钛合金应用1.doc

钛是周期表中第B类元素，外观似钢，熔点达1 672 ，属难熔金属。钛在地壳中含量较丰富，远高于Cu、Zn、Sn、Pb等常见金属。我国钛的资源极为丰富，仅四川攀枝花地区发现的特大型钒钛磁铁矿中，伴生钛金属储量约达4.2亿吨，接近国外探明钛储量的总和。纯钛机械性能强，可塑性好，易于加工，如有杂质，特别是0、N、C等元素存在，会提高钛的强度和硬度，但会降低其塑性，增加脆性。钛是容易钝化的金属，且在含氧环境中，其钝化膜在受到破坏后还能自行愈合。因此，钛对空气、水和若干腐蚀介质都是稳定的。钛和钛合金有优异的耐蚀性，只能被氢氟酸和中等浓度的强碱溶液所侵蚀。特别是钛对海水很稳定，将钛或钛合金放入海水中数年，取出后，仍光亮如初，远优于不锈钢。钛的另一重要特性是密度小。其强度是不锈钢的3.5倍，铝合金的1.3倍，是目前所有工业金属材料中最高的。液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。合金元素如A1、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善钛的性能，以适应不同部门的需要。例如，Ti-A1-Sn合金有很高的热稳定性，可在相当高的温度下长时间工作；以Ti-Al-V合金为代表的超塑性合金，可以50150地伸长加工成型，其最大伸长可达到2 000。而一般合金的塑性加工的伸长率最大不超过30。由于上述优异性能，钛享有“未来的金属”的美称，钛合金已广泛用于国民经济各部门，它是火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料。船舶、化工、电子器件和通讯设备以及若干轻工业部门中要大量应用钛合金，只是目前钛的价格较昂贵，限制了它的广泛使用。 钛及含钛合金铸造修复体(上) 91钛的基本知识及在牙科铸造修复体中的应用钛在地球中的蕴藏量列第九位。而作为金属元素，仅次于铝、铁、镁，居第四位。1791年，英国人Gregor最先发现钛这种元素，并以古希腊的泰坦神命名，其含义是金属中的巨人。但该元素与氧、氮、碳有极强的亲和性，易氧化，不易提炼，作为金属元素被单独分离出来是在20世纪。由于钛具有比重轻，比强度高，耐腐蚀性强及生物相容性好等优点，已被广用于航天、航空、电力、石油化工、通迅、轻工、医疗等领域中。牙科领域从60年代开始使用纯钛制作种植体的人造牙根部分，70年代用于矫治牙列不齐的矫治丝，80年代初发展了冠、桥及义齿支架的铸造技术。同时，由于钛铸件易产生缺陷而发明了牙科用焊接机。到90年代钛及含钛合金在牙科领域中的应用越来越普及。 第四军医大学与洛阳轻工通用机械厂从1993年起联合研制牙科铸钛机，1995年开发出我国第一台牙科用铸钛机，为我国开展牙科铸钛技术创造了有利的条件。而且我国的钛及含钛合金价格便宜，每千克纯钛仅为钴铬合金价格的13，因而可以看到钛及含钛合金铸造修复体(Castable Ti and Ti Al-loy Prosthesis)在牙科应用的广阔前景。911钛及含钛合金的理化性能9111纯钛 纯钛的外观为银白色。根据氢、氧、氮、铁等杂质的含量不同，纯钛分为三类：TAl的含量;0.4，TA2的含量;0.5，TA3的含量;0.68。熔点为1668，高于目前牙科用高熔合金的熔点。其结晶构状低温状态时(;885)则变为空心立方晶体。比重为4.5gcm3，无磁性，热膨胀系数为9.0X10-6cm/，室温状态其抗拉强度为33.667.2kg/mm2，延展性为24.559.5，挤压强度为4055，硬度(HV)100150。铸造收缩率为1.75，是目前牙科用高熔合金中收缩率最小的一种。化学性质稳定，具有极佳的耐腐蚀性，与骨组织有很好的相容性，细胞毒性仅次于TO。牙科铸造修复体主要使用TA2。9112含钛合金目前，牙科领域所研制的含钛合金达30余种，因受各种因素的影响，真正用于牙科领域中的含钛合金种类却极少。在日本，只有了Ti6Al4V通过了厚生省的批准被用于牙科。在我国，牙科领域中所用的含钛合金种类有了l6Al4V，Ti75。开发合金化钛的目的是为了克服纯钛在制作铸造支架过程中韵缺点，以提高其强度、硬度及弹性。Ti75是西北有色金属研究院研制的新型结构含钛合金，不含有害元素V，而且Al含量仅为Ti6Al4V中A1含量的1/2，具有中强度、高韧性的特点。其耐腐蚀、抗疲劳性能均优于Ti6At4V。试验结果显示，其细胞毒性与纯钛相似，组织皮下埋植试验无肿胀、渗血及材料排斥反应，生物相容性好，是较理想的局部义齿支架铸造材料。Ti6Al4V合金的细胞毒性及生物相容性试验结果均与纯钛相似。但其抗冲击性、抗断裂韧性、抗疲劳性与Ti75相比均较低，但抗变形能力优于Ti75。试验结果显示，Ti6Al4V的流铸性能较纯钛差。 912 钛及含钛合金铸造时的流铸性特点钛及含钛合金由于熔点高、易发生铸造缺陷，欲获得符合要求的铸件，掌握其在铸造时的流动性及凝固过程是非常重要的。渡边孝一等人对此进行了X光检测和标识元素熔解法等系统研究。方法是用厚度1.4mm和0.45mm的蜡片制做出20mmX23mm的板状试件，用厚度为09mm带有圆孔状蜡网制作成25mmX25mm的蜡网试件，分别安插直径为2.5mm，长度为6mm的蜡线做铸道，每个铸型中放置述试件各一个，并在各铸道中插入直径为03mm的铂丝后进行包埋，烘烤焙烧后，分别使用纯钛和Ti6A14V进行铸造。铸造后铸件酸洗，X光进行缺陷检测。其结果显示：1.4mm含钛合金明显高于纯钛。045mm厚度的纯钛及含钛合金铸板外观均显示铸造不全，含钛合金的铸造不全率及。内部缺陷率均高于纯钛。09m出厚度的纯钛及含钛合金铸网外观均显示为铸造不全，但含钛合金的铸造不全率明显高于纯钛。在标识元素方面显示结果来看，140mm厚度的纯钛和含钛合金铸板两者无明显差异，均为F型方式。045mm厚度的纯钛及含钛合金铸板均显示为W型的充型方式，但含钛合金所形成的凝固层明显厚于纯钛。由此可指出：钛及含钛合金的液态金属流铸形式不同于现用的其它牙用合金，是在向型腔内铸人同时即形成凝固层，因而铸件的熔模不宜做得太薄，以防止铸造不全。0.9mm厚度的纯钛及含钛合金铸网方面均显示为B型的充型方式，标识元素铂丝均未被完全熔化。通过对铸网的放大观察显示，含钛合金的溶液中含有凝固粒子，铸造性能不如纯钛是由于其粘性系数大所致。该实验还得出了铸造时惰性气体的浓度左右着金属层流和紊流，当液态金属流速慢时易发生紊流。钛及含钛合金在铸造时是边注人边形成凝壳，影响着随液态金属被卷入的气体外排的通道。加压铸造的内部缺陷发生频率明显高于离心铸造。压力的大小、离心旋转的快慢左右着液态金属的铸人率。由于钛铸造时离心力明显大于压力的作用，两种形式的流铸率，有着明显的差异，两者的缺陷发生率及发生部位有着很大的区别。913牙科铸钛修复体的种类9131冠、桥修复体有人对纯钛铸造全冠桥经临床近十年的观察发现：其适合性达到甚至超过贵金属制作的冠桥的60。与镍络合金制作的冠桥相比，达到或超过其适合性的92。其中有近一半以上的冠。实验结果证明，用纯钛制作的冠桥修复体的适合性远远优于用镍络合金制作的冠桥修复体。用钛制作的45件冠桥经25年的临床观察结果显示：无一例发生明显磨损，发生变色的有四例，经再次研磨，抛光后未再发生变色现象。9132铸造支架我院对使用TA2制作的铸造支架通过近两年的观察结果显示，其适合性明显优于钴铬金属，这是由于纯钛的线收缩率较小的原因。9133钛烤瓷冠桥由于生产厂商充分看好钛烤瓷冠桥的前景，针对钛的特性，研制开发出了专用于钛金属上烤瓷的瓷粉；通过临床应用和实验室观察结果表明：钛在高于593时极易发生氧化反应。为防止其氧化，可在纯钛基底冠表面先涂布粘接剂以抑制其氧化，同时可增强其与瓷的机械结，合强度。还可在纯钛基底冠表面形成网格状纹。采用上述两种方法制作出的试件测试结果显示二者间均有良好的结合性。通过对目前市售的五种品牌钛用瓷粉与纯钛的结合强度试验结果表明，其结合强度基本上达到了现用的镍铬系金属烤瓷，有些晶牌钛和瓷粉的烧结强度还略高于镍铬合金的金瓷结合强度。钛瓷熔合冠桥已开始进入了临床应用。9134钛树脂冠桥为增加钛修复体的应用范围，已研制开发出了专门用于与钛相结合的热聚合树脂及光敏树脂。试验结果显示：当对纯钛基底冠表面用25um的氧化铝砂进行喷砂后，可增强钛金属表面的活性，对粘结材料的润湿性明显提高，而且其表面的粘结面积也比用贵金属和非贵金属的镍铬合金、钴铬合金增加1.52.5倍。临床应用显示出了良好的前景。9135种植义齿的部件以往种植义齿用的钛部件多采用机加工及粉末冶金工艺制作。随着牙科铸钛机的问世，使用钛及含钛合金铸造种植义齿部件已变为可能，目前主要用于铸造骨膜种植体的部件。9.2 钛及含钛合金铸造用包埋材料牙科铸造与工业铸造的最大差别是形态复杂，铸件小，精度要求高，每个铸件的形状均不相同，必须采用包埋料对熔模进行包埋后铸造来形成铸件，不能采用象工业产品那种制作金属模具的方法进行铸造。因而，包埋料质量的好坏将直接影响铸件的质量。921 钛及含钛合金用包埋料应具备的条件(1)在高温下具有良好的稳定性及耐火性，不易与钛及含钛合金液发生反应。(2)不能影响铸件的精度。(3)表面性状良好，不易产生内部缺陷。(4)便于操作。 (5)价廉。922钛及含钛合金用包埋料类型 9221石英石英作为高温铸造用包埋料具有许多优点，但不加以改变直接用于钛的铸造时失败率极高。即使可以铸造出完整的铸件，也会在钛铸件表面生成较厚的污染层，使铸件的机械性能降低。为了去除掉污染层要做某些处理，从而影响了钛铸件的精度。目前有报道说：在磷酸盐系包埋料中加入微锆砂粉于石英的间隙中，可使石英与液钛的接触机遇变小，铸件的品质得以提高。另外还有人试图通过改变石英的粒度或组成配比关系来提高其性能。9222氧化镁氧化镁作为钛铸造用包埋料加以研究已有较长时间，最初是使用水固化型工业氧化镁水泥。但其结固时间长；强度及操作性能差，现改用高纯度电熔氧化镁。结合剂是使用磷酸盐和硅酸乙酯。目的是为了改善与钛的反应性及操作性。也有人在以氧化镁为主的材料中，加入适量的氧化铝及锆粉，使该系的包埋料具有良好的脱砂性；表面污染极少，而且较好地解决了补偿钛铸造收缩所需的膨胀率问题。9223氧化铝由于氧化铝为基材的包埋料具有良好的耐高温性能，故较早就被作为钛用包埋料而加以研究。通过研究了解到使用氧化铝为主要耐火基材难以找到适宜的结合剂。如果是使用氧化铝溶胶，存在着结固时间长、热膨胀率小等问题。近年来还弄清了氧化铝与氧化镁通过加热(8001000)会发生反应，生成氧化铝尖晶石，而且还发现氧化铝尖晶石生成时可形成较大的热膨胀，因而成为重点研究对象。此材料所用的结合剂是磷酸盐和溶胶系。从目前使用的情况来看，其操作性能不亚于以往牙科用的高温包埋材料。 9224氧化锆 研究人员反复对氧化锆进行了研究、但目前在结合剂方面还存在一些问题。有人曾使用水、醋酸氧化锆；氧化锆溶胶等作为该材料的结合剂，但存在热膨胀率小的问题。最近推崇在该材料中加入适量的氧化钙，可使铸件的脱砂性提高，铸件表面光滑，污染层较薄。但存在结固时间快，难以操作等问题。另外，由于锆砂存在着对人体有害的放射性元素，因而研究人员认为还需进一步加以研究。9225氧化钙 氧化钙是对钛具有良好稳定性的耐火材料之一。但当氧化钙含有水份后极易变成羟基氧化钙或碳酸钙，目前还难以找到适宜的结合剂，因而其实际应用受到了影响。但有人试图用甲醇作为结合剂，并在氧化钙中加入适量的钛粉后使之具有了作为铸型的条件。据报道，该材料作为耐火材料所获得的铸件不会发生烧结现象，铸件表面呈现具有光泽的银灰色，而且铸件的机械性能好，适合性好。但这种材料同氧化锆一样，改善其操作性能是今后研究的重大课题。923常用的钛及含钛合金铸造用包埋料种类9231支架用包埋料(1)磷酸盐系于夕二中厶弋、 日本才株式会社生产，配有专用包埋液，4kg包装；复制模型使用琼脂复制材。铸型成型1小时后即可烘烤焙烧。加热方式为：从室温到300后维持30分钟，然后升温到800后维持30分钟，再升温到1170后维持30分钟，在烤箱内冷却至室温时铸造；于夕卜日本才夕株式会社生产，配有专用包埋液，4ks包装。复制模型使用琼脂复制材。铸型成型1小时后即可烘烤焙烧。加热方式为：从室温到300后维持30分钟，然后升温到1000后维持60分钟，在烤箱内冷却至室温时铸造。卜夕)白水贸易株式会社生产，250g包装。复制模型使用硅橡胶复制材。铸型成型1小时后即可烘烤焙烧。加热方式为:从室温到150后维持90分钟，然后升温到250后维持90分钟，再升温到1000后维持60分钟，在烤箱内冷却至430时铸造。 (2)氧化铝磷酸盐系CD+夕y彳：又又卜;卜 日本松风株式会社生产，1kg包装。侧模型使用硅橡胶复制材，铸型成型1小时后即可烘烤焙烧。加热方式为：从室温到900后维持120分钟，然后冷却到300时铸造。T彳y又L日本冈崎矿产物株式会社生产，2kg包装。复制模型既可用琼脂复制材，亦可用硅橡胶复制材。铸型成型1小时后即可烘烤焙烧。加热方式为：从室温到800后维持30分钟，然后升温到1050维持60分钟，在烤箱内冷却至室温时铸造。(3)镁质水泥七I-;只LC&B日本大成齿科工业株式会社生产，配有专用液，2ks装。铸型成型1小时后即可烘烤焙烧。烘烤、焙烧之前在铸造口涂布专用液，加热方式为：30分钟内从室温升温到250C后维持60分钟，然后升温到800维持60分钟。在烤箱内冷却到室温时铸造。924钛及含钛合金铸造用包埋料的选择铸钛用包埋料与铸钛机的匹配性很强，要根据铸钛机的种类选择相应的包埋料，才能取得满意的铸造效果。 93牙科铸钛机的种类及特点目前，牙科铸钛机有多种。为便于叙述，就国内、外现销售的铸钛机按熔解氛围、熔金方式、铸造方法及坩锅类型等几个方面加以介绍。931熔解氛围 9311真空方式(1)高真空泵排除空气法普通真空泵排除空气的能力较弱，为了能达到10-410-5托尔(torr)的真空度，必须使用功率较强的二级真空泵。除增加铸造机的制造成本外，还需增加排除铸造室、熔金室内空气的时间，对铸造来说是一件麻烦事。为解决这一问题，有的厂家采用缩小熔金室和铸造室的容积，取得了较好的效果。(2)“转换”排气法使用普通型真空泵反复排除铸造室、熔金室内空气和通人惰性气体的方法。目前大多数的铸钛机多采用此方法。通过试验得出反复排气及通人惰性气体的最初的13次效果最为显著，其后的效果不明显。现多数铸造系统均采取反复排气23次。基本上可以满足铸钛件的质量需要。9312惰性气体保护法利用惰性气体保护钛熔解室内氛围的方法。尽管惰性气体不会与钛发生反应，但如果纯度达不到要求或混入较多的空气，仍会影响铸钛件的质量。为此，在采用惰性气体保护下熔解、铸造钛及含钛合金之前，仍需排净铸造室、熔金室内的空气，以减少空气中氧对钛的影响。 (1)氩气保护即利用惰性气体氩气做为保护氛围，要求氩气的纯度必须达到99.99以上。其特点是气源广，价格低。(2)氦气保护即采用惰性气体氦气做为保护氛围，由于氦气在室温下的粘性系数较氩气低90，富于流动性,在较低的压力下即可熔解钛，有利于铸造的成功。但氦气价格较高，会使铸造成本增加。采用高频感应熔解钛时既可使用真空方式，亦可用惰性汽体保护，但弧熔钛方式只能使用惰性气体保护。9. 32熔解方式9321高频感应方式利用高频交流电产生的磁场，使被熔化的金属本身产生感应电流(内涡流)，通过涡电流加热钛料的方法。特点是熔北钛料的温度较均匀，但高温下的钛溶液与坩埚接触的时间较长，易使钛料受到污染。为解决这一问题，有的厂家用了悬浮熔解法，使钛料处于悬浮状态下熔解，因而钛料不会被坩埚所污染。9322弧熔解法弧熔解法是利用辅助电源使电极间发生弧放电，惰性气体产生电子和阳离子在电极间加速运动放出热电子而持续产生等离子弧，由等离子弧所产生的高热将钛料熔化。目前弧熔解法的牙科铸钛机基本上都是采用钨棒做为负极，被熔解的钛料为阳极产生弧放电法，即所谓的非消耗式电极法。由牙等离子弧所产生的温度很高，可以在较短时间内将钛料熔化。同时，此方法是从金属的上方进行加热，具有高熔钛液不与坩埚接触或接触的时间短，避免了液体钛被污染的优点。但由于弧放电是集中于某部位，当钛料量大时会出现部分熔化部分不熔化的现象，因而两极间的距离应适宜。另外还可以采取改变磁场使弧发生运动的方法来解决。933 铸造方法93. 31 差压式铸造法是利用熔金室和铸造室的压差使钛或含钛合金液体铸人铸型腔内的方法。其具体步骤为：熔金室处于较低惰性气体的压力下熔解钛料，而铸造室则一直处于排吸空气状态，如此形成了压差。当钛或含钛合金液体铸人铸道口时，从液体钛的表面加以较大的压力，使液体钛充满铸型腔内。此种方法必须使熔金室和铸造室两室间在浇铸前严密隔绝，才能保证压差的产生。9332加压铸造法在较低压力的惰性气体的保护下熔解钛料，当熔化的液体钛及含钛合金流到铸道口时，从液体钛及含钛合金的表面加以较高的压力，使液体钛铸入铸型腔内。此方法的关键是正确掌握好加压时间。因为加压时间过早，高气压提前流人铸形腔内影响液体钛及含钛合金的注入。加压时间过晚，液体钛及含钛合金已发生凝固，压力不起作用。933. 3离心铸造法 (1)单纯离心力铸造法利用离心力使掖体钛及含钛合金铸人铸型腔内的方法。由于钛的比重轻，要想使液体钛及含钛合金能充满整个铸型腔，离心力的初速度就显得极为重要。为增加初速度，有的铸钛机则采取在熔解钛或含钛合金料时，让产生离心力的马达带动铸型先旋转，待钛或含钛合金料熔解后，利用离合器与高速旋转的；马达咬合起来，以高速离心力将液体钛及含钛合金注入铸型腔内。离心方式目前有水平离心和垂直离心。(2)离心力、压力铸造法 该法是将液体钛及含钛合金利用离心力注入铸型腔内时再以惰性气体在液体钛及含钛合金的表面加一个较大的压力，以促使液体钛或含钛合金注入铸型腔内。 (3)离心力、抽吸、加压铸造法 将离心力、抽吸、加压三种方式结合起来，以提高铸钛件的成功率。其方法为：在熔解钛及含钛合金料时，从铸型的底部及四周进行抽吸排气，使熔解室和铸造室之间产生较大的压力差。当钛料熔化后，离心力促使液体钛注人铸型腔内的同时再从液体钛或含钛合金的表面加入一个较大正压力，液体钛及含钛合金在离心力、负压抽吸及液体钛或含钛合金表面的较大压力的共同作用下，促使液体钛或含钛合金快速的注入铸型腔内。934坩埚类型 9341金属坩埚 目前使用的金属坩埚多为铜制坩埚，且多用于弧熔解方式。 (1)底部开口式坩埚此种坩埚的特点是在坩埚底部设有一个使液体钛：下流的底孔，由于钛料在等离子弧的加热下，首先从钛料的顶部开始熔化，当钛料的底部熔化时，熔化的钛熔液便从下面的底孔流人铸型腔内。其优点是不会使钛熔液发生过热现象。但为了使熔化的钛液能迅速、全部注入铸型腔内，必须具有较大的正压力(或离心力)才行。同时还需根据所熔化钛料的量来合理地调整坩埚底孔的大小。(2)分离式坩埚当钛料熔化后，控制系统使坩埚分离成两半，液体钛从分离的坩埚下部流人铸型腔内。钛料均匀的熔化后才利于液体钛的下流，如果与坩埚接触的底部钛料熔化不完全时便开始下落，未熔化的钛料先到达铸道口会使铸道口阻塞，影响液体钛注入铸型腔内。(3)倾斜式坩埚当钛料熔化后，由控制系统使坩埚发生倾斜，液体钛随之注入铸型腔内。其优点是液体钛能全部瞬间流入到铸道口内，利于铸造的成功，目前差压式铸钛机基本上多采用此种类型坩埚。 934. 2氧化铝坩埚 主要用于高频熔金的离心铸造方式。要求坩埚的表面光洁度好，致密度高。为了防止坩埚材料污染液体钛料，需要在坩埚内壁涂布一层防止钛料受污染的膜。此类坩埚的不足之处是每铸造一次后，由于坩埚受热，坩埚内壁的保护膜被烧坏而使坩埚内壁表面粗糙，残留的钛料易被烧附在坩埚内。因此，必须更换新的坩埚，造成了铸造成本增加。9343高密度石墨坩埚 用高密度的石墨加工成的钛铸造用坩埚。目前已用于弧熔解方式的铸造机上。由于钛料是从上部加热熔化，使坩埚底部易受污染的钛料在未熔化时就将已熔化的液体钛利用离心力注入铸型腔内，较好地解决了坩埚材料污染钛料的问题。此种类型的坩埚在国产LZ牙科铸钛机上数百次的试验，证明效果良好。由于高密度石墨坩埚造价低，可以反复使用，降低了铸造成本。牙科铸钛机通过近十余年的研制开发，已经能较好地满足牙科铸钛的要求。因而有学者认为今后的研究重点应放在提高铸造成功率，即熔模制作、浇铸道的设置等方面，充分发挥铸钛机的能力和作用。93. 5国产髋型牙科铸钛机的使用及注意事项9351国产髋型牙科铸钛机的特点该机应用惰性气体保护下的孤熔解金属方式，并通过离心力、铸型底部及周边的负压抽吸及当液态金属浇注到铸道口时施加于液态金属表面一个较大的惰性气体正压力，以促使液体钛或含钛合金能迅速有效地注满整个铸型腔内。该机在设计时充分考虑到了牙科铸件的大小，同时能有效的在较短的时间使熔金室和铸造室形成较高的真空度、便于两室的压差形成及节约惰性气体的使用量，熔金室和铸造室体积设计得非常小。该机为了便于工作和检修，设置了自动、手动两套操作系统，使用方便、安全、准确。整个铸造过程按事先编好的程序输入该机的控制系统内，极大的简化了操作步骤。整个铸造过程只需按动一次按纽，铸造工作即可自动完成。针对牙科铸件的大小不同需采用不同重量的合金块这一特点，该机设置了可调节式熔金时间调节器，满足了不同重量的合金熔化要求。该机最大熔金量可达40g。为了提高铸造初速度，该机采用了机械储能方式。即熔金到一定时间后，电机提前旋转，很好进入正常转速(1300转分钟)，当合金熔化达到预定时间前数秒时停止输入惰性气体，以减少熔金室保护气体的浓度，降低产生内部缺陷的可能因素，又不影响电孤继续熔金。当达到熔金规定时间后，提前旋转的电机利用离合器的瞬间咬合使旋转离心臂快速旋转。旋转臂开始旋转时，熔金电极才自动切断电源，这样就确保了液体钛一直处于良好的流动状态，能快速流注到铸型腔内。9352操作步骤(1)开启电源，预热35分钟。打开惰性气体输入阀门。从烤箱中取出铸型，称量后放人铸造室内，调整其位置。(2)在熔金室的坩埚内放置适当重量的钛或含钛合金锭，调整钨极与铸锭之间的距离，使之在4.55mm之间。(3)在熔金室与铸造室之间的隔离板上放置密封圈。(4)关闭熔金室与铸造室之间的锁紧装置，旋紧铸造室的铸型紧固旋纽，使铸型与隔离板紧密接触，形成各自封闭的熔金室和铸造室。(5)调整旋转臂的平衡法码，使旋转臂两端达到平衡。(6)根据钛锭的重量调整熔金时间调节器后，即可按动自动熔金按纽，此时该机按预定程序开始工作。(7)当铸造完成，离心臂停止转动后，打开铸造机门，旋松铸型紧固旋纽，打开熔金室与铸造室之间的锁紧装置，取出铸型，放置冷水中急冷铸件(根据需要，也可待其自然冷却)。(8)用镊子取出存留在铸造室坩埚内的残余钛料，整个铸造工作即可完成。如需反复铸造时，重复上述相关程序即可。9353使用中应注意的事项(1)注意检查电极尖端情况，使电极的尖端随时处于尖锐状态，以利引弧。(2)注意调整好平衡配重。(3)机器在工作时应注意观察下列指标。真空度0.095MPa。惰性气体的压力：熔化合金时0.080.1MPa，铸造时0.30.4MPa。起弧是否正常，电流是否控制在230250A。如发现任何一项不正常时均应及时调整，必要时停机检 查后再行工作。(4)禁止在未放置铸型及密封垫的情况下输人氢气，以免损坏真空表。 (5)禁止在旋转臂未停止转动前重复起动引弧装置。(6)禁止超过规定电流长时间熔化合金。(7)两次铸造间，应间隔一定时间(510分钟)，以免烫坏铸造室与熔金室的密封橡胶圈。(8)每次铸造后应及时取出铸型及残留在坩埚内的钛料，必要时清洁熔金室内的残渣及沾附于隔离板上的包埋料残渣。94钛及含钛合金铸造修复体的制作为了便于叙述，本节只重点介绍钛及含钛合金冠桥修复体汲铸造支架的铸造技术。941冠桥修复体的工艺流程制作可卸代型模型制作熔模熔模的清洗制作铸型铸型的烘烤及焙烧铸造喷砂处理切割铸道酸处理研磨抛光完成。942铸造支架的工艺流程工作模型的测绘、设计工作模型的前期准备复制印模翻制耐火材料模型耐火材料模型的表面处理制作熔模安插铸道制作铸型铸型的烘烤与焙烧铸造喷砂切除铸道酸处理研磨一一抛光完成。通过上述的工艺流程可以看出，其制作的基本步骤与常规的冠桥、铸造支架制作工艺并无多大区别。其差异主要是在熔模的厚度、排气道的设置、铸道的安插方式、铸件的研磨工艺等方面。下面分别加以叙述。943熔模的厚度由于钛及含钛合金的比重明显轻于现用的牙科合金，液化后流动惯性小。为确保液态金属能充分注满型腔的各个部位，冠桥熔模及铸造支架熔模制作时均应注意防止过薄，特别是采用室温铸造时，冠桥熔模的厚度不宜少于0.7mmo铸造支架的熔模厚度亦应0.7mm。卡环熔模不宜过细。特别是网状结构不宜采用过细的蜡网，作者建议使用厚度0.7mm蜡网或蜡线来成型。944排气道的设置由于在铸人钛及含钛合金液体时即产生凝壳，随同液态金属卷人的空气难以从凝壳内脱出。为此，排气道的设置愈显得重要。不同类型的铸造机设置排气道的方式略有差异。采用离心铸造时，一般需在卡环末端、支架熔模靠近铸造口的最外端、网状结构的边缘以及流铸方向发生改变的部位设置排气道或储气球。、差压式铸造时，则需在卡环末端、支托末端、支架最远端及流铸方向发生改变的部位设置较大的储气球。945铸道设置钴铬合金铸造时，铸道设置的要求一般应使熔模远离热中心。使用的铸道蜡线多为圆柱形，安插的形式多采用反插法或正插法。而钛铸造时，由于所使用的包埋料种类、包埋料含氧化物多少、铸型的铸造温度以及铸钛机种类不同而有所差异。钛及含钛合金的冠熔模多采用3mm的铸道，而桥的熔模多采用3mm、4mm、5mm的蜡线形成栅栏式铸道，且铸道应尽量短。对于铸造支架采用离心铸造时，多采用侧插法安插铸道，即铸道设置在熔模的边缘。采用差压铸造时，多采用正插法，亦可采用侧插法。采用低温铸造或室温铸造时，可不考虑热中心的影响，尽量使熔模靠近浇注口，以利于钛及含钛合金掖以最快的速度流注至铸型腔的所有部位。铸道的形式可采用圆柱形的粗铸道(直径4mm)，亦可采用扇形铸道。当设置数根分铸道时应将各铸道尽量集中，不要过于分散，必要时亦应考虑设置盲管。946铸型的形式多数铸钛机具有抽真空的功能，因而铸型制作时，需制作成无圈铸型(如果用有圈铸型时，应考虑到能从铸型下部抽吸气体)。同时，由于铸钛机的类型不同，铸型的外形亦应有差异。如TICASTSVPER型铸钛机，其铸型外形要求制作成扁平状。Yoshida型铸钛机则要求将铸型制作成特殊的异形。947铸型烘烤焙烧的温度及铸造时铸型的温度要求使用磷酸盐系及改良式磷酸盐系钛用包埋料制作铸型时，一般烘烤焙烧最高温度多在9001200，而铸造温度多在室温20400C的范围内，目的是降低铸型温度，减少与钛件的氧化反应层厚度。氧化铝、氧化镁系包埋料铸型的烘烤焙烧温度多在850一1050，而铸造温度是室温20700范围。氧化锆系包埋料制作的铸型其烘烤焙烧温度多在9001100，铸造温度是600700范围。氧化钙系包埋制作的铸型，其烘烤焙烧温度多在850950，铸造温度是400600。以上的铸型烘烤焙烧温度及铸造时的铸型温度是根据包埋料的性质而决定的，但不是绝对的；在实际工作中应按厂商提供的指标进行烘烤焙烧及铸造。948铸型的冷却方式从目前的研究及第四军医大学口腔医学院临床应用结果看，为防止液体钛与包埋料之间产生较厚的污染层，采用铸造后速冷是有效可行的方法之一。通过对130余例临床病例应用情况来看，无一例是由速冷而产生变形，而且钛铸件与组织的适合性、精度均好于钴铬合金铸造支架。949铸件的表面处理方法钛及含钛合金铸件表面处理方法是否得当，将直接影响铸件表面的光亮度、耐腐蚀性及机械强度。对钛及含钛合金铸件表面处理的重视程度应不亚于对钛及含钛合金的铸人率。9491钛及含钛合金铸件表面处理工艺流程铸件从铸型中脱出一喷砂一切除铸道、排气道及储气球一酸处理一粗研磨一细研磨一抛光处理一清洗一完成。9492喷砂处理不论采用何种包埋料制作的铸型所铸造出的铸件，其表面均不同程度的存在着一定厚度的污染层。反应层能否得以完全去除，不仅关系到铸件能否达到镜面光洁度，而且与铸件的机械性能有着很大关系。试验结果证明：当钛及含钛合金铸件表面的污染层未去除干净时，其脆性明显增加。因而去除钛及含钛合金铸件表面污染层显得极为重要。钛及含钛合金铸件进行表面喷砂时，不能使用石英砂，必须使用氧化铝砂，以减少在喷砂处理时一边去除污染层，一边形成新的污染层。所用的氧化铝砂为5080#。最好是采用湿性喷砂，以降低其表面温度，避免再次产生污染层。9493化学酸处理实验证明，经过化学酸处理后的钛及含钛合金铸件在后期研磨时，可明显缩短研磨时间，降低劳动强度。经过化学酸处理的铸件，再用25ttm的玻璃丸喷砂后可直接进行抛光处理。化学酸处理是利用化学药品对金属表面进行溶解处理，使其表面达到平滑的方法之一，亦称为酸洗。众所周知，钛表面的氧化膜，有防止盐性、中性溶液、碱性溶液及各种氯化物腐蚀作用。但盐酸、硫酸、氢氟酸等物质则可对钛及含钛合金产生溶解作用，特别是氢氟酸最为有效。目前对钛及含钛合金铸件的化学酸处理，常采用比较温和的酸处理方式。其化学酸溶液的配方是：氢氟酸10，硝酸45，蒸馏水45。酸处理的时间应控制在30秒内。然后用清水充分清洗铸件。9494粗研磨对钛及含钛合金铸件粗研磨的方法即常规的砂石研磨法。钛及含钛合金铸件进行常规砂石研磨时，应注意的问题是尽量选用产热少、不产热和不易对铸件产生再次污染的砂石，如各类金属磨头、不产热砂石等。研磨的方法与研磨普通钻铬合金不同，要求研磨面积要小，压力要轻，转速高，使铸件不产生研磨性硬化现象，而且还要防止磨头的砂石粉末嵌入铸件的表面。9495细研磨即采用常规的各类金刚砂橡皮轮对钛及含钛合金铸件表面进行研磨。研磨时需注意的问题仍然是勿使铸件产热，不能造成铸件表面的研磨伤，并使整个表面达到平整光滑。(2)桶研磨法 所谓桶研磨法是将被加工铸件、研磨料、水及添加剂放入桶式研磨槽内，研磨桶产生旋转和振动，使研磨料的混合物和被加工铸件之间产生摩擦，将铸件表面研磨光滑、平整。其特点是不产生粉尘污染，劳动强度低，不会发生常规研磨过程中的产热现象。目前，日本已有商品化的桶研磨机及用于对钛及含钛合金铸件、其它金属铸件及塑料等研磨用的研磨料出售。经过实验证实，RK系列磨料的研磨效率为最高，但表面的粗糙率也是最高。SA和B系列研磨料的研磨效率虽不如RK，但被研磨后的钛铸件表面平滑度为最高。目前，第四军医大学已研制成功了国内第一台牙科用桶式研磨机。9496抛光处理(1)机械抛光法使用不同规格的软布轮或黑毛刷，蘸以钛及含钛合金专用抛光膏对钛及含钛合金表面抛光的方法。在对钛铸件进行抛光时，必须做到完全清除铸件表面污染层及未发生新的研磨硬化层。因为一旦存在表面污染层，将无法达到理想的抛光效果。抛光时仍采用高转速、轻压力的方式。作者也曾试验过使用普通的绿抛光膏对钛及含钛合金铸件进行抛光，取得了较为理想的抛光效果。经抛光后的钛及含钛合金铸件不能立即进行水洗，一定要使表面氧化膜完全形成后方可进行水洗，否则其表面会产生变暗的现象。 (2)电解抛光法钛及含钛合金铸件亦可采用电解抛光的方法使其表面达到接近钴铬合金铸件一样的镜面效果。目前，可用于钛及含钛合金电解抛光液配方有以下几种。高氯酸6 丁醇35 甲醇5924 5866V 2030Adh2乙醇90ml 丁醇10ml 氯化铝6g 氯化锌25g2430 3060V 2IOAdn2 硫酸5ml 氟化钡5g 丙三醇8ml常温 90V 1225Adn2三氯化铝10g 氯化锌45g 丁醇16ml 水32ml20 1525V 530Adh2HCl04P 100ml 醋酸酐400ml30 6070V 0205Adn29410钛及含钛合金铸件的X光检查经高度抛光后的钛及含钛合金铸件在排牙之前，需使用X光探伤仪对铸件的内部进行缺陷检查，以确保铸件能长久的发挥作用，不致因存在内部缺陷而影响使用寿命。特别是卡环支托等重要部位，如不进行X光检查探伤，极有可能导致义齿在使用时间不长时发生折断。目前对钛及含钛合金义齿支架进行内部缺陷检查的手段有多种，如使用牙科专用X光探伤装置、工业探伤仪等。使用上述方法检测，需要投入较大资金，为了方便工作，我们采用普通医用X光机对铸件进行内部缺陷检查，既方便，又经济实用，速度快，结果可靠。在使用医用X光机对钛及含钛合金铸件进行内部缺陷检查时，需要注意的问题是正确掌握好球管电压、电流及照射时间。为了能确保检测结果的真实性、可靠性，可先采用不同的球管电压、电流及照射时间进行多次X光照相，经冲洗后，根据钛及含钛合金铸件显像情况，以确定今后应采取的正确方法。95钛表面的着色处理及焊接951钛表面的着色处理对于使用纯钛制作的修复体，尽管是经过抛光处理，最终所得到的修复体表面颜色多呈银灰色，看起来不如钴铬合金的光亮度好，这是由于钛的特性所决定的。为了克服其不足，利用对其表面进行着色处理，以得到满意的表面色泽，同时提高了商用价值。特别是对钛铸件表面的适当处理后所得到的金黄色不仅弥补了钛铸件表面色泽的灰暗不足，而且审美效果远远超过了钴铬合金支架，同时还具有增强其表面耐磨性、抗腐蚀性及机械性能等效果。目前常用的表面着色方法有以下几种。9511热氧化法钛铸件抛光处理后，在大气中均匀加热到300后维持60分钟，加热到400后维持15分钟即可得到淡黄色的表面。此法简便易行，但难以控制好铸件均匀升温和准确把握时间，易发生钛铸件表面着色不均匀的缺点。但此方法有助于钛的耐腐蚀性提高。9512化学氧化法抛光后的钛铸件置于含量02的盐酸中煮沸24小时使其表面呈金色，或置于30的硝酸中煮沸24小时使其表面成为淡黄色。此方法铸件的耐腐蚀性不如热氧化法，加工时间也较长。9513阳级氧化法指在适宜的电解质溶液中，以钛为阳极，利用银、铂、钛、；锈钢等为阴极，通入一声的直流电后，利用法拉第定律，在阳极的钛表面形成氧化反应而形成氧化膜。常用的电解液有硫酸、磷酸、硼酸等。此法易受电解条件、钛铸件表面研磨程度、酸洗、脱脂等多种因素的影响。因此，要达到理想的表面着色效果，需反复实验。此方法可提高钛铸件的耐磨耗性，但其耐腐蚀性不如热氧化法。目前日本已研制成功利用电解磨料抛光技术使钛表面达到镜面研磨效果，并可使钛及含钛合金铸件表面呈18K金的金黄色、近似纯金的金黄色或其它的色泽，为钛铸件表面着色方法开辟了另一条新途径。9514氮化法钛表面的氮化方法有多种，但最为常用的方法是将钛置于氮气中，加热到750900，在钛表面形成薄薄的TiN层，呈黄金色。但此种方法形成的TiN层耐磨耗性较差，表面晶粒易发生变粗大和脆性增加等不足。除了上述方法外，还有激光氮化处理技术、离子氮化技术等。目前表面着色技术精度要求高的物品如眼镜架、服饰用品等多采用离子氮化技术处理，不仅价格低廉，而且经此方法着色后的钛表面的晶粒不易变粗，耐磨耗性及精度均较好。952钛的焊接做为齿科修复用的金属材料，金属间的焊接及铸造后铸件缺陷的修补，是使之能广泛应用所必须具备的条件。早期牙科对钛的焊接是采用吹管银焊的方法，由于当时所使用的焊料中含有有害物质镉，因而现在已不能再继续使用此种焊料作为钛的焊接。同时，随着工业技术的进步，牙科领域的钛焊接技术也有了极大的发展。9. 521电子焊接 电子焊接是使用牙科专用电子焊接机做为热源，利用有机玻璃板制作一个相对密闭的小箱子，在箱内通人一定流量的氩气(20升分钟)以形成惰性气体保护区，减少焊接时钛的氧化变性。所使用的焊料为目前牙科常用的金焊和银焊料，焊接后的强度略低于镍铬合金，但抗拉强度可达到3743kgmm2，符合临床应用的强度要求。有人利用此方法对钛与异种金属进行了焊接试验。其结果显示：与NiGr型合金的焊接强度较高，但与CoGr合金焊接强度不尽理想。上述两种方法均属于焊料焊接，即被焊物不发生熔解，而是利用焊料的润湿性使两个被焊物体结合成一体的方法。9522惰性气体钨极氩弧焊此方法又称为TIG焊。它是在以钨为主材中加入2钍所制作的钨极做为非熔化电极的负极，被焊物体为正极。焊接原理与使用该法的熔金原理相同。当两极处于适宜的距离后产生放电，使被焊件的局部被加热熔化结合成一体。焊接时在焊接区加入适量的比被焊材料纯度高一个等级的原材料填充于焊隙中，使用的氩气纯度要求达到9995。焊接时还需值得注意的问题是两被焊接区、焊料及工作区保持高度清洁，去净其表面所依附的粉尘、油脂、氧化物及水份等。必要时用硝氟酸溶液进行浸泡，以保证焊接区的洁净。利用此法焊接后色泽为银灰色、金黄色或银灰色。上述三种焊隙色泽理化性能基本上无任何改变。当色泽呈紫色或蓝色时，焊接区的延展性则有少许影响。当焊接区呈青白色、灰白色或黄白色时，说明延展性受到明显影响，焊接区脆性增加。采用此法焊接钛及含钛合金铸件具有操作简便、经济、实用的优点。9523激光焊接激光焊接是利用激光发生器所产生的拥有强光源的能束集中于某一点，使局部在瞬间达到较高的温度，使被焊接区的表面熔化而结合成一体的方法。此方法于70年代应用于牙科的焊接。但用于牙科钛及含钛合金修复体的焊接是从80年代末开始的。其优点是焊接时间较短，热影响区域小，即使是对已成形有塑料和瓷的修复体焊接也不会有影响，操作简便。但设备成本高，目前还未普及应用。采用此法对钛及含钛合金焊接时，仍需对被焊物体进行除尘、脱脂、去氧化的处理，并且需要惰性气体对焊接区加以保护。焊接时的灯电压应控制在700750V范围，氩气流量控制在5升分钟。焊接区的拉伸强度和屈服强度均接近于被焊件原材料的机械性能，焊接深度可达1mm。焊接区焊接后的色泽呈灰白色最为理想，如有色泽改变，应考虑适当调整灯电压或氩气流量。9. 524电子束焊接电子束焊接是用高能量电子束，在137Pa的高真空状态下对被焊接物的局部进行瞬间加热使之熔化，使两被焊接物结合成一体的方法。其特点是能量集中，既可对被焊接物进行单向焊接，又可进行双向焊接。焊隙部位不会产生气孔或缩孔，焊接区域机械性能好。此方法目前主要用于航天器的钛及含钛合金部件的焊接。牙科领域还未使用。但许多学者认为：电子束焊接极有可能成为牙科对钛及含钛合金焊接的一种理想的方法。惰性气体钨极氩弧焊、激光焊、电子束焊接均为被焊件的局部金属自身被熔化，使两被焊接物结合成为一体的焊接，在工业上属于熔化焊的范畴。 除了上述方法之外，工业上对钛及含钛合金的焊接还常使用离子焊、红外线焊、爆炸焊、扩散焊、摩擦焊、电阻焊等方法。96钛及含钛合金铸造常见缺陷的原因分析钛及含钛合金应用于铸造牙科修复体以来，由于其熔点高、比重轻、流铸性差、高温下易与大气中的氧、氢、氮等气体及包埋料中的某些元素发生反应，以及铸造时铸型的温度、钛溶液本身的凝固特性，钛及含钛合金铸造修复体开展时间短等因素，钛及含钛合金铸造修复体发生铸造缺陷的概率明显高于目前牙科常用的钴铬合金、镍铬合金铸造修复体。而且钛及含钛合金铸造修复体发生的铸造缺陷不仅发生在铸件的表面，而且更多的存在于肉眼无法观察到的内部。了解、掌握这些铸造缺陷产生的原因，对减少铸造缺陷、提高铸造成功率、降低成本、提高生产效率有着非常重要的现实意义。 961铸造不全 指经铸造后的铸件未完全再现原熔模的原貌，出现局部缺少的现象。产生的原因主要是：9611铸造系统的影响 小田丰对日本市场所出售的九种类型铸钛机进行了相同试件的流铸性试验研究。在对网格直径为041mm，网格边长为104mm，整个网状试件为20mmX20mm的网状结构试件铸造试验结果显示，流铸性差的只达到4456，而达到100流铸率的只有一种品牌的铸钛机。此试验所使用的网状试件采用镍铬合金和钴铬合金的铸造时全部为100，这无疑证实了铸造系统对流铸率有着至关重要的决定因素。第四军医大学和洛阳轻工通用机械厂研制开发的第一台国产LZ型牙科铸钛机进行了与上述相同试件流铸率实验，其结果显示流铸率达到95以上。因而选择适宜的铸造系统是保证铸件完整性的首要因素。其次，铸钛机经过一段时间使用后