研究简报



研究简报

钛植入物的表面处理对创伤治愈和骨形成的促进作用

钛植入物的表面改性必须能促进细胞增殖和分化，同时能防止感染、促进治愈并能够使植入物与骨快速结合，另外对于承担咬合力的植入物，还必须考虑周围再生骨组织的力学特性。以下概述这方面的最新研究报告。

对于牙科植入物来说，加快与骨的结合、缩短功能恢复时间对患者是很重要的。近年通过表面细微结构对钛表面进行粗化以及伴随电化学处理的表面化学构造改变等对提高与骨的结合性有利，取得了临床的实际证明。在钛表面用亲水性官能团修饰，使其易吸附细胞结合性蛋白质及体液中的无机离子，提高了形成骨头的骨芽细胞的附着力，从而促进了与骨的结合。表面形态随加工尺度的不同具有不同的效果，粗化对再生骨的物理嵌合力是重要的，但也有微尺度表面结构可诱导骨芽细胞分化的报告。

在牙科植入物治疗中，手术后的细菌感染不仅会延长治愈时间，而且可能有植入失败的风险，因此希望植入物表面对口腔细菌具有抗菌性。可通过导入抗菌物质到钛表面，如用在氯化钠溶液中阳极氧化的方法使钛表面形成阳极氧化膜的同时，析出三氯化钛结晶，其与体液接触会放出次氯酸和亚氯酸，对口腔细菌具有强力的杀灭作用。

钛表面涂覆羟基磷灰石可大大提高植入物的骨结合性能，但在植入后，其长期效果就很难保证，由于这种涂层较脆，且与基体的结合力差，会导致涂层剥离，使植入物长期生存率低，这在牙科植入物中尤为显著，牙周炎发病率明显多于没有涂层的钛植入物。研究了钛在模拟体液中的放电处理，不仅提高了与纳米羟基磷灰石的结合力，而且具有氧化钛膜这种亲水官能基团，带负电荷，可以抑制口腔细胞(表面带负电荷)的附着，从而产生抗菌效果。

由于氧化应激性的影响，导致植入物埋入治愈的血管内皮细胞、牙肉上皮基底细胞及巨噬细胞的再生能力下降。为此，要进行表面改性，增加对附着细胞的氧供给。为此研究了在磷酸二氢钠溶液中钛的放电阳极氧化处理，所获氧化膜提高了溶存氧的经时浓度，可抑制细胞的氧化应激性反应。

牙科植入物不但要求尽早与骨结合，而且要求能长期维持与周围骨适应的物理性能，因此要求再生骨具有良好的力学性能。如研究了在磷酸二氢钠溶液中的放电阳极氧化处理，表面生成非晶二氧化钛，在体液中可产生亲水性官能基，促进骨芽细胞的结合和分化，在钛表面形成石灰化组织，可提高骨组织的力学性能。

今后要在以往植入物生物适应性评价基础上，进一步探讨再生骨组织的骨质及力学性能的评价方法，以及高预见性的模拟技术。

吴全兴译自《チタン》

Ti-17合金的高压水喷射辅助切削及刀具磨损分析

法国学者Ayed Y等人使用无涂层的WC/Co刀具，分别对是否使用高压水喷射辅助装置(HPWJA)的Ti-17合金(Ti-5Al-2Sn-4Mo-2Zr-4Cr)的机加工能力进行了研究，研究了不同切削速度和喷射压力对刀具磨损以及切削力的影响。

首先对不同切削速度进行了测试，确定了最小切削速度为50 m/min。之后研究了不同切削速度和不同喷射压力对刀具磨损的影响。实验选取的切削速度为50、61、75、81、88、100 m/min，喷射压力为0(传统润滑)、5、10、15、20、25 MPa。

在切削速度为50 m/min，喷射压力为0、10、25 MPa，切削时间为30 min时，后刀面磨损量均不超过0.26 mm。在HPWJA作用下，粘附层(WC/Co)减少，导致磨损坑加深；因传统润滑比HPWJA具有更高的切削温度和摩擦系数，故磨损率更高；此外，切削碎屑和刀具间的扩散作用会形成积屑瘤。

在切削速度为75 m/min时，传统润滑下，刀具的寿命不超过3 min，而在HPWJA下，10 MPa是最佳的喷射压力，此时刀具寿命可比传统润滑提高8倍，而当喷射压力超过10 MPa时，刀具寿命会随之减少，且工件的表面由于切削碎片的作用会被划伤。

在切削速度为88 m/min时，传统润滑下，Ti-17合金是不可机加工的(刀具的寿命是1 min)；然而在高压润滑下，刀具的寿命增加到9 min；这个切削速度下也观察到了工件表面的划伤和积屑瘤，而积屑瘤是由于切削碎片在工件与刀刃之间来回“穿梭”而被焊合在刀刃上的。

在切削速度为100 m/min时，即使在HPWJA下，刀具的寿命也不超过4.5 min，而在传统润滑下，刀具寿命仅为几秒钟。

另外，作者认为切削速度增加，刀具寿命会降低，切削产生的热量不能及时散发导致了刀具的磨损。相比常规润滑，HPWJA能够极大地增加刀具的寿命，但当切削速度达到一定值时，HPWJA的作用会被削弱。最后，作者在61、81 m/min的切削速度下进行了实验，来测定刀具寿命为15 min(工业常用值)时的最大切削速度，发现在HPWJA下，切削速度能提高30%。此外，轴向力的变化是随刀具磨损而变化的，轴向力为600 N时是刀具磨损0.3 mm的标志。

石瑾译自《Precision Engineering》

多孔钛的氟腐蚀与气孔率关系

在研究多孔钛用作牙科植入材料时，必须探讨其在口腔环境下的耐蚀性。氟常作为防止龋齿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钛的气孔率与氟腐蚀的关系。

日本学者坂本裕纪采用了45、100～125、250 μm 3种不同粒径的纯钛球形粉末，用放电烧结法制成了多孔钛试样，经超声波清洗后进行浸渍试验，浸渍溶液为2%氟化钠(NaF)溶液中加1.7%磷酸(H3PO4)并调整pH值至5.0的水溶液。在37 ℃的恒温槽中保持4周时间，每3天换一次溶液，每隔1周进行表面观察和质量称量，并进行了浸渍前后力学性能的测试，以及浸渍后的表面XRD分析。

首先通过质量、表观体积及钛的密度计算得到3种不同粒径粉末制得的多孔烧结试样的气孔率，分别为22.9%、27.4%、28.0%。浸渍后测得的质量变化表明，各试样在浸渍至2周时质量增加，而后质量又减少，其中45 μm的试样质量增加最少，而100～125 μm及250 μm的试样质量增加显著。扫描电镜观察表明，试样经浸渍后表面均被析出物覆盖，第1周析出物特别明显，第4周试样失去了光泽，表明试样受到氟化物的显著腐蚀，并且变色。力学性能测试表明，浸渍前后试样压缩强度的变化不大，均与人骨相近，但弹性模量比人骨低，今后要通过改进烧结条件加以提高。XRD分析表明，浸渍后的试样表面存在含氟的衍射峰，可能是腐蚀产物Na3TiF6。

根据以上结果分析了腐蚀与气孔率的关系。粉末粒径小，比表面积大，浸渍时与液体的接触面积大，因此在理论上45 μm的试样应最易被腐蚀，但试验结果却相反。这是由于45 μm的试样气孔率小，阻碍了溶液的侵入，从而使腐蚀析出物减少。因此表面积和气孔率要同时考虑才能使多孔钛的腐蚀降至最低，今后需要更深入的研究。

吴全兴译自《チタン》

Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si合金中温变形行为的研究

Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si(也称BT3-1)是一种在汽轮机叶片领域比较常用的两相钛合金。大多数研究都是针对其800 ℃以上的变形行为，而服役温度600 ℃以下的变形行为却几乎没有被讨论过。我们必须注意到800 ℃以上的高温变形行为在很多方面完全不同于600 ℃以下的中温变形行为，比如相转变不会再发生以及变形条件将变得更加严苛。所以，之前关于该合金高温变形行为的研究对于中温变形机制的研究没有多少帮助。

伊朗德黑兰大学Ghasemi E等人研究了BT3-1钛合金在中温变形过程中的微观组织演变和流变行为。为了得到流变应力-应变曲线、微观组织和断裂表面的变化规律，拉伸和压缩实验在100～600 ℃的温度范围内进行。

研究结果表明：温度低于400 ℃时，由于滑移系有限，材料加工性能比较差。然而，随着温度升高，三角滑移系被激活，材料的成形性能大幅度提高；绝热效应导致应变速率敏感性指数呈现负数以及出现绝热剪切带；100～400 ℃的中温拉伸变形引起α相晶粒球化，并且随着温度升高，球化趋势更加显著。

孙花梅译自《Materials Science and Engineering A》