热处理对牙用钴铬合金磨耗性能的影响

热处理对牙用钴铬合金磨耗性能的影响 重庆医科大学 硕士学位论文热处理对牙用钴铬合金磨耗性能的影响 姓名:龚媛媛 申请学位级别:硕士 专业:口腔临床医学 指导教师:王璐 20080501 重庆医科大学硕士研究生学位论文 热处理对牙用钴铬合金磨耗性能的研究 摘 要 目的:对三种不同热处理后的钴铬合金的磨耗性能进行研究，探寻钴铬合金磨耗性能与不同热处理方式间的关系，找出最佳的改善钴铬合金磨耗性能的热处理方法。 方法:用面显微硬度测试法和针一盘二体式磨耗机磨耗性能测试法，对三种不同热处理方式处理后的钴铬合金的硬度及其磨耗性能进行研究。 结果: ,(在钴铬合金表面显微硬度值的测定中:未处理组表面显微硬度,热处理随炉冷组表面显微硬度,热处理空冷组表面显微硬度,热处理水冷组表面显微硬度。统计显示热处理空冷组和热处理水冷组与对照组有显著性差异，统计学有意义(,,,(,,);随炉冷组与对照组没有显著性差异，没有统计学意义(,,,(,,)。 ,(在钴铬合金针一盘二体式磨耗机磨耗性能测试中:钴铬合金试件使滑石瓷丧失量均大于天然牙釉质。几组钴铬合金试件之间滑石瓷丧失量的关系如下:未处理组,热处理随炉冷组,热处理空冷组,热处理水冷组。对磨滑石瓷磨耗丧失量与各组试件的硬度值呈正相关。 结论: , 重庆医科大学硕士研究生学位论文 ,( 热处理能有效地改善牙用钴铬合金的显微结构，引起碳化物的重新分布和晶粒的改变，进而降低钴铬合金的表面显微硬度值，改善钴铬合金的磨耗性能。 ,( 在本实验条件下，改善钴铬合金表面显微硬度值和磨耗性能最有效的热处理方法是，,,,,。,固熔处理，水冷的方法。 关键词:热处理，钴铬合金，表面显微硬度，磨耗 , 重庆医科大学硕士研究生学位论文 ,,,, ,,,，,,,,,, ,, ,,,,,, ,,,, ,,,,,,,,,，,, ,,,,, ,, ,,,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,, ,,, ,;,,,,: ,,,,,,, ,,,,,,,,, ,,, ,,,,, ;,,,,,, ,, ,,,,, ,,,,,,,,; ,,;,,,;,,, ,,,,, ,,,, ,,,,,,,,, ,, ,,,,,, ,,,,,,—,,,,,,,, ,,,,,，,,, ;,,,,,,, ,,,,, ,, ,,;,,,,,,,, ;,, ,, ,,;,,,,,，,,, ,,,, 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本人完垒了解重庆医科大学有关保护知识产权的规定，即:研究生在攻读学位期间论文工作的知识产权单位属重庆医科大学(本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位为重庆医科大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅(学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密内容除外)，可以采用影印、缩印或其他手段保存论文( 论文作者签名: 垄 通遗 指导教师签名: 之互鳖兰 日 期:(型生二一生:(,～,一((( 重庆医科大学硕士研究生学位论文 热处理对牙用钴铬合金磨耗性能的影响 (,，,,‘一 月,, 青 磨耗是口腔中一种很普遍的现象，在口腔这个复杂的环境中，磨耗是在机械，热，化学和电流等因素的影响下，附着作用、研磨作用、腐蚀作用以及其他微小形式的磨耗综合发生的结果。临床上常常遇到因各种原因造成天然牙或人造冠修复体不同程度的磨损。天然牙的严重磨耗将对牙体硬组织，牙周组织，口领系统肌肉组织以及颞颌关节造成损伤【，】。在临床上表现为牙本质过敏、牙髓炎、牙周炎症、食物嵌塞，颞颌关系紊乱综合症等。修复材料与天然牙釉质磨耗性能不匹配是其中一重要原因:磨耗?陆强于天然牙釉质，会造成天然牙釉质过度磨耗，引起上述一系列症状。 钴铬合金修复材料，由于其良好的各项理化性能以及其较高的性价比，得以在临床上运用广泛。目前临床上在恢复咬合较紧患者的咬合时，通常是用钴铬合金制成金属(牙合)面来恢复咬合，但由于钴铬合金的硬度大于天然牙，大量研究也表明:金属材料的硬度与磨耗性能呈正相关【,】。因此，钴铬合金金属(牙合)面修复体必然造成与修复体相对应的天然牙的过度磨耗，进而造成上述一系列临床症状和组织损伤。因而是否能通过降低钴铬台金的硬度去合理有效改善其磨耗性能，就成了我们研究的切入点。 热处理技术是工业中应用比较广泛的一项成熟技术，其基本原理就是通过加热、保温和冷却三个过程，使铸造、锻造、焊接等金属材料内部发生细微的组织变化和应力重新分布，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变 工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织结构，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的综合性能，如抗拉强度、屈服强度、疲劳强度、粘结强度、硬度、耐腐蚀性等。不同的金属材料宜在不同的温度下处理才能实现强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等的最佳效果【,(,,。同时，热处理方式分为软化热处理和硬化热处理, ,。，软化热处理是指:合金在较高温度下保持一定时间，使合余内部结构均质化，进而合金的硬度减低。硬化热处理则是经均化后的合金再经过较低温度(一般在,,,?,,,,,,?)保持一段时间后是合金内部的结构重排，合金的硬度会 , 重庆医科大学硕士研究生学位论文升高。因此，在本课题的研究中，我们对钴铬合会采用了不同方式的软化热处理。 口腔修复材料磨耗性能的测量方法目前主要分为口内、口外两种,,,。其中，口内实验要求大量样本、较长的实验周期常常会出现一些不可预见的因素，又无法真正控制所有实验对象的咀嚼习惯、咀嚼时间，食物硬度，在国内现有实验条件下可行性差。而口外实验则是模拟口腔环境用磨耗机进行磨耗率的测定。现有的口外实验磨耗机大体上分为三类:划痕式，二体式、三体式。划痕式磨耗机使用一种较坚硬的刷子不断的在被研究材料的试样表面滑动，之后观察划痕，测量划痕深度分析磨耗机制，这种实验方法与口内磨耗形式相差较远，现在运用较少。三体式的磨耗机则在摩擦副之间加入磨耗介质，模拟口腔内被咀嚼的食物，在一定运动方式下模拟牙列受到的剪切力和滑动摩擦力。但事实上口腔环境非常复杂，咬合运动精细多变，即使是三体式磨耗机也只能模拟口腔功能中的一项或几项，而且设计昂贵，维持磨耗条件程度复杂，实验结果与临床结论也不一定符合, ,,。所以有很多学者更倾向于使用结构简单的二体式磨耗机观察材料在特定磨耗情况下的磨耗特征。在二体式磨耗机中针一盘二体式磨耗机在口腔材料科学领域运用最为广泛，其原理是使用对磨材料模拟口内天然牙釉质，以某种循环方式模拟口腔咀嚼运动，测试材料的磨耗性能【,】。对磨材料曾有使用拔除的天然牙，也有光滑坚强的,,(,,合金。近期有研究提出使用磨耗性能更接近天然牙釉质的滑石瓷作为对磨材料，更能真实模拟口腔情况及便于实验操作及测量,,】。 本试验拟通过对三种不同热处理后的钴铬合金的硬度进行测量，进而用针一盘二体式磨耗机，对三种不同热处理方式处理后的钴铬合金的磨耗性能进行研究，探寻钴铬合金磨耗性能与不同热处理方式间的关系，最终找出最佳的改善钴铬合金磨耗性能的热处理方法。实验共分二部分: 一( 热处理对牙用钴铬合金表面显微硬度值的影响。 二( 热处理对牙用钴铬合金磨耗性能的影响。 , 重庆医科大学硕士研究生学位论文 实验一 热处理对钴铬合金表面显微硬度的影响 金属材料的硬度是由一些物理特性组合起来抵抗外物压入的能力，是材料自身的特性。其代表着材料本身抵抗弹性形变、塑性形变和破坏的能力。钴铬合会是口腔修复领域的常用金属材料，其硬度值通常大于天然牙釉质。热处理是工业中常用的改善金属材料性能的加工工艺。本实验在对钴铬台金材料进行三种不同的热处理工艺后，用金相显微镜对合金表面进行扫描，观察其晶粒组织结构及其碳化物的分布情况。然后再用显微硬度计对钴铬合金试件进行表面显微硬度的测定，分析讨论晶粒组织结构及其碳化物的分布对硬度的影响。,材料和方法,(,实验材料 司太立,,(,,合金化学成分(重量比):钻,,,，铬,,,，钼,,，碳,(,,，其它,(,,。 上海珩瑞科贸有限公司 染色剂化学成分 (重量比): 高锰酸钾,,，氢氧化钠,,，水,,,。 重庆钢铁研究所配制 王水 硝酸:盐酸 (物质的量之比),】:, 重庆钢铁研究所配制,(,实验仪器 真空烤瓷炉 登仕柏,,,;,,,,,,, 高频离心铸造机 天津精工医疗设备技术有限公司 技工微电机 德国,,,公司 游标卡尺 上海精密仪器仪表有限公司 金相显微镜 德国蔡司,,,,,,,, 显微硬度计 ,型(,,,,,,,,,,,,,,,，日本岛津,(, 实验方法,(,(,合金试样制备 , 重庆医科大学硕士研究生学位论文 按磨耗机所要求规格制作试样不锈钢模型(图,)。其中,端为挟持端，,端为 测试端(测试端为直径,,,,、长,,,,的圆柱体) 。并用硅橡胶翻制成阴膜，熔 蜡浇灌模具蜡型，蜡型常规包埋、烘烤、焙烧、高频离心铸造，共计钴铬合金试 件,,个。随机分为,组。每组,个硬度及磨耗试件，,个金相试件。将,,个试件 在相同状态下严格抛光、喷沙、超声清洗。设定第一组为对照组，第二组为热处 理随炉冷(,;)组(,组)。第三组为热处理空冷(,;)组(,组)，第四组为热处理水 冷(,;)组(,组)。 …‘。，。,…?’……一一…?…一… ?…… 一,，…,?,?一。。’…‘…。，‘…。‘一…,…一…一………??…一一一‘…‘。……。。…。‘…。。，‘……。，… 。。。…’‘。。…’…。，，，，‘‘‘‘。。’…’‘。’‘…‘。…’’……。’，，‘。。二 , , , ,,,，,，?,～?,…((…………(— 图,试件示意图 ,,,(, ,,,,;, ,, ,,,;,,,,, ,(,(,热处理方法 将,组热处理试件在真空烤瓷炉中以,,?一,,?,,的速度升温到,,,,?，恒温,,,,，即固溶处理(,,)。然后，,组采用随炉冷的方法，,组试件取出后置于 空气中自然冷却，,组试件取出后立即冰水退火。,(,(,金相观测方法 将热处理组和对照组中的金相试件圆形面接机械学上通用的方法依次用,,,,、,,,,、,,,,、,,,、,,,、,,,砂纸反复打磨，然后用细矾布轮覆氧化铝粉(,,, 目)进行粗抛，再用布轮上覆三氧化二铬细抛，将磨光面抛光成镜面状，制成测试 ,, 重庆医科大学硕士研究生学位论文试件,, ,,。将测试试件置于王水中煮沸腐蚀,分钟，取出后蒸馏水冲洗(再放入染剂罩煮沸,,,,,,，取出试样用蒸馏水冲洗、干燥，置于金相显微镜下观测、拍照。,(,(,表面显微硬度测试 用表面显微硬度计测试试件表面显微硬度(,,,)。将每组的,个测试试件置于显微硬度计上，测试条件为加载负荷,,,，时间,,,。测试范围从试件测试端圆片的边缘到中心由内及外共测试,,个点，分别测出,,个点的显微硬度值，求其平均值(即为该试件的表面显微硬度值。然后将每组,个试件的表面显微硬度值再求平均值得该组的表面显微硬度值。,(,统计学处理 所有数据用,,,,,,(,统计软件进行单因素方差分析(,,,—,,, ,,,,,)分析。各组实验的参数值用均数?标准差(,?,)表示，,检验规定以,,,(,,为具有显著性差异。,结果,(,金相扫描结果,(,(,合金的构成 从金相扫描图分析可知:钴铬合金的组织结构是由奥氏体(,,,)，碳化物组成。铸造后的合金中还夹杂有细小的杂质，如,,,,,，还有因为碳与空气中的氧反应形成的,,而留下的小孔。合金中主要的碳化物是以,,,,,,的形式在晶内和晶界析出。,(,(,碳化物的含量 碳化物含量以随炉冷组为最多，对照组其次，空冷组第三，水冷组最少。碳化物颗粒的尺寸却随碳化物含量的减少而缩小。,(,(,晶粒组织的变化 从金相扫描图分析可知:经固溶处理后所有试样均为充分再结晶的等轴晶。 重庆?科大学矾?研究生学位论文晶粒大小都较原样大(而各热处理纽则是山干降温的处理方法的不同而呈现 不同的品粒大小。其中水冷组最大，空冷组次之，随炉冷组最小。,(，(,金相扫描图 原样钴铬舍金金相扫描图(未染色)见图,一圈,田,钴铬夸全原样(, ,,,) 图,钴铬合空原样(, ,,,),,,(, ,,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,,,, ,, ,,,) ,,,(, ,,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,, ,,,,,(。,帅)鹏,钴铬合金原样(, ,,,莆头所示为小孔) 囤,钴铬夸仝中所舍杂质(, ,,,),,,(, ,,,,,,,, ,,,,,, ,, ,,,,, ,,,,, ,。,,, ,,,(,,,,,,,,,,,, ,,,,,,, ,,,,,(。,,,),,, ,,,,,,,,,’, ,,,;, ,, ,,,,) 热处理纽和原样合食会相扫描图(, ,,,)(染剂染色)见图,图, 重庆医科大学硕士研究生学位论文田,姑姑台仝水冷姐(,,,,) 圉,诂替合仝空冷姐(,,,,),建,,,,,,, ;,,,,,, ,,,,,,,,,,(:, ,,,,, ,,, ,,,, ;,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,【】【】 围,钴髂夸奎随炉夸(,,,,),,,(,,,,,,;, ;,,,,,, ,,,,,,,,,?,, ,,,,, 图,钴罄争垒睬样(,,,,) ,,,(,,,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,, ,,,,,,(,表面显微硬度值的测定 四组材料的表闭显微硬度实验结果见表,，山表,可得知，;,—;,合会经热处理后，表丽显微硬度均柯降低。其排列的顺序为热处理水冷组,热处理卒冷组,热处理随炉玲组,未处理组。四组之『廿,统计学分析比较，经过,检验后结果见表,，热处理空冷纽和热处理水冷纽与未处理组比较有艋著性差异，束处理组‘，热处理随灯一冷组,的结粜无显著性差片。 重庆医科大学硕士研究生学位论文 表, 四组测试合空试件的表面显微硬度(,,,)(,,,,，,?,) ,,,,, , ,,,, ,,,,,, ,,,,,, ,,,;,,,,, ,,,,, ,,,,, ,,,,,;, ,,;,,,, ,,,,,,(,,,)(,,,，,?,) 合金组 ,,, 耒处理组 ,, ,(,,?,,(,, 热处理,(随炉冷组) ,,,(,,主,,(,, 热处理,(空冷组) ,,,(,,士,(,, 热处理,(水冷组) ,,,(,,?, ,(,, 表,四组测试件的表面显微硬度(,,,),,,统计分析,,,,, , ,,,, ,,,,,, ,,,, ,,,,,, ,, ,,, ,,,,,;, ,,;,,,,,,,,,,(,,,),,, ,,,,,,,,;,, ,,,,,,,,,讨论,(,热处理中碳化物的分布及对硬度的影响 从图,(图,原样合金金相扫描图可知，钴铬合金是由单相奥氏体作为基体组成,,,，,,】，是多晶体结构，晶粒与晶粒之间是晶界，在晶内和晶界周围分布有以,,,,,,形式存在的碳化物，并且有杂质融入其中;从放大,,,倍的图中还能看到因铸造缺陷留下的,？,。这与国内程辉【’,,、陈小芹〔’,,等所做的齿科铸造钴铬合金的金相结构是一致的。.