公司); AGS萬能材料試驗機(日本島津公司)； Noritake鈦瓷粉( SuperTi22日本則武公司).    1.2方法    2結果    2.1掃描電鏡觀察實驗過程中，浸在溶液里的樣品表面能觀察到無數游動的火花. 圖

12、1為掃描電鏡下鈦試樣在不同時間條件下的微弧氧化表面形貌圖，可見樣品表面有許多孔洞. 隨著時間的延長，表面形貌變化較大. 當時間為3 min時，膜層的表面(圖1A)均勻分布著孔徑約1 m的細小微孔，孔的數量很多，微孔與微孔之間出現最初的搭接，孔之間界限明顯;當時間延長到10 min時，膜層表面（圖1C）的擊穿孔直徑增大，大的微孔直徑有3 m左右，大小微孔間的孔徑差變大，微孔與微孔之間出現層次覆蓋、搭接生長的現象，孔之間已無明顯的界限，微孔的數量明顯減少. 圖2為SEM下鈦試樣在不同時間條件下的微弧氧化截面形貌圖：當時間為3 min時，氧化膜的厚度（圖2A）只有5 m;當時間延長到10 min時，

13、膜層厚度（圖2C）增大，有12 m左右. 可以看出，隨著時間的延長，氧化膜的厚度也隨之增加，從5 m左右增加到12 m.   2.2三點彎曲試驗3 min組明顯高于6，10 min組(P0.01 表2)，6，10 min組結合強度相差不大(P0.05),但微弧氧化組的鈦瓷結合強度明顯高于對照組(P0.01).表2不同時間組實驗三點彎曲結合強度    3討論    3.1微弧氧化處理提高鈦瓷結合強度的機制微弧氧化技術是一種在有色金屬表面原位生長陶瓷化膜的新技術3. 是將Al，Ti，Mg，Zr，Ta，Nb等金屬或其合金

14、置于電解液中，利用化學方法使材料表面產生火花放電斑，在熱化學、等離子體化學和電化學共同作用下，生成膜層的陽極氧化方法4-5. 該技術的特點是陶瓷化膜生成于基體上，因此與基體結合緊密. 有學者報道該膜與鈦及鈦合金的結合強度可達到56.9 MPa6. 由于鈦的化學性能非常活潑，在高溫時很容易形成疏松多孔、與鈦基底結合強度差的氧化    膜，這種結構對氧的擴散很有利，導致了鈦表面的氧化率急劇升高，這是造成鈦瓷修復失敗的主要原因之一. 微弧氧化處理方法形成的氧化膜是在鈦基底原位生長的陶瓷膜，該膜層有內外兩層，內層致密與基底結合牢固，外層結構疏松，表面有無數微孔，

15、所以利用這些孔洞結構與瓷的相互鎖結作用增加鈦瓷的機械結合強度，同時該膜層具有陶瓷性質，利用膜層的化學性質與瓷相似，可以增加化學結合強度. 微弧氧化技術可以使鈦表面氧化呈多孔狀，這種孔洞結構增加了鈦表面的粗糙度，從而提高金瓷結合強度7.    3.2微弧氧化處理時間與鈦瓷結合強度的關系在微弧氧化處理過程中，氧化時間的長短是決定微弧氧化膜層厚度的根本因素. 張新平等8建立的模型結果指出，微弧氧化膜層的厚度隨氧化時間的延長而增加. 隨著反應時間的延長,膜層不斷生長,不斷增厚. 在起始起弧階段，所生成的陶瓷膜薄而致密，只是一層與基體結合良好，沒有缺陷的陶瓷，隨著氧化時間的

16、逐漸延長，膜內層開始出現氣孔和缺陷，隨著反應的進行，氧化膜增厚，擊穿變得越來越困難，微弧產生的能量使得弧點處熔融的區域也變得越來越小，熔融物很難向外大量噴出，此時膜層的變化以氧化為主. 微弧氧化膜層的表面形貌及生長過程受控于能量參數的模式選擇，在恒定的電參數下隨著氧化時間的延長，膜層表面的微孔直徑增大，微孔間的孔徑偏差增大，孔的數量減少；氧化膜生長速率逐漸減小,氧化膜的厚度逐漸增加.    3.3微弧氧化處理后鈦試件表面結構與鈦瓷結合強度的關系我們的試驗結果還顯示：微弧氧化組的鈦瓷結合強度明顯高于未行微弧氧化組，說明微弧氧化處理方法有利于鈦瓷的結合. 膜的表面形貌

17、對鈦與瓷的結合強度有很重要的影響. 通過對比不同時間所對應的鈦與瓷的結合強度可以看出:時間在3 min時，所形成的膜致密，微孔小，表面平整，同時膜層表面孔大小與瓷滲入所需的尺寸相當，在瓷熔附過程中能完全滲入到膜層內部，與膜層呈犬牙交錯狀結合，故斷裂測試得出膜層/瓷的結合強度值最高，可達到56.4 MPa，此時膜層與瓷結合相對完全；而隨著時間的延長，所形成的膜粗糙，氧化膜表面微孔孔徑逐漸增大,微孔數量逐漸減少,氧化膜生長速率逐漸降低,氧化膜不致密且厚度增加，所以形成的膜與瓷的結合強度低. 此研究中，隨著時間的延長，鈦表面的氧化膜孔徑增加，厚度增加，鈦與瓷的結合強度降低. 在3 min時，鈦與瓷的

18、結合達到最佳.    【參考文獻】    1 Kononen M,Kivilahti J.Fusing of dental ceramics to titaniumJ. J Dent Res，2001，80(3):848-854.    2 Lenz J，Schwarz S，Schwickerath H, et alBond strength of metalceramic systems in threepoint flexure bond testJJ Appl Biomater,1995，6(1):55-64.    3 Yerokhin AL, Nie X, Leyland A