纯钛铸件表面的酸洗

1、纯钛铸件表面的酸洗【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

2、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 Acid treatment for dental pure titanium castingsCHENG Jingtao,GUO Tianwen.（Department of Prosthodontics,Stomatological College,Fourth Military Medical University,Xian 710032）【Abstract】ObjectiveTo investigate a convenient and effective method

3、to remove contaminated layer from the surface of dnetal pure titanium castings.MethodsThe 8 pure titanium castings were sandblasted by 80# white alumina at the pressure of 0.2MPa(2),0.4MPa(2) or 0.6MPa(4) for 90sec respectively.The 2 samples of each sandblasting groups were immerged respectively int

4、o acid combinations of 1mol:5mol (HF:HNO3) and 5mol:5mol (HF:HNO3) for 60sec.The 2 samples of 0.6MPa group were immerged into 1mol:5mol (HF:HNO3) for 10sec and 30sec,respectively.Reacting conditions and metallurgical phase of each samples were observed.ResultsThe chemical reaction of titanium castin

5、gs was stronger and faster in the acid combination with higher concentration of HF.The thickness of contaminated layer of titanium castings decreased with the increase of concentration of HF and the immerged time prolonging.The whole thickness of contaminated layer of samples sandblast at the pressu

6、re of 0.6MPa was removed after immersion in the two acid combinations for 60sec.ConclusionThe titanium castings could be immerged into 1mol:5mol (HF:HNO3) acid combination for 60sec after 90sec sandblasting at the pressure of 0.6MPa in order to get rid of the whole thickness of contaminated layer of

7、 its surface.【Key words】TitaniumSurface contaminated layerAcid treatment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13，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

8、效率的目的。材料和方法1.材料与设备：纯钛：TA2，西北有色金属研究院。锆英石包埋料：(60%70% ZrO2，20%30% SiO2)，西安红旗机械厂。磷酸盐包埋料：DENSPLY?，USA。LZ-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。牙科用喷砂机：PSJ-2型，天津医院设备厂。白刚玉(WA)：80#，中国第二砂轮厂。HF溶液：40%，上海致冷剂厂。HNO3溶液：65%，西安化学试剂厂。广视角金相显微镜：MM-6型，Leits,Germany。2.实验方法：试件制备：将常用基托红蜡片制成10mm10mm1.4mm的板状蜡型，以L10mm、?2mm铸道蜡线连于铸圈底座上，使

9、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。酸溶液的

10、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。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。肉眼观察：在试件浸渍过程中及结束后观察其表面的变化。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

11、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浓度增高则与钛的反应增强，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：1、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。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.

12、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。3和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。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75m，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

13、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H

14、F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浓度增高，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。10.6

15、MPa喷砂试件在1mol：5mol混合酸溶液中浸泡60sec后表 面结构金相(400)20.6MPa喷砂试件在5mol：5mol混合酸 溶液中浸泡60sec后表面结构金相(400)30.6MPa喷砂试件 在1mol：5mol混合酸溶液中浸泡10sec后表面结构金相(400)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(400)(本文编辑韩志峰)作者单位：程静涛（710032 西安，第四军医大学口腔医学院修复科）郭天文（710032 西安，第四军医大学口腔医学院修复科）参考文献1，宫川修.?解析接变形破坏机构关研究.齿材器，1992，11(4)：559.2，土居寿.铸造体表面反应层机械的性质及影响.齿材器，1992：11(5)：817.3，土居寿.酸盐系埋没材用铸造体表面层耐食性检讨.齿材器，1992，11(4)：672.4，廖海珠.义齿磨光的光洁度标准及其所需的线速度问题.临床口腔医学杂志，1985，1(3)：164.5，田胡实，稻垣俊二，桑野晓.铸造补缀物制作现状.齿科技工，1992，20(1)：53.6，玉置幸道.简