齿科修复用钛—锆—铌—锡合金研制及临床应用研究

发布时间：2020-07-26 20:06

【摘要】：目的：本文针对钛及钛合金在临床应用上存在的问题研制新型口腔修复用钛合金,通过显微组织及力学性能优化合金成分,并对优化合金的摩擦磨损特性、腐蚀特性、生物学性能和铸造性能进行研究。方法： 1、合金设计、优化及制备：应用d-电子合金设计理论,将合金设计为Ti-xZr-yNb-2.5Sn (x=2.5,10,12.5,15, y=0,1,2,3,4,5,10,15,20),通过不同配比合金的组织结构和力学性能筛选合金的最佳配比。按Ti-12.5Zr-3Nb-2.5Sn (wt%)比例称取原料配制合金,测定合金差热分析曲线,设定不同时间和温度对合金进行热处理。 2、机械性能评价：试样经850℃吲溶1.5h,500℃时效3h后,测试力学性能；观察分析合金显微组织,断口形貌,物相结构,确定合金金相组织中各相的组成结构及种类。 3、摩擦磨损性能评价：使用MMV-1立式万能摩擦磨损实验机,进行二体摩擦磨损实验,以纯钛(TA2)为对照组。观察试样表面磨损形貌,分析磨屑成分,测试表面硬度及体积损失量。 4、耐腐蚀性能评价：观察合金和对照纯钛(TA2)及Ti6A14V在人工唾液中的电化学行为,比较极化曲线及极化阻力；检测合金和Ti6A14V合金在人工唾液中1、2、3、5、7、15 d的离子释出情况。 5、生物学性能评价。采用细胞毒性实验、急性全身毒性实验、口腔粘膜刺激实验、致敏性实验等体内及体外实验,评价其生物学性能。 6、铸造性能评价。采用国产LZ5型离心铸钛机铸造试样,测试合金的铸流率铸造反应层和线收缩率。结果： 1、Ti-xZr-yNb-2.5Sn合金,在Zr含量为12.5%,Nb含量为3%时,与其他配比合金相比较,具有较高的抗拉强度、延伸率、弹性模量,机械性能较佳。 2、合金相变点在769.9～841.1℃之间。合金在200℃,350℃时组织比较混乱,晶界不明显,而在500。C,3h时合金组织清楚,为等轴晶粒,晶粒大小合适,700℃时晶粒十分粗大。 3、Ti-12.5Zr-3Nb-2.5Sn合金抗拉强度为652±34.5MPa,屈服强度为590±29.8MPa,延伸率为28.3±2.4%,弹性模量为93.8±7.9Gpa。试样断口处可见明显颈缩现象,呈典型的微孔聚合型断裂方式。金相结构中晶粒组织均匀,呈现针状α分布于粗大的β晶粒中。XRD显示合金为近α相。透射电镜衍射花样标定表明试样的品体结构为密排六方的α相结构。 4、Ti-Zr-Nb-Sn合金的磨损量随载荷的增加而增大。载荷不同,合金表现为不同的磨损机制。Ti-Zr-Nb-Sn合金、天然牙釉质的磨损体积量纯钛(P0.05)。Ti-Zr-Nb-Sn合金磨损机制主要为磨粒磨损。磨屑成分分析Ti-Zr-Nb-Sn合金磨屑元素成分为Ti、Zr、Sn元素,未见Nb元素；纯钛磨损后磨屑成分主要为Ti元素。 5、Ti-6A1-4V的击穿电位(Eb,0.8 V)低于Ti-Zr-Nb-Sn合金(2.5 V)；Ti-Zr-Nb-Sn合金的维钝电流密度(icon)低于Ti6A14V。合金极化阻力高于Ti-6A1-4V。随浸泡时间增加,两种钛合金的离子溶出量均有不同程度增加,且各个时间点Ti-6A1-4V的离子溶出量均高于Ti-Zr-Nb-Sn合金。 6、合金的细胞毒性反应为0级,全身毒性实验中未见急性毒性反应,对口腔粘膜无刺激性,无皮肤致敏反应。 7、400℃时铸造,合金铸流率为100%,铸造线收缩率,表面反应层满足修复支架的铸造要求。结论： 1、合金的优化配比为Ti-12.5Zr-3Nb-2.5Sn。热处理方式为850℃固溶处理1.5小时,水淬,500℃时效处理3h。 2、Ti-12.5Zr-3Nb-2.5Sn合金经热处理后,机械性能较纯钛明显提高。 3、摩擦磨损实验表明,载荷增加可增大合金的的磨损量,导致磨损机制改变。Ti-12.5Zr-3Nb-2.5S合金较纯钛(TA2)具有更好耐磨损性能。 4、耐腐蚀研究结果表明,合金的耐腐蚀性与纯钛相近,二者均优于Ti-6A1-4V。 5、合金具有良好的生物相容性。 6、合金铸造时表面反应层和铸造线收缩率能够满足口腔修复支架的精度要求。
【学位授予单位】：天津医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：R783

【参考文献】