【摘要】　目的　探讨一种简便、有效的去除纯钛铸件表面污染层的方法。方法　室温下分别将0.2MPa、0.4MPa和0.6MPa压力下喷砂90sec的纯钛试件浸入HF：HNO3为1mol：5mol和5mol：5mol的混合酸溶液中10sec、30sec和60sec，观察反应情况，摄取酸洗后试件的金相组织照片（×400）。结果　试件在HF浓度高时反应增强，反应速度加快。金相显微镜观察0.6MPa组试件经2种混合酸溶液处理60sec后，其表面污染层均已完全去除，其它处理组试件仍可见针状结晶层残留，但残留污染层厚度随HF浓度增加和酸洗时间的延长而减小。结论　经0.6MPa压力喷砂90sec的试件在1mol：5mol（HF：HNO3）混合酸溶液中浸泡60sec即可将表面污染层完全去除。
　　【关键词】钛　　表面污染层　　酸洗

　　以往的研究表明，单纯使用喷砂的方法只能部分去除纯钛铸件表层的污染层，而表面残留有针状结晶层的纯钛，其力学及耐腐蚀性能将受到很大影响［1～3］，义齿表面是否高度抛光也直接影响义齿的修复质量［4］。使用牙科常规机械研磨钛铸件时，不但研磨量不均匀，且表层继发污染使研磨效率降低，磨削困难［5］。因此，在不断改进牙科常规机械研磨工艺的同时，学者们还着眼于其它更简便、安全的钛研磨方法［6］。本实验采用化学腐蚀的方法，对喷砂后的钛铸件进行酸处理，以期达到均匀地去除表面污染层及提高研磨效率的目的。

    材料和方法

　　1.材料与设备：①纯钛：TA2，西北有色金属研究院。②锆英石包埋料：（60％～70％ ZrO2，20％～30％ SiO2），西安**机械厂。③磷酸盐包埋料：DENSPLY，USA。④LZ-2牙科铸钛机：第四军医大学口腔医学院及洛阳通用轻工机械厂。⑤牙科用喷砂机：PSJ-2型，天津医院设备厂。⑥白刚玉（WA）：80#，中国第二砂轮厂。⑦HF溶液：40％，上海致冷剂厂。⑧HNO3溶液：65％，西安化学试剂厂。⑨广视角金相显微镜：MM-6型，Leits，Germany。
　　2.实验方法：①试件制备：将常用基托红蜡片制成10mm×10mm×1.4mm的板状蜡型，以L10mm、2mm铸道蜡线连于铸圈底座上，使用锆英石包埋料内包埋3层后，再用磷酸盐包埋料进行外包埋，每个铸型中包埋4个蜡型。包埋完成的铸型放置1h后，放入烘烤炉中焙烧，焙烧升温程序为：1h内升温至260℃，保持30min后再升至982℃，保持30min后将铸型在烤箱内缓慢冷却至300℃保持30min后，使用“LZ-2牙科铸钛机”依操作说明铸造纯钛，钛锭重30g。铸造完成后将铸圈投入冷水中急冷，去除包埋料，切除铸道后在流水下用市售牙刷刷除试件表面粘附的残余包埋料，自然干燥后备用。实验共制备纯钛试件8个，使用80# WA分别在0.2MPa、0.4MPa压力下将2个试件和0.6MPa压力下4个试件喷砂90sec，气水枪冲洗，自然干燥后备用。②酸溶液的配制：将HF和HNO3按1mol:5mol（HF：HNO3）和5mol：5mol（HF：HNO3）浓度制成混合溶液各100ml，置于有盖塑料容器中备用。③酸洗处理：在室温下将0.2MPa、0.4MPa和0.6MPa组的试件各2个分别浸入1mol：5mol和5mol：5mol混合酸溶液中60sec，再取0.6MPa压力下喷砂的试件2个分别浸入1mol：5mol混合酸溶液中10sec和30sec，酸洗后流水冲洗，再经气水枪冲洗、吹干备用。当试件浸入酸溶液时，要用塑料镊子夹持并不停晃动。④肉眼观察：在试件浸渍过程中及结束后观察其表面的变化。⑤金相观察：将酸洗过的试件按金相要求制备，放大400倍摄取金相组织照片。

    结　　果

　　1.肉眼观察结果：钛铸件在不同比例混合酸溶液中的反应强度不同。在1mol：5mol混合酸溶液中，可见钛铸件表面不断有细小气泡产生；而钛铸件在5mol：5mol混合酸溶液中，有大量而密集的细小气泡产生，表明混合酸溶液中HF浓度******则与钛的反应增强，反应速度加快。经喷砂后的钛铸件表面呈灰黑色。在混合酸溶液中浸渍时，随时间延长铸件表面逐渐变成灰白色，进而呈金属光泽。

  　2.金相观察结果：图1、图2为纯钛试件分别为0.6MPa组在浓度为1mol：5mol或5mol：5mol混合酸溶液中浸泡60sec后试件横断面的表层金相图。可见0.6MPa组试件经2种混合酸溶液处理后，其表面污染层均已完全去除，但0.2MPa和0.4MPa组在2种混合酸溶液处理后均可见层状针状结晶层残留；0.4MPa组比0.2MPa组的试件在相同的酸溶液中处理后的残留针状结晶层薄。图3和图4为0.6MPa组在浓度为1mol：5mol混合酸溶液中浸泡10sec和30sec后试件横断面的表层组织金相图。图中均可见层状的针状结晶层，但酸洗30sec后试件横断面表层的针状结晶层厚度比浸泡10sec后的试件薄。

    讨　　论

　　由于所用铸钛系统铸造的纯钛表面的污染层厚度约为75μm，并且厚度均匀，因此去除纯钛表面的污染层时采用均匀去除表层组织的方法更适宜。工业上通常采用酸溶解去除金属表面污染层（酸洗），其目的即是使金属表层均匀溶解，去除氧化皮［7］，可有效地均匀去除纯钛铸件表面的污染层，克服机械研磨去除量不均匀的缺点。
　　玉置幸道等［8］认为室温下HF溶液对钛的溶解量远大于HCL和H2SO4溶液，而且1.5％或2.5％的低浓度HF即可在很短时间内使钛大量溶解，表面粗糙度快速改善，表面硬度也下降。由于钛及其合金在HF溶液中于室温下即可大量溶解析H2（6HF+2Ti=2TiF3+3H2↑），而在HNO3溶液中呈钝化反应，表面钝化层的化学性质极为稳定［9］。可见，在HF溶液中加入HNO3溶液不但可控制钛的腐蚀速度，而且可以显著降低由于钛铸件表面渗氢而导致氢脆的危险［7］，所以本实验中采用HF和HNO3的混合酸溶液作纯钛铸件的酸洗液。
　　钛在HF和HNO3混合溶液中的溶解量与HF与HNO3的浓度有关［10］，前者摩尔浓度高，后者摩尔浓度低时溶解量大；HF浓度低时对钛的溶解量小，但可得到较平滑的表面，且较易掌握溶解量。
　　本实验也证实了HF浓度******，反应速度明显加快，并且0.6MPa压力下喷砂的试件在浓度为1mol：5mol混合酸溶液中浸泡60sec就可将表面污染层完全去除，因此，使用较高压力喷砂的钛铸件在低浓度HF与HNO3混合酸溶液中浸泡60sec就可达到完全去除表面污染层的目的。为了避免过快的反应速度使钛铸件溶解量难于控制，不利于铸件精度的保持，同时若渗氢增加，还将使铸件的力学性质变差，在实际应用中，使用较低浓度HF和HNO3混合酸去除钛铸件表面污染层较为适宜。

图1　　0.6MPa喷砂试件在1mol：5mol混合酸溶液中浸泡60sec后表 面结构金相图（×400）

图2　0.6MPa喷砂试件在5mol：5mol混合酸 溶液中浸泡60sec后表面结构金相图（×400）

图3　0.6MPa喷砂试件 在1mol：5mol混合酸溶液中浸泡10sec后表面结构金相图（×400）　

图4 0.6MPa喷砂试件在1mol：5mol混合酸溶液中浸泡30sec后表面结构金相图（×400）

    参考文献

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