钛铸件表面离子氮化／涂层复合处理及其性能研究-论文.pdf

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1、第4l卷第3期稀有金属材料与工程Vo1．41，No．320l2年3月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGMarch2O12钛铸件表面离子氮化／涂层复合处理及其性能研究王菁，郭天文，安艳新，梁海锋，佟宇(1．第四军医大学，陕西西安710032)(2．西安工业大学，陕西西安710032)摘要：为提高口腔医学领域用纯钛铸件的表面性能，改善其美观效果，用辉光等离子氮化、脉冲电弧离子镀涂层复合处理纯钛铸件，使用扫描电镜、接触角测量系统及x射线衍射分析仪评价其表面性能及晶相结构组

2、成，再用分光测色计分析其色彩学特征。结果表明，纯钛铸件等离子氮化、镀氮化钛涂层复合处理后表面形成均匀稳定的TiN复合梯度涂层；人工唾液在复合处理试件表面的接触角(60．29~2．oo)。明显小于纯钛(73．12~3．29)。；颜色均匀美观，在CIE表色系中：61．22~0．455、：1．84±0．055、6：25．66~0．219，呈金黄色，表面晶相结构以耐磨性较好的TiN、Ti2N为主。关键词：钛铸件；辉光等离子渗氮；氮化钛(TiN)；表面形貌；色彩中图法分类号：TG146．23；TG174．

3、442文献标识码：A文章编号：1002．185X(2012)03．0518．04纯钛密度低、生物相容性极佳、能与骨形成骨融变，为临床应用提供实验依据。合[1,21，已在口腔修复、颌外、正畸领域得到广泛应用。1实验但作为义齿支架材料，尚存在颜色不美观、耐磨性较差等缺陷[3,41。试件制各分四步。(1)纯钛铸件(PT)制备：将许多学者致力于纯钛表面改性研究解决上述问纯钛铸件加工成10mm×10mm×1．2mm方形纯钛试题，TiN涂层具有耐磨性好、耐腐蚀性强，颜色随氮件。经氧化铝喷砂后表面用200#、

4、400#、600#、800#、分压的改变可呈现出美丽的金黄色等优点。近年来纯1000#、1200#以及1500#金相砂纸双面逐级打磨、抛钛表面氮化处理技术在工科领域得到广泛应用，而将光。用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15min，这些技术引入口腔医学领域进而应用于临床相对较干燥后备用。(2)等离子氮化(Nitriding)组试件处少。Zotov随访了44例不锈钢表面镀TiN膜的固定义理：采用等离子氮化炉(LD一30A)，进行辉光等离子齿患者2年，发现能显著提高不锈钢义齿的耐磨性[5]。渗氮

5、(渗氮气体为NH，设置辉光电压为750V，电但是这方面的应用却存在问题：膜／基结合较差导致的流1．8A，渗氮温度900℃，1h)。(3)镀制氮化钛涂薄膜脱落严重影响美观效果和满意度。层(TiN—coated)组试件处理：采用脉冲多弧等离子体脉冲电弧离子镀氮化钛涂层是一种物理气相沉积镀膜机(YBHnIIA．1．001型，Belarus)，制备TiN涂层(氮技术，成膜均匀稳定，但是由于涂层缺乏梯度分布特分压1．5×10Pa，弧源电流55A，基体偏压100V，1点，膜／基结合强度不高，。表面辉光等离子

6、氮化技术h)。(4)等离子氮化／氮化钛涂层复合处理(compound是一种化学热处理技术，该技术形成的涂层具有扩散nitriding，CN)组试件处理：对试件进行等离子氮化处层，N元素深入到钛基体内部，可提高膜／基结合强度，理1h后复合氮化钛涂层1h，工艺参数同上。但成膜后颜色不均匀、边缘颜色较浅【8】。如何才能使表面特性分析有(1)表面形貌观察：应用s．3400N涂层既有良好的结合强度又取得均匀一致的颜色呢?型扫描电镜(SEM)观察各组试件表面形貌；(2)接本课题组前期创造性地将这两种技术结合

7、，解决了这触角测量：使用接触角测量系统(EasyDropStandard，一难题，并已进行了耐磨性、膜／基结合强度等试验【l们。KRUSS)测量人工唾液在每组试件表面的接触角，每但是该复合涂层的表面形貌、亲疏水性能等尚未研究，次滴8uL液体于试件表面，采用数字成像技术采集液本实验进一步观察复合处理涂层的表面性能和颜色改滴影像并通过系统附带的DSA1软件分析液滴形状并收稿日期：2011-03—29基金项目：国家自然科学基金(30171022)；陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室基金(zsKJ200

8、906)作者简介：王菁，女，1984年生，硕士，第四军医大学151腔医学院，陕西西安710032，E-mail：wangjingl01l@yahoo．com．cn；通_讯作者：郭天文，教授，博士生导师，电话：029—84776252，E—mail：Gtw008@fmrnu．edu．ca第3期王菁等：钛铸件表面离子氮化／涂层复合处理及其性能研究测得接触角。记录结果为液滴左右双侧接触角的平均qn值，每个试样至少测量9个点；(3)表面晶格结构分8o析：应用XRD．7000型x射线衍射仪(XRD)分析各