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喷砂对钛铸件表面结构的影响

来源:论文汇编
摘要:本项研究通过对纯钛铸件表面经不同条件喷砂后,铸件减重(Wt)与表面粗糙度(Ra值)的测定及金相观察,考察喷砂对其表面结构的影响,为纯钛铸件的后期表面处理提供实验依据。4mm的纯钛(TA2,西北有色金属研究院研制)铸件120个。依下述条件按平衡实验设计共分为24组:喷砂压力分别为0。6MPa,喷砂时间分别为:10、30、......

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  本项研究通过对纯钛铸件表面经不同条件喷砂后,铸件减重(Wt)与表面粗糙度(Ra值)的测定及金相观察,考察喷砂对其表面结构的影响,为纯钛铸件的后期表面处理提供实验依据。

  1.材料方法:用锆英石包埋料作内包埋,磷酸盐包埋料外包埋,LZ-Ⅱ型牙科铸钛机(第四军医大学口腔医学院、洛阳通用轻工机械厂共同研制)铸造10 mm×10 mm×1.4 mm的纯钛(TA2,西北有色金属研究院研制)铸件120个。依下述条件按平衡实验设计共分为 24组:喷砂压力分别为 0.2 MPa、0.4 MPa和0.6 MPa,喷砂时间分别为:10、30、60和90 s,砂粒为80#白刚玉(WA)和绿碳化硅(GC),每组5个试件。每个试件的相对面分别用WA及GC在相同压力和时间条件下喷砂,喷嘴距试件20 mm,喷射角度45°。喷砂后试件表面用气水枪冲洗,自然干燥12 h后作测试。用精密电子天平(Sartorius Basic,Germany)称重喷砂前、后的试件,计算Wt。用表面粗糙度测量仪(TR-240型,北京时代集团)测定各组中4个试件的Ra值。各组Wt及Ra值比较,均为4个测量值的均值。第5个试件按金相试件要求制备后,用广视角金相显微镜(MM-6,Leits,Germany)观察其中心横断面的表层结构。

  2.结果: 纯钛铸件的Wt随喷砂时间延长和所用压力增加而增大,且在相同的压力及时间下使用WA比GC对纯钛铸件表面的Wt大。最小Wt(1.950 mg)为使用GC、在0.2 MPa压力下喷砂10 s组,最大Wt(12.425 mg)为使用WA、在0.6 MPa压力下喷砂90 s组,二者相差达6倍多。

  喷砂前铸件Ra值为3.718 μm。经3种压力下喷砂10 s后,使用WA各组的Ra值即不再发生明显变化;而使用GC的各组经30 s后Ra值才不再发生明显变化。随着压力增大,喷砂相同后时间的铸件表面Ra值均有不同程度的降低,最小Ra值(0.915 μm)为使用WA、在0.6 MPa下喷砂30 s组。

  铸件表面污染层的金相结构由外向内明显地分为烧结层、氧化层(α-case层)、富Si-P层和树枝状结晶层,厚度约为 75 μm。喷砂90 s后,使用GC、3个压力组的钛铸件表面α-case层均被喷除;富Si-P层仍存在,但随着喷砂压力增大而变薄。使用WA的0.4 MPa压力组则无残余富Si-P层存在,在0.6 MPa压力下30 s后,α-case层和富Si-P层均已被去除,但树枝状结晶层依然存在且随喷砂时间延长而变薄。

  3.讨论 :由于相同条件下WA比GC的去除量大,去除纯钛铸件表面污染层的效果好,所以,在钛铸件喷砂时使用临床常用的刚玉砂即可。本实验中,Wt随喷砂压力的增大而增加,提示在去除表面污染层时,可使用较大压力。但义齿属精密复杂铸件,喷砂对其精度的影响需进一步探讨。纯钛铸件表面喷砂一定时间后,其Ra值基本不再变化,且金相观察表明在较短时间内去除烧结层和氧化层后,并不能在设定时间内完全去除树枝状结构层。因此可以推测,钛铸件表面Ra值在较短时间内迅速下降,然后趋于不变,反映了喷砂前后污染层不同层次的表面特性亦不同。

  尽管在实验限定条件下,污染层去除量随喷砂时间延长而增大,但金相观察表明喷砂90 s仍未能将污染层完全去除。而喷砂时可见火花产生,长时间连续喷砂是否会引起二次污染仍有待探讨。因此,喷砂后尚需进一步改进处理才能完全去除纯钛铸件表面的污染层。

 

作者: 自动采集 2005-1-1
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