氮掺杂二氧化钛薄膜的制备和耐腐蚀性能研究

发布时间：2017-06-25 17:12

  本文关键词：氮掺杂二氧化钛薄膜的制备和耐腐蚀性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着生活水平的提高,口腔正畸治疗在我国广大民众中越来越普及。面对形形色色的错牙合畸形,矫治用材料日新月异、矫治方法也在不断变化。应用金属合金为主要材料的固定矫治技术是当前最主流的矫治方法。但是在固定矫治技术中,具有复杂结构的不锈钢金属托槽(固定矫治器的核心装置)需粘结于牙面,对牙齿施加三维方向的力。它贯穿于长达18个月左右的正畸主动固矫治的全程。一方面,由于托槽本身结构的复杂性,托槽周围极易菌斑堆积,进而引起釉质脱矿、牙龈炎等并发症。另一方面,口腔中的温度、pH值、唾液中离子成分以及微生物组成等都具有复杂的动态变化性,不锈钢金属托槽长期在这样复杂的弱电解质环境中,就会发生不同程度的腐蚀。而目前绝大部分不锈钢金属托槽都含有不同比例的镍、铬离子。当不锈钢金属托槽发生腐蚀后,镍、铬等离子析出后在人体内蓄积并与组织细胞长期直接接触,易使人体致敏、致突变,引起细胞毒性等不良反应。而且腐蚀引起的正畸矫治器机械性能的改变也不容忽视。为了降低固定正畸矫治过程中釉质脱矿、牙龈炎等并发症的发生率,增强正畸用合金在口腔中的耐腐蚀性能,使正畸用金属合金材料,既要满足正畸临床治疗的机械性能要求,又要尽可能的降低腐蚀造成的危害,一方面,钛及其化合物以其良好的生物相容性以及化学稳定性等优点被大量的引进牙科材料的应用中；另一方面,很多先进制造工艺被应用于牙科材料领域以便增强或改善现有材料的表面性能,主要包括各种表面涂层技术和各种表面处理技术。但是到目前为止,在临床应用的正畸用金属合金材料中,很少在保持良好物理机械特性的前提下,既能消除菌斑堆积造成的釉质脱矿等并发症,又能降低腐蚀以及离子析出带来的损害。在Shah AG等和Asahi等学者研究的基础上,我们研究小组通过磁控溅射技术在国产不锈钢金属托槽表面成功制备了氮掺杂二氧化钛薄膜,实验证实氮掺杂二氧化钛薄膜具有良好的耐磨性,机械性能良好；并且可见光下具有良好的光催化抗菌、抗致龋性病原菌黏附的特性,可以推断这有利于降低釉质脱矿以及牙龈炎的发病率：而氮掺杂二氧化钛薄膜的耐腐蚀性能目前仍需进一步检测。本实验通过磁控溅射成膜技术改变时间参数在不锈钢金属托槽原材(基片)表面制备三种不同厚度的N-doped TiO2薄膜(N-doped TiO2-60mins、N-doped TiO2-120mins、N-doped TiO2-180mins),对其表面形貌和物理相结构进行表征后,在两种模拟的口腔溶液中(pH为6.75的人工唾液和1.23%的APF溶液)分别对其进行电化学腐蚀行为和浸泡后镍、铬离子析出行为检测,对N-doped TiO2薄膜在模拟的口腔溶液中的耐腐蚀性能和对镍、铬离子析出的抑制作用进行综合评价,为N-doped TiO2薄膜托槽临床的使用和推广提供实验基础,并为正畸用新型合金复合材料的抗腐蚀性研究提供实验参考。研究结果表明,通过磁控溅射成膜技术成功制备了N-doped TiO2薄膜,薄膜均匀致密,为锐钛矿结构,纳米量级,其中以N-doped TiO2-120mins组最均匀致密,点隙裂等缺陷少。在pH为6.75的人工唾液和1.23%的APF溶液(pH为3.5、含氟量0.20%)中经电化学测试,对比未镀膜组,N-doped TiO2薄膜组均显示了较好的耐腐蚀性能,其中以N-doped TiO2-120mins组最好(p0.05)。在pH为6.75的人工唾液和1.23%的APF溶液(pH为3.5、含氟量0.20%)中经离子浸泡析出检测,对比未镀膜组,N-doped TiO2薄膜组均显示了较少的镍、铬离子释出量(p0.05),其中以N-doped TiO2-120mins组最少(p0.05)。N-doped TiO2薄膜组镍、铬离子释出量远远低于世界卫生组织推荐的日摄入量。通过本研究可以得出：在pH为6.75的人工唾液和1.23%的APF溶液这两种模拟的口腔溶液环境下,N-doped TiO2薄膜可以提高不锈钢的耐腐蚀性能,降低不锈钢镍铬离子的释放量。
【关键词】：氮掺杂二氧化钛薄膜 磁控溅射技术 不锈钢托槽 耐腐蚀性能 离子释放
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R783.5
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 文献回顾10-14
• 1.1 牙科用金属合金腐蚀的定义、分类及机制10
• 1.2 牙科用金属合金口腔中发生腐蚀的原因、影响因素及危害10-12
• 1.3 牙科用金属合金腐蚀的监测方法12
• 1.4 牙科用金属合金耐腐蚀性能的增强措施12-14
• 第二章 氮掺杂二氧化钛薄膜试样的制备及表征14-21
• 2.1 材料和方法14-16
• 2.1.1 制备试样所用的主要材料、试剂、仪器设备14
• 2.1.2 氮掺杂二氧化钛薄膜试样的制备方法14-15
• 2.1.3 氮掺杂二氧化钛薄膜试样的表征方法15-16
• 2.2 结果16-19
• 2.2.1 氮掺杂二氧化钛薄膜的相结构及元素成分分析16-18
• 2.2.2 氮掺杂二氧化钛薄膜的表面及断面形貌分析18-19
• 2.3 讨论19-20
• 2.4 结论20-21
• 第三章 薄膜试样在模拟的口腔溶液环境中电化学腐蚀行为研究21-37
• 3.1 材料和方法21-24
• 3.1.1 实验材料和仪器21-22
• 3.1.2 实验方法22-23
• 3.1.3 数据统计分析方法23-24
• 3.2 结果24-32
• 3.2.1 动电位极化曲线测试结果24-28
• 3.2.2 电化学阻抗谱测试结果28-32
• 3.3 讨论32-35
• 3.3.1 关于电化学测试实验结果的讨论32-34
• 3.3.2 关于实验条件(测试溶液)的讨论34-35
• 3.4 电化学测试实验结论35-37
• 第四章 薄膜试样在模拟口腔溶液环境中镍铬离子析出行为研究37-42
• 4.1 材料和方法37-38
• 4.1.1 实验材料和仪器37
• 4.1.2 实验方法37-38
• 4.1.3 统计分析方法38
• 4.2 结果38-40
• 4.3 讨论40-41
• 4.3.1 关于离子析出实验设计的讨论40
• 4.3.2 关于离子浸泡析出测试结果的讨论40-41
• 4.4 离子浸泡析出测试实验结论41-42
• 第五章 全文总结与展望42-43
• 参考文献43-46
• 在学期间的研究成果46-47
• 致谢47

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 褚凤清;王国平;;牙科金属与合金腐蚀研究方法的进展[J];国际口腔医学杂志;2010年02期

2 陈志红;刘丽;毛英杰;;牙科合金腐蚀行为的电化学研究及影响因素[J];口腔医学;2006年05期

3 李娟;陈启林;徐小明;陈睿;;正畸合金丝在人工唾液中腐蚀行为的电化学研究[J];临床口腔医学杂志;2014年10期

4 刘博;王璐;杨文静;王妍;;银汞合金与牙科常用合金间电偶腐蚀的研究[J];重庆医科大学学报;2006年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 陈韦;AZ31镁合金表面磁控溅射氮化钛铝薄膜及其性能研究[D];重庆大学;2013年

  本文关键词：氮掺杂二氧化钛薄膜的制备和耐腐蚀性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：482913