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研究簡(jiǎn)報(bào)

鈦植入物的表面處理對(duì)創(chuàng)傷治愈和骨形成的促進(jìn)作用

鈦植入物的表面改性必須能促進(jìn)細(xì)胞增殖和分化，同時(shí)能防止感染、促進(jìn)治愈并能夠使植入物與骨快速結(jié)合，另外對(duì)于承擔(dān)咬合力的植入物，還必須考慮周圍再生骨組織的力學(xué)特性。以下概述這方面的最新研究報(bào)告。

對(duì)于牙科植入物來(lái)說(shuō)，加快與骨的結(jié)合、縮短功能恢復(fù)時(shí)間對(duì)患者是很重要的。近年通過(guò)表面細(xì)微結(jié)構(gòu)對(duì)鈦表面進(jìn)行粗化以及伴隨電化學(xué)處理的表面化學(xué)構(gòu)造改變等對(duì)提高與骨的結(jié)合性有利，取得了臨床的實(shí)際證明。在鈦表面用親水性官能團(tuán)修飾，使其易吸附細(xì)胞結(jié)合性蛋白質(zhì)及體液中的無(wú)機(jī)離子，提高了形成骨頭的骨芽細(xì)胞的附著力，從而促進(jìn)了與骨的結(jié)合。表面形態(tài)隨加工尺度的不同具有不同的效果，粗化對(duì)再生骨的物理嵌合力是重要的，但也有微尺度表面結(jié)構(gòu)可誘導(dǎo)骨芽細(xì)胞分化的報(bào)告。

在牙科植入物治療中，手術(shù)后的細(xì)菌感染不僅會(huì)延長(zhǎng)治愈時(shí)間，而且可能有植入失敗的風(fēng)險(xiǎn)，因此希望植入物表面對(duì)口腔細(xì)菌具有抗菌性?？赏ㄟ^(guò)導(dǎo)入抗菌物質(zhì)到鈦表面，如用在氯化鈉溶液中陽(yáng)極氧化的方法使鈦表面形成陽(yáng)極氧化膜的同時(shí)，析出三氯化鈦結(jié)晶，其與體液接觸會(huì)放出次氯酸和亞氯酸，對(duì)口腔細(xì)菌具有強(qiáng)力的殺滅作用。

鈦表面涂覆羥基磷灰石可大大提高植入物的骨結(jié)合性能，但在植入后，其長(zhǎng)期效果就很難保證，由于這種涂層較脆，且與基體的結(jié)合力差，會(huì)導(dǎo)致涂層剝離，使植入物長(zhǎng)期生存率低，這在牙科植入物中尤為顯著，牙周炎發(fā)病率明顯多于沒(méi)有涂層的鈦植入物。研究了鈦在模擬體液中的放電處理，不僅提高了與納米羥基磷灰石的結(jié)合力，而且具有氧化鈦膜這種親水官能基團(tuán)，帶負(fù)電荷，可以抑制口腔細(xì)胞(表面帶負(fù)電荷)的附著，從而產(chǎn)生抗菌效果。

由于氧化應(yīng)激性的影響，導(dǎo)致植入物埋入治愈的血管內(nèi)皮細(xì)胞、牙肉上皮基底細(xì)胞及巨噬細(xì)胞的再生能力下降。為此，要進(jìn)行表面改性，增加對(duì)附著細(xì)胞的氧供給。為此研究了在磷酸二氫鈉溶液中鈦的放電陽(yáng)極氧化處理，所獲氧化膜提高了溶存氧的經(jīng)時(shí)濃度，可抑制細(xì)胞的氧化應(yīng)激性反應(yīng)。

牙科植入物不但要求盡早與骨結(jié)合，而且要求能長(zhǎng)期維持與周圍骨適應(yīng)的物理性能，因此要求再生骨具有良好的力學(xué)性能。如研究了在磷酸二氫鈉溶液中的放電陽(yáng)極氧化處理，表面生成非晶二氧化鈦，在體液中可產(chǎn)生親水性官能基，促進(jìn)骨芽細(xì)胞的結(jié)合和分化，在鈦表面形成石灰化組織，可提高骨組織的力學(xué)性能。

今后要在以往植入物生物適應(yīng)性評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討再生骨組織的骨質(zhì)及力學(xué)性能的評(píng)價(jià)方法，以及高預(yù)見(jiàn)性的模擬技術(shù)。

吳全興譯自《チタン》

Ti-17合金的高壓水噴射輔助切削及刀具磨損分析

法國(guó)學(xué)者Ayed Y等人使用無(wú)涂層的WC/Co刀具，分別對(duì)是否使用高壓水噴射輔助裝置(HPWJA)的Ti-17合金(Ti-5Al-2Sn-4Mo-2Zr-4Cr)的機(jī)加工能力進(jìn)行了研究，研究了不同切削速度和噴射壓力對(duì)刀具磨損以及切削力的影響。

首先對(duì)不同切削速度進(jìn)行了測(cè)試，確定了最小切削速度為50 m/min。之后研究了不同切削速度和不同噴射壓力對(duì)刀具磨損的影響。實(shí)驗(yàn)選取的切削速度為50、61、75、81、88、100 m/min，噴射壓力為0(傳統(tǒng)潤(rùn)滑)、5、10、15、20、25 MPa。

在切削速度為50 m/min，噴射壓力為0、10、25 MPa，切削時(shí)間為30 min時(shí)，后刀面磨損量均不超過(guò)0.26 mm。在HPWJA作用下，粘附層(WC/Co)減少，導(dǎo)致磨損坑加深；因傳統(tǒng)潤(rùn)滑比HPWJA具有更高的切削溫度和摩擦系數(shù)，故磨損率更高；此外，切削碎屑和刀具間的擴(kuò)散作用會(huì)形成積屑瘤。

在切削速度為75 m/min時(shí)，傳統(tǒng)潤(rùn)滑下，刀具的壽命不超過(guò)3 min，而在HPWJA下，10 MPa是最佳的噴射壓力，此時(shí)刀具壽命可比傳統(tǒng)潤(rùn)滑提高8倍，而當(dāng)噴射壓力超過(guò)10 MPa時(shí)，刀具壽命會(huì)隨之減少，且工件的表面由于切削碎片的作用會(huì)被劃傷。

在切削速度為88 m/min時(shí)，傳統(tǒng)潤(rùn)滑下，Ti-17合金是不可機(jī)加工的(刀具的壽命是1 min)；然而在高壓潤(rùn)滑下，刀具的壽命增加到9 min；這個(gè)切削速度下也觀察到了工件表面的劃傷和積屑瘤，而積屑瘤是由于切削碎片在工件與刀刃之間來(lái)回“穿梭”而被焊合在刀刃上的。

在切削速度為100 m/min時(shí)，即使在HPWJA下，刀具的壽命也不超過(guò)4.5 min，而在傳統(tǒng)潤(rùn)滑下，刀具壽命僅為幾秒鐘。

另外，作者認(rèn)為切削速度增加，刀具壽命會(huì)降低，切削產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散發(fā)導(dǎo)致了刀具的磨損。相比常規(guī)潤(rùn)滑，HPWJA能夠極大地增加刀具的壽命，但當(dāng)切削速度達(dá)到一定值時(shí)，HPWJA的作用會(huì)被削弱。最后，作者在61、81 m/min的切削速度下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，來(lái)測(cè)定刀具壽命為15 min(工業(yè)常用值)時(shí)的最大切削速度，發(fā)現(xiàn)在HPWJA下，切削速度能提高30%。此外，軸向力的變化是隨刀具磨損而變化的，軸向力為600 N時(shí)是刀具磨損0.3 mm的標(biāo)志。

石瑾譯自《Precision Engineering》

多孔鈦的氟腐蝕與氣孔率關(guān)系

在研究多孔鈦用作牙科植入材料時(shí)，必須探討其在口腔環(huán)境下的耐蝕性。氟常作為防止齲齒的元素而用于牙面涂敷材料、牙磨粉等，因此有必要研究多孔鈦的氣孔率與氟腐蝕的關(guān)系。

日本學(xué)者坂本裕紀(jì)采用了45、100～125、250 μm 3種不同粒徑的純鈦球形粉末，用放電燒結(jié)法制成了多孔鈦試樣，經(jīng)超聲波清洗后進(jìn)行浸漬試驗(yàn)，浸漬溶液為2%氟化鈉(NaF)溶液中加1.7%磷酸(H3PO4)并調(diào)整pH值至5.0的水溶液。在37 ℃的恒溫槽中保持4周時(shí)間，每3天換一次溶液，每隔1周進(jìn)行表面觀察和質(zhì)量稱量，并進(jìn)行了浸漬前后力學(xué)性能的測(cè)試，以及浸漬后的表面XRD分析。

首先通過(guò)質(zhì)量、表觀體積及鈦的密度計(jì)算得到3種不同粒徑粉末制得的多孔燒結(jié)試樣的氣孔率，分別為22.9%、27.4%、28.0%。浸漬后測(cè)得的質(zhì)量變化表明，各試樣在浸漬至2周時(shí)質(zhì)量增加，而后質(zhì)量又減少，其中45 μm的試樣質(zhì)量增加最少，而100～125 μm及250 μm的試樣質(zhì)量增加顯著。掃描電鏡觀察表明，試樣經(jīng)浸漬后表面均被析出物覆蓋，第1周析出物特別明顯，第4周試樣失去了光澤，表明試樣受到氟化物的顯著腐蝕，并且變色。力學(xué)性能測(cè)試表明，浸漬前后試樣壓縮強(qiáng)度的變化不大，均與人骨相近，但彈性模量比人骨低，今后要通過(guò)改進(jìn)燒結(jié)條件加以提高。XRD分析表明，浸漬后的試樣表面存在含氟的衍射峰，可能是腐蝕產(chǎn)物Na3TiF6。

根據(jù)以上結(jié)果分析了腐蝕與氣孔率的關(guān)系。粉末粒徑小，比表面積大，浸漬時(shí)與液體的接觸面積大，因此在理論上45 μm的試樣應(yīng)最易被腐蝕，但試驗(yàn)結(jié)果卻相反。這是由于45 μm的試樣氣孔率小，阻礙了溶液的侵入，從而使腐蝕析出物減少。因此表面積和氣孔率要同時(shí)考慮才能使多孔鈦的腐蝕降至最低，今后需要更深入的研究。

吳全興譯自《チタン》

Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si合金中溫變形行為的研究

Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si(也稱BT3-1)是一種在汽輪機(jī)葉片領(lǐng)域比較常用的兩相鈦合金。大多數(shù)研究都是針對(duì)其800 ℃以上的變形行為，而服役溫度600 ℃以下的變形行為卻幾乎沒(méi)有被討論過(guò)。我們必須注意到800 ℃以上的高溫變形行為在很多方面完全不同于600 ℃以下的中溫變形行為，比如相轉(zhuǎn)變不會(huì)再發(fā)生以及變形條件將變得更加嚴(yán)苛。所以，之前關(guān)于該合金高溫變形行為的研究對(duì)于中溫變形機(jī)制的研究沒(méi)有多少幫助。

伊朗德黑蘭大學(xué)Ghasemi E等人研究了BT3-1鈦合金在中溫變形過(guò)程中的微觀組織演變和流變行為。為了得到流變應(yīng)力-應(yīng)變曲線、微觀組織和斷裂表面的變化規(guī)律，拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn)在100～600 ℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。

研究結(jié)果表明：溫度低于400 ℃時(shí)，由于滑移系有限，材料加工性能比較差。然而，隨著溫度升高，三角滑移系被激活，材料的成形性能大幅度提高；絕熱效應(yīng)導(dǎo)致應(yīng)變速率敏感性指數(shù)呈現(xiàn)負(fù)數(shù)以及出現(xiàn)絕熱剪切帶；100～400 ℃的中溫拉伸變形引起α相晶粒球化，并且隨著溫度升高，球化趨勢(shì)更加顯著。

孫花梅譯自《Materials Science and Engineering A》