不同热处理对牙科银钯铸造合金显微硬度的影响

赵耀　童徐　刘嘉俊　浩志超　孟玉坤

[摘要] 目的 探讨不同热处理对牙科银钯铸造合金显微硬度的影响。方法 自制牙科银钯铸造合金，用牙科标准铸造程序制作合金试件。试件加热到900 ℃后冰水中淬火作软化热处理，然后分组分别进行硬化热处理、深冷处理、硬化热处理并深冷处理，以软化热处理组作为对照组。测试经不同热处理后合金的显微硬度，进行统计学分析。结果 与对照组相比，硬化热处理、深冷处理、硬化热处理并深冷处理均提高了合金的显微硬度，硬化热处理组提高了129%，深冷处理组提高了13%，硬化热处理并深冷处理组提高了141%。结论 硬化热处理和深冷处理均可以提高合金的显微硬度，而硬化热处理的提高更为明显；当硬化热处理和深冷处理联合应用时，二者对合金硬度的提高可产生累加效应。

[关键词] 牙科铸造合金； 时效硬化； 深冷处理； 显微硬度

[中图分类号] R 783.1 [文献标志码] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.03.005

目前国内采用的牙科铸造合金中，进口高贵金属铸造合金、贵金属铸造合金价格昂贵，而非贵金属铸造合金存在致敏性、致畸性等不利因素[1]，因此，研制低金含量钯基合金材料对开发贵金属铸造合金材料，降低修复体制作成本，提高口腔修复治疗水平有一定的现实意义。贵金属铸造合金一般都含有4种或4种以上的金属元素，部分具有时效特性，即采用不同的热处理方法处理后，合金会获得不同的物理性能[2-3]。热处理可以改变时效合金的金相结构，从而改变其物理性能[4]；深冷处理可改变合金的金相结构并去除残余应力，也可改善合金的物理性能[5]。本研究通过对自制牙科银钯铸造合金分别进行硬化热处理、深冷处理、硬化热处理并深冷处理后，观察实验合金显微硬度的变化，为进一步研发修复用牙科银钯铸造合金并改善其性能奠定基础。

1 材料和方法

1.1 材料和仪器

WS-4型非自耗真空熔炼炉（中国科学院北京物科光电技术公司），赛福尔全瓷冠玻璃渗透炉（上海

齿科材料厂），Keynes-450型工模具深冷处理装置（成都凯恩思环保科技有限公司），HXD-1000TMB/LCD型数字式显微硬度计（上海泰明光学仪器有限公司）。

1.2 合金熔炼与铸造

合金名义组分为Ag、Pd、Cu、Au，质量分数分别为47%、25%、16%、12%。按标称组分配料，然后在真空熔炼炉中熔炼。电流参数100～290 A，电压参数220 V，真空度5×10-3 Pa。熔炼成块后翻转，反复熔炼4次，自然冷却，取出备用。合金熔铸成锭。按照标准牙科铸造程序，铸造大小为10 mm×1 mm的圆片状试件20个，磨平并校正试件的尺寸。

1.3 合金热处理

试件先在程控高温电阻路中进行软化处理（sof-ten treatment，ST），从15 ℃升温到900 ℃，升温速度为15 ℃·min-1，保温30 min后在冰水中淬火；然后将试件分为4组，第1组为对照组，软化热处理后不再进行任何处理，第2组为硬化热处理组，第3组为深冷处理组，第4组为硬化热处理并深冷处理组。

硬化热处理：软化热处理后将试件在全瓷冠玻璃渗透炉中进行硬化热处理，温度为459 ℃，处理时间为10 min，处理后试件随炉冷却。深冷处理：软化热处理后将试件在工作模具深冷处理装置中从室温以2 ℃·min-1的降温速度降至-196 ℃，保温38 h，取出试件并升回室温后，200 ℃保温1 h回火。硬化热处理并深冷处理：先做硬化热处理，冷却后即刻做深冷处理。

1.4 合金显微硬度测试

硬度测试前，按常规对试件进行金相抛光，然后在显微硬度计上测定硬度，加载力为9.8 N，加载时间为10 s；每组试件中的每个试件测量10个点，求得每个试件的平均值，并计算出每组试件的平均值。

1.5 数据分析

运用SPSS 17.0统计软件包对各组合金试件显微硬度值作单因素方差分析，用SNK法进行两两比较，检验水准为双侧α=0.05。

2 结果

对照组、硬化热处理组、深冷处理组、硬化热处理并深冷处理组的显微硬度测试值分别为（1 387.52±

8.19）、（3 176.00±13.39）、（1 564.86±9.11）、（3 342.58±21.11） MPa。经统计学分析，对照组与其他3组显微硬度值的差异有统计学意义（P<0.05），可以认为硬

化热处理组、深冷处理组、硬化热处理并深冷处理组的显微硬度值均高于对照组；而硬化热处理组、深冷处理组、硬化热处理并深冷处理组间显微硬度值的差异均有统计学意义（P<0.05），硬化热处理并

深冷处理组显微硬度最高，硬化热处理组次之，再次为深冷处理组，对照组最低。比较4组显微硬度值的均数，相对于对照组而言，硬化热处理组提高了129%，深冷处理组提高了13%，硬化热处理并深冷处理组提高了141%。

3 讨论

一般来说，合金的金相结构（如金相的转变、晶粒的大小）会影响到合金的物理性能，如硬度等[6]。

Seol等[7]对Au-Ag-Pd-Cu铸造合金（标称组分质量分数：Ag40%，Cu20%，Pd20%，Au20%）的研究发现，该合金在350、400 ℃热处理时表现出明显的时效特性，合金硬度提高，其硬度的增加与Cu原子的扩散有关。与之呼应的是，田保等[8]对与本实验相同标

称组分银钯铸造合金的研究表明，该合金具有时效性，是一种多元时效合金，经热处理后该合金的硬度得到改善。合金的硬度值与热处理的温度和时间有关，在459 ℃等温时效处理10 min时硬度达到最大值3 187.5 MPa；在459 ℃有明显的相变，有Cu-Pd相析出，合金硬度提高与Cu原子的析出密切相关。

深冷处理可以提高非牙科合金的硬度[9-10]。Vi-

nothkumar等[11]发现，深冷处理提高了镍钛根管治疗

器械的切削效率，但对器械耐磨性并无明显影响。本实验对自制银钯铸造合金分别进行软化热处理、硬化热处理、深冷处理、硬化热处理并深冷处理，研究其显微硬度的变化，其中硬化热处理组实验条件根据前期研究[8]结果选为459 ℃等温时效处理10 min，深冷处理条件据材料处理前硬度和组分摸索得出。实验结果显示：与软化热处理组相比，硬化热处理、深冷处理、硬化热处理并深冷处理均能提高合金的显微硬度，硬化热处理组提高了129%，深冷处理组

提高了13%，硬化热处理并深冷处理组提高了141%。深冷处理对显微硬度的提高相对较小，硬化热处理对显微硬度的提高较大，而硬化热处理并深冷处理组较硬化热处理组仅升高了5%。由此可见，硬化热处理（459 ℃等温时效处理10 min）可以大大提升实验合金的硬度，深冷处理可在一定程度上提高合金的硬度，当硬化热处理和深冷处理联合应用时，二者会对合金的硬度产生累加效应。本实验合金在不同热处理后其微结构如何改变，显微硬度改变后相关的物理效应随时间如何减弱则需进一步研究。

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（本文编辑 吴爱华）