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  • 铸模温度对Ti-75合金铸流率影响的研究

    2014年04月03日 作者:会员投稿 点击: 【字体:

    〔摘要〕 目的:通过对Ti-75合金铸流率(castability)的研究,为Ti-75 合金临床应用提供合理的铸造参数。方法:采用网状试样法 , 对Ti-75合金、纯钛及Ti-6Al-4V合金在3种铸模温度下的铸流率进行评价。 结果:Ti-75合金在室温铸造时其铸流率明显低于纯钛及Ti-6Al-4V合金(P <0.05),并用室温组Ti-75合金在室温铸造时其铸流率明显低于300 ℃及600 ℃组(P <0.05)。结论:为保证临床义齿铸造的完整性,Ti-75合金铸造时 铸模温度应在300 ℃以上。通过对Ti-75合金铸流率(castability)的研究,为Ti-75 合金临床应用提供合理的铸造参数。方法:采用网状试样法 , 对Ti-75合金、纯钛及Ti-6Al-4V合金在3种铸模温度下的铸流率进行评价。 结果:Ti-75合金在室温铸造时其铸流率明显低于纯钛及Ti-6Al-4V合金(P <0.05),并用室温组Ti-75合金在室温铸造时其铸流率明显低于300 ℃及600 ℃组(P <0.05)。结论:为保证临床义齿铸造的完整性,Ti-75合金铸造时 铸模温度应在300 ℃以上。

      钛在熔融状态下几乎能与所有的包埋材料起反应,导致钛的铸造发展缓慢。钛及钛合金 的牙科铸造始于20世纪80年代,目前处于不断改进、不断发展阶段。对于钛及钛合金牙科铸 造方面研究的内容很多,而关于其铸流率(castibility) 的研究是评价铸造设备、包埋材料 、合金性能等的重要方面之一。远藤泰生〔1〕等利用网状试样研究了铸型温度及不 同类型铸钛机对钛铸流率的影响。Takahashi〔2〕等通过对钛在网状试样中的铸流率 等方面研究,评价了5种SiO2系包埋材料的可行性。Ti-75合金是中强度、不含对人体有 毒的合金化元素V、适合制作部分义齿支架的新型钛合金〔3〕,由于其铸流率直接关 系到修复体的完整性,因此在Ti-75 合金应用于临床前对其铸流率的研究尤为重要。

      1 材料与方法

      1.1 材料与设备

      Ti-75合金、纯钛、Ti-6Al-4V合金:西北有色金属研究院提供,并加工成直径为25 mm、 高为14 mm的圆柱状。

      牙科专用铸钛机:国产LZ-II型牙科铸钛机(第四军医大学口腔医学院、涧西轻工通用机 械厂)。

      锆英石内包埋料:西安红旗机械厂提供。

      磷酸盐系外包埋料:Multi-Vest, Dentsply

      1.2 方法

      1.2.1 蜡型制作 制作20 mm×20 mm×0.85 mm、具有7×7格栅网的网状试件,每种材料在 3个温度组分别制做6片,每个铸座安排一片,铸道类型如图1所示。

      1.2.2 包埋铸造 内层采用锆英石包埋,外层为磷酸盐无圈包埋,铸模烘烤过程见图2所示 。当铸模温度降至600 ℃、300 ℃、室温时分别铸造。

    图1 铸流率铸型试样

    图2 铸模烘烤曲线

      1.2.3 铸流率计算方法 根据铸造后的网状试件的网格片段数(segments)与铸造前的网状 试样的网格片段数(112) 的百分比,来评价钛及钛合金的铸流率,即可采用以下的公式计算 :

    表1 不同铸模温度下3种钛合金的铸流率(%,±s)

    Ti-75 Ti Ti-6Al-4V
    室温 84.65±0.89 94.93±1.19 94.63±3.07
    300 96.17±3.07 96.42±3.19 96.12±2.31
    600 97.60±2.18 97.90±1.89 97.30±2.48

      2 结 果2.1 Ti-75合金的铸流率与Ti及Ti-6Al-4V合金的比较

      肉眼观察:网状铸件表面结构完整,易与包埋料分离,无明显沾砂。表1为3种铸模温度下T i-75合金、 纯钛及Ti-6Al-4V合金的铸流率的均值及标准差。从图3可以看出Ti-75合金 的铸流率在3种铸模温度下均低于纯钛及Ti-6Al-4V合金;经方差分析,Ti-75合金在室温 铸造时,其铸流率明显低于纯钛及Ti-6Al-4V合金(P<0.05);而在300 ℃及600 ℃ 铸造时,其铸流率与纯钛及Ti-6Al-4V合金无明显差异(P>0.05)。

    图3 3种铸模温度下3种钛材铸流率

      2.2 铸模温度对Ti-75合金铸流率的影响

      图4显示了铸模温度对Ti-75合金、纯钛及Ti-6Al-4V合金铸流率的影响。可以看出,随 着铸模温度的升高,3种合金材料的铸流率均有所升高。铸模温度对Ti-75合金铸流率的影 响经方差分析结果显示室温铸造时Ti-75 合金铸流率明显低于300 ℃及600 ℃时的铸流率( P<0.05),而在300 ℃与600 ℃组之间无显著差异(P>0.05)。

    图4 3种钛材在不同铸模温度下铸流率的比较

      3 讨 论

      3.1 铸流率的评价方法

      铸流率(castability)是铸造合金本身的流动性、铸造设备、模型条件等的综合体现, 是评价该铸造系统在临床应用可行性的重要指标之一。牙科铸造合金的铸流率的评价方法有 很多,最早是借鉴工业上的测试方法,采用螺旋试样,测量合金在螺旋试样中流动的长度来 评价合金的铸造能力〔3〕。Vincent等〔4〕采用不同直径的圆杆状试样来评 价烤瓷合金的铸流率。后来又有学者采用磨牙全冠的试样来对合金的铸流率及适合性进行综 合评价〔5〕。网状试样法最早是由Witlock〔6〕和Hinman〔7〕等提出 的,这种方法被成功地用来评价部分义齿合金〔8〕及Ni-Cr-Be合金〔9〕等 的铸流率。

      Hinman等认为此种方法具有如下优点:①网状试样蜡型容易制作;②可用树脂网代替蜡网, 且与失蜡烘烤方式相同;③网状试样可根据标准统一化;④根据需要试样可大可小;⑤计数 方法简单客观。对钛及钛合金铸流率的评价方法多采用网状试样法〔1,2〕及全冠试 样法〔10〕

      本实验采用Hinman的方法,对Ti-75合金在不同温度下的铸流率进行了评价,并与纯钛及Ti -6Al-4V进行了比较。由实验结果可以看出该方法可以较好地评价不同合金的铸流率。

      3.2 Ti-75合金铸流率的评价

      Ti-75合金的铸流率受到铸造设备、合金本 身流动性、模型条件等的影响。 本实验采用的铸造设备是国产LZ-II型牙科专用铸钛机, 该铸造系统采用真空-离心-加压方式铸造,具有极佳的可铸性〔11〕。钛合金的铸 造流动性与合金化元素的种类及添加量有关,一般来讲,合金化元素的添加会增大钛合金的 结晶间隔,使其流动性较纯钛差。但是,随着铝含量的增加,结晶热有显著提高,从而改善 了合金的流动性〔12〕。Ti-75合金的合金化元素含有Al,但由于Mo、Zr二元素的添 加使Ti-75合金铸造时的过热度降低,导致流动性变差, 使Ti-75合金在室温铸造时其铸 流率明显低于纯钛及Ti-6Al-4V合金。在选定铸造系统和包埋材料后,铸模温度对钛合金 的铸流率将有很大影响。当铸模温度与熔融钛液之间温差很大,合金在型腔内很快结固,将 影响合金最后的铸流率。从本实验的结果看出,Ti-75合金,纯钛及Ti-6Al-4V合金随铸模 温度的提高铸流率均有所提高,说明铸模温度的提高可增加钛合金的铸流率。因此在提高铸 模温度为600 ℃和300 ℃时Ti-75合金的铸流率与纯钛及Ti-6Al-4V合金则无明显差异。 但是,临床铸模温度的选择不但要考虑铸件的完整性,还要根据铸模温度对铸件的收缩性、 机械性能以及铸件表面反应层的影响来决定。因此,为了保证临床铸件的完整性,Ti-75合 金铸造时,其铸模温度以选择300 ℃为宜。

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