不銹鋼與鈦合金支抗微種植體骨界面組織學(xué)

從組織學(xué)和力學(xué)上比較鈦合金和不銹鋼椎弓根螺釘?shù)墓牵葆斀缑娴膮^(qū)別。方法１８只成年微型豬隨機(jī)平均分為兩組，分別接受ｌ_４．５椎板切除，ｌ_４．５鈦合金和不銹鋼椎弓根螺釘內(nèi)固定手術(shù)。兩種裝置都是ｃｃｄ類型，螺釘具有相同的形狀和大小。術(shù)后觀察３個(gè)月。ｌ_４的兩個(gè)螺釘連同椎弓根一起取下進(jìn)行組織計(jì)量學(xué)研究。ｌ_５的兩個(gè)螺釘維持原位不動(dòng)，進(jìn)行力學(xué)測(cè)試。力學(xué)測(cè)試包括螺釘?shù)呐まD(zhuǎn)試驗(yàn)和拔出試驗(yàn)。結(jié)果　螺釘扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)表明，鈦合金比不銹鋼椎弓根螺釘具有較高的扭轉(zhuǎn)扭矩（ｐ＝０．０４５，ｐ＜０．０５）、硬度（ｐ＝０．０４９，ｐ＜０．０５）。而拔出試驗(yàn)中，兩組的拔出應(yīng)力、硬度及屈服能量損耗差異無(wú)顯著性意義（分別為ｐ＝０．７８９，ｐ＝０．３１２，ｐ＝０．５０８，三者均ｐ＞０．０５）。骨與螺釘表面直接接觸在鈦合金組占４３．８％，而不銹鋼組僅為２９.４％。兩者差異有非常顯著性意義（ｐ＝０．００５，ｐ＜０.０１）。螺釘螺紋的持骨量?jī)山M之間差異無(wú)顯著性意義（ｐ＝０．１０６，ｐ＞０．０５）。結(jié)論　鈦合金材料制成的椎弓根螺釘與不銹鋼相比具有更好的螺釘界面結(jié)合。螺釘扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)對(duì)骨－螺釘界面的研究更有意義。螺釘拔出試驗(yàn)對(duì)于同等大小和形狀的不同材料的螺釘比較?

一、鈦合金 鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、 耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。世界上許多國(guó)家都認(rèn)識(shí)到鈦合金材料的重要性，相 繼對(duì)其進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，并得到了實(shí)際應(yīng)用。20世紀(jì)50～60年代，主要是發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)用 的高溫鈦合金和機(jī)體用的結(jié)構(gòu)鈦合金，70年代開(kāi)發(fā)出一批耐蝕鈦合金，80年代以來(lái)，耐蝕 鈦合金和高強(qiáng)鈦合金得到進(jìn)一步發(fā)展。鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為 火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。 鈦合金的密度一般在4.51g/cm3左右，僅為鋼的60%，純鈦的強(qiáng)度才接近普通鋼的強(qiáng)度， 一些高強(qiáng)度鈦合金超過(guò)了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度。因此鈦合金的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度)遠(yuǎn)大于其 他金屬結(jié)構(gòu)材料，可制出單位強(qiáng)度高、剛性好、質(zhì)輕的零、部件。目前飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件、 骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合

分析了鈦及鈦合金與不銹鋼的物理化學(xué)性能的差異對(duì)連接接頭性能的影響以及鈦合金與不銹鋼焊接接頭的性能,綜述了國(guó)內(nèi)外鈦及鈦合金與不銹鋼擴(kuò)散連接的發(fā)展現(xiàn)狀,展望了表面自納米化技術(shù)在鈦及鈦合金與不銹鋼擴(kuò)散連接上的運(yùn)用及發(fā)展。

“米切爾”鋼鐵股份公司是俄羅斯最大的不銹鋼薄板和卷板生產(chǎn)廠之一。該廠生產(chǎn)的鋼種很多——由低碳鋼（〈0．03％c）到高合金鋼一應(yīng)俱全。全球不銹鋼冶金發(fā)展的主要趨勢(shì)是把碳含量降到0．03％以下，這樣就不需要為了防止晶間腐蝕傾向，而加入昂貴的穩(wěn)定劑，特別是鈦。

對(duì)ta17鈦合金與1cr18ni9ti不銹鋼的焊接接頭強(qiáng)度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。采用恒溫恒壓擴(kuò)散焊、相變超塑性擴(kuò)散焊和脈沖加壓擴(kuò)散焊實(shí)現(xiàn)了鈦合金和不銹鋼的焊接,測(cè)試了焊接接頭的強(qiáng)度,并對(duì)接頭進(jìn)行了金相觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn):3種接頭的強(qiáng)度都達(dá)到了264mpa,且接頭為多層次的多相組織。物相分析發(fā)現(xiàn)鈦合金不銹鋼接頭中存在fe2ti和σ(fecr)兩種脆性金屬間化合物。脈沖加壓擴(kuò)散焊能促進(jìn)擴(kuò)散過(guò)程,減少金屬間化合物的形成,改善其分布,是一種較有前景的擴(kuò)散焊方法。

針對(duì)不銹鋼和鈦合金材料在攻絲時(shí)的難題,如何在實(shí)際加工中選取合理的攻絲條件。我們首先分析兩種材料的加工特性,又從絲錐材料、切削速度、切削液三方面說(shuō)明了對(duì)不銹鋼和鈦合金材料攻絲加工時(shí)的影響和選取方法。

國(guó)內(nèi)首創(chuàng)mt—1型磨削鈦合金及bu—1型磨削不銹鋼專用砂輪(發(fā)明專利證書(shū)號(hào)970)。最近已由國(guó)營(yíng)蘇北砂輪廠引進(jìn)開(kāi)發(fā),并批量投入生產(chǎn)。該產(chǎn)品解決了耐熱合金鋼等硬而韌材料的磨削關(guān)鍵。經(jīng)專家鑒定,其自銳性好,磨削效率比普通砂輪提高1—2倍,砂輪氣孔不易堵塞,對(duì)工件燒傷、嘴斑

鈦合金/鋼異種金屬結(jié)構(gòu)擴(kuò)散連接技術(shù)所涉及的核心問(wèn)題之一就是了解氧化及生成的金屬間化合物對(duì)接合界面組織和性能的影響及如何選擇中間層金屬。采用掃描電鏡、x射線衍射等分析手段,考察了以銅為對(duì)象的表面氧化物和生成的金屬間化合物對(duì)銅/鈦合金及鈦合金/銅/不銹鋼擴(kuò)散連接界面的組織和性能的影響。結(jié)果表明:銅表面的氧化程度對(duì)接合界面金屬間化合物生成程度影響較大,在一定版芯的氧化極限內(nèi),表面氧化越強(qiáng)烈,生成的金屬間化合物越多,不利于接頭性能的提高;但金屬間化合物對(duì)接合界面組織和性能的影響較氧化物cuo本身對(duì)接合界面性能的影響大,是影響接頭強(qiáng)度的主要原因。直接作為鈦合金的中間過(guò)渡層的銅箔不宜過(guò)厚。

采用銅和銅加釩作中間金屬,探索了鈦合金tc4與不銹鋼1cr18ni9ti的真空擴(kuò)散焊工藝,對(duì)接頭成分、組織進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:采用一層中間金屬銅進(jìn)行擴(kuò)散焊時(shí),接頭的強(qiáng)度很低,呈脆性斷裂;采用兩層中間金屬銅加釩時(shí),接頭的強(qiáng)度與銅層的相對(duì)厚度有關(guān),最高強(qiáng)度可接近母材不銹鋼強(qiáng)度的下限。

不銹鋼_鎳基合金及鈦合金的酸洗

采用金相顯微鏡、電子顯微鏡、x射線能譜儀、顯微硬度、力學(xué)試驗(yàn)等檢測(cè)手段,對(duì)ta17鈦合金/ag95cunili/0cr18ni10ti不銹鋼釬焊接頭的組織特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:釬縫中不銹鋼/釬料一側(cè),形成了三層金屬間化合物釬縫組織;在鈦合金/釬料一側(cè),形成兩個(gè)組織區(qū)域;同時(shí),銀沿鈦合金晶間擴(kuò)散;在凝固釬焊接頭的釬縫中,靠近不銹鋼一側(cè)出現(xiàn)了ti、cu的富集;靠近鈦合金一側(cè)cu原子的含量明顯升高,釬縫中心區(qū)基本上是純銀;釬縫中除不銹鋼/釬料擴(kuò)散層外,其他各微區(qū)的顯微硬度并沒(méi)有增加;從釬縫斷口分析也證明釬縫中靠近不銹鋼一側(cè)是接頭最薄弱的位置。

用相變超塑性擴(kuò)散焊法實(shí)現(xiàn)了鈦合金ta17與不銹鋼0cr18ni9ti之間的連接。研究了工藝參數(shù)對(duì)接頭強(qiáng)度的影響,得到試驗(yàn)條件下鈦合金與不銹鋼焊接的優(yōu)化工藝參數(shù)為循環(huán)上限溫度890℃,循環(huán)下限溫度800℃,循環(huán)次數(shù)10,焊接壓力5mpa,循環(huán)加熱速度30℃/s。在優(yōu)化的工藝條件下,接頭強(qiáng)度達(dá)到307mpa,而焊接時(shí)間僅為160s。對(duì)拉伸斷口進(jìn)行了掃描電鏡觀察、能譜分析和x射線衍射分析,發(fā)現(xiàn)斷裂沿feti和β-ti層之間的某一個(gè)位置發(fā)生,feti金屬間化合物層是接頭的最薄弱環(huán)節(jié)。對(duì)接頭進(jìn)行了能譜分析,結(jié)合fe-cr-ti三元相圖發(fā)現(xiàn),鈦合金與不銹鋼之間的反應(yīng)區(qū)內(nèi)依次形成了σ、fe2ti、feti和β-ti層。

通過(guò)對(duì)ta17/0cr18ni9ti相變超塑性擴(kuò)散焊接頭拉伸斷口的觀察分析,研究了其接頭的組織結(jié)構(gòu),斷裂機(jī)制。分析表明,在焊接過(guò)程中,由于鈦合金/不銹鋼兩側(cè)的ti、fe、cr等原子的互擴(kuò)散,在接頭界面處形成了β-ti、feti、fe2ti、σ等物相。由于界面處缺陷的存在以及鈦合金側(cè)拉向殘余應(yīng)力的存在,使拉伸斷裂主要發(fā)生在β-ti和feti中。分析還發(fā)現(xiàn),接頭對(duì)缺陷很敏感,焊接端面上的倒角、劃痕及孔洞會(huì)使接頭的強(qiáng)度降低。

在航天、化工等領(lǐng)域經(jīng)常需要對(duì)鈦合金和不銹鋼進(jìn)行焊接.不銹鋼和鈦合金的復(fù)合構(gòu)件能充分發(fā)揮2種材料的優(yōu)點(diǎn),并能節(jié)約寶貴的鈦資源.利用相變超塑性擴(kuò)散焊接方法,在gleeble-1500d型熱模擬試驗(yàn)機(jī)上對(duì)ta17鈦合金與0cr18ni9ti不銹鋼進(jìn)行了焊接試驗(yàn),并對(duì)熱循環(huán)上限溫度的影響、接頭拉伸強(qiáng)度、斷口形貌、顯微組織、物相組成和元素成分分布等進(jìn)行了分析.結(jié)果發(fā)現(xiàn),焊接接頭中形成了tife、tife2、固溶體等物相,而且隨著上限溫度的升高,斷口上金屬間化合物所占面積比例增大,從而造成接頭強(qiáng)度降低.

分析了鈦合金與不銹鋼的物理化學(xué)性能的差異對(duì)焊接接頭性能的影響,綜述了國(guó)內(nèi)外鈦合金與不銹鋼擴(kuò)散焊接的研究現(xiàn)狀,對(duì)鈦合金與不銹鋼的焊接界面進(jìn)行表面自納米化處理后,在擴(kuò)散焊接過(guò)程中能夠顯著提高原子擴(kuò)散系數(shù),抑制脆性金屬間化合物生長(zhǎng),改善接頭組織和提高接頭綜合性能。展望了鈦合金與不銹鋼擴(kuò)散焊接的發(fā)展趨勢(shì)。

簡(jiǎn)要介紹了俄羅斯制造雙金屬異徑轉(zhuǎn)接管的兩種焊接方法。舉例說(shuō)明了俄羅斯學(xué)者研究的不銹鋼-鈦合金轉(zhuǎn)接管的結(jié)構(gòu)及其真空擴(kuò)散焊接工藝過(guò)程。通過(guò)大量的焊接試驗(yàn)與研究,制訂了成熟的不銹鋼與鈦合金轉(zhuǎn)接管擴(kuò)散焊接工藝和相關(guān)的技術(shù)文件,擴(kuò)大了真空擴(kuò)散焊在異種金屬連接中的應(yīng)用。

對(duì)鐵合金tc4與不銹鋼icrl8ni9ti異種金屬擴(kuò)散焊接頭的結(jié)合性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、電子探針儀等對(duì)接頭進(jìn)行了微觀分析．結(jié)果表明：tc4/1cr19ni9ti直接擴(kuò)散焊時(shí)，由于母村組元的相互擴(kuò)散和遷移，在交界面附近形成了金屬間化合物層，而導(dǎo)致接頭脆斷．采用釩十銅作中間過(guò)渡金屬，則有效地防止了ti與fe、cr、ni的相互擴(kuò)散和遷移，保證了鈦合金tc4與不銹鋼1cr18ni9ti的良好連接．接頭的強(qiáng)度與軟質(zhì)中間層銅的厚度有關(guān)，最高強(qiáng)度可接近母材不銹鋼的下限．

目的評(píng)價(jià)自攻型微螺釘種植體支抗的療效。方法安氏ⅱ1錯(cuò)合患者20例，年齡在13～25歲。應(yīng)用上頜后牙區(qū)自攻型微螺釘種植體作為史抗內(nèi)收前牙，治療前、后拍攝頭顱定位側(cè)位片，并測(cè)量切牙和磨牙的治療變化。結(jié)果16例患者應(yīng)用自攻型微螺釘種植支抗順利完成正畸治療，均建立了正常的前牙覆合覆蓋關(guān)系，上頜第一磨牙在前、后向和垂直向未發(fā)生顯著性移動(dòng)，切牙在前、后向發(fā)生顯著性移位，患者的上頜凸度明顯改善。結(jié)論自攻型微螺釘種植體是一種穩(wěn)固、舒適的支抗系統(tǒng)，達(dá)到支抗磨牙的穩(wěn)定，有效治療擁擠、前突畸形。

目的:探討自攻型微螺釘種植體支抗治療牙齒正畸患者的臨床效果。方法:隨機(jī)選取到我院治療牙齒正畸患者43例,分成實(shí)驗(yàn)組(22例)和對(duì)照組(21例),對(duì)照組采取傳統(tǒng)治療,實(shí)驗(yàn)組采取自攻型微螺釘種植體支抗治療,結(jié)束后比較兩組治療效果。結(jié)果:對(duì)照組顯效10例,有效6例,無(wú)效5例,總有效率為76.2%,實(shí)驗(yàn)組顯效11例,有效9例,無(wú)效2例,總有效率為90.9%,兩組進(jìn)行差異比較,χ2=6.63,p<0.05,達(dá)到顯著水平。結(jié)論:采取自攻型微螺釘種植體支抗技術(shù)對(duì)牙齒正畸患者進(jìn)行治療,其效果要優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

通過(guò)對(duì)衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)三種常用材料(鈦合金、不銹鋼和鋁合金)的薄壁、小直徑異材管路結(jié)構(gòu)高頻感應(yīng)釬焊工藝試驗(yàn),研制出了相應(yīng)的中間層材料,優(yōu)化了焊接工藝參數(shù),并對(duì)優(yōu)化的工藝參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證,為航天器薄壁、小直徑異材管路結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

背景:種植體邊緣骨吸收直接影響著種植義齒的長(zhǎng)期穩(wěn)定及美觀,除了過(guò)度負(fù)荷及病理性炎癥兩大因素外,種植體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的因素目的:綜述種植體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與種植體邊緣骨吸收的關(guān)系。方法:應(yīng)用計(jì)算機(jī)檢索pubmed數(shù)據(jù)、sci數(shù)據(jù)庫(kù)、中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)有關(guān)種植體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及種植體邊緣骨吸收的文獻(xiàn)。英文檢索詞為"implantdesign,marginalboneloss,boneloss,bonedefect",中文檢索詞為"種植體設(shè)計(jì);邊緣骨吸收;骨吸收;骨缺損"。排除本綜述無(wú)關(guān)及重復(fù)性研究的文獻(xiàn),最后按納入標(biāo)準(zhǔn)篩選43篇文獻(xiàn)進(jìn)行綜述。結(jié)果與結(jié)論:在口腔種植治療中,避免種植體邊緣骨是能確保種植體周圍軟硬組織健康及美學(xué)修復(fù)效果基本要求,優(yōu)化種植體形態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)種植體周圍骨吸收有極大的影響。故種植修復(fù)時(shí)應(yīng)盡量考慮到以下因素:合理匹配種植體的尺寸,不同種植體選擇合理的頸部設(shè)計(jì),一體式種植體,基臺(tái)設(shè)計(jì)及種植體-基臺(tái)連接等。

表面納米化不銹鋼與鈦合金擴(kuò)散連接中的擴(kuò)散系數(shù)