摘要　目的:研制适合口腔修复用的新型钛合金。方法:参考目前临床常用Co-Cr合金及Ⅳ型金合金的力学性能指标合成牙科用Ti-Zr合金,并且对Ti-Zr合金的力学性能及显微组织结构进行观察。结果:Ti-Zr合金抗拉强度795 MPa,屈服强度657 MPa,延伸率22%,弹性模量100 GPa,硬度249(HK);金相显微组织为细化的晶粒结构。结论:Ti-Zr合金是一种有发展前景的口腔修复用钛合金。 

　　目前口腔修复用金属材料主要为贵金属及非贵金属两大类。其中贵金属材料以金合金为代表,由于金合金价格较高,在我国难以广泛应用。非贵金属材料以钴铬合金、镍铬合金为代表,其价格虽较 
  

低,但因其含有对人体有害的元素镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)等,使用受到限制。 

　　钛及钛合金以其优良的生物安全性、极佳的耐腐蚀性以及适宜的力学性能已为生物材料界所重视,并已广泛地应用于人体组织。口腔修复体种类很多,对修复材料的性能要求不尽相同。纯钛的力学性能接近Ⅲ型金合金,适合于制做冠桥,而对义齿支架合金略显不足。有学者提出应用Ti6Al4V合金［1］,但其亦含有对人体有害的元素铝(Al)、钒(V),因此有必要研制新的钛合金,以适合义齿支架的制作。元素锆(Zr,zirconium)属于对人体无毒副作用的生命族元素［2］。Zr元素的添加对钛的铸造流动性影响不大,同时降低了铸造的线收缩率,强化了钛的力学性能,而且改善钛合金的焊接性能［3］。因此,本研究选择元素Zr作为主要合金化元素。 

　　1　材料和方法 

　　1.1　牙科用Ti-Zr合金的合成 

　　参考Ⅳ型金合金及目前临床常用Co-Cr合金的力学性能指标,提出新合金的主要力学性能指标,然后在选择的合金化元素中确定合金化元素的比例,进行新合金的合成。牙科用Ti-Zr合金的名义成份见表1。 

表1　Ti-Zr合金的化学成份(wt%) 

化学成份 Ti Zr Fe C N H O  
含　　量 基 12 0.25 0.10 0.03 0.015 0.15  

　　Ti-Zr合金的合成是以一级小颗粒海绵钛和原子能级海绵锆为原料,均匀混合后在500 T油压机上压制成直径30 mm长300 mm的电极,并通过钨极氩气保护电弧焊焊接成直径30 mm长900 mm的自耗电极,在5 kg电弧炉上进行2次真空自耗熔化后获得直径90 mm的新合金铸锭。铸锭截取冒口后在750 kg空气锤上锤成直径25 mm的棒材。 

　　1.2　Ti-Zr合金力学性能测试 

　　将合成的Ti-Zr合金根据国家标准加工成拉伸试样,在Instron拉伸机上进行拉伸强度(σb)、屈服强度(σ0.2)、延伸率(δ)以及弹性模量(E)的测试。 

　　1.3　显微组织观察 

　　取直径为6 mm,高度为12 mm的Ti-Zr合金,按金相要求镶样、磨光、抛光。采用3%的氢氟酸和10%的硝酸混合液进行轻度腐蚀,在金相显微镜(MeF2,奥地利)下放大200倍进行显微结构观察。 

　　1.4　显微硬度测试 

　　将金相测试的试样在MVK-500显微硬度计(日本)上,采用Knoop压头加载载荷为200 g,时间为15 s进行显微硬度测试。 

        2　结　　果 

　　2.1　力学性能特点 

　　牙科用Ti-Zr合金的主要性能指标与常用铸造合金的比较见表2。从表2中可见,Ti-Zr合金的强度较纯钛TA2明显提高;与Ⅳ型金合金比较,其屈服强度及延伸率较高,说明在用Ti-Zr合金制作义齿时,在咬合力作用下,其抗变形力及抗折断力较Ⅳ型金合金强;与Co-Cr合金比较,其延伸率明显高于Co-Cr合金,在制作义齿支架的卡环时,如果基牙的倒凹较大时,Ti-Zr合金的抗折断力要比Co-Cr合金强;Ti-Zr合金的弹性模量较低,意味着其刚性较差,与Co-Cr合金比较,在制作连接体时,在相同的厚度情况下,Co-Cr合金的抗变形力优于Ti-Zr合金,因此,必须增加Ti-Zr合金的厚度以弥补其不足。 

责任编辑：姚红祥