不同熱處理對牙科銀鈀鑄造合金顯微硬度的影響

趙耀　童徐　劉嘉俊　浩志超　孟玉坤

[摘要] 目的 探討不同熱處理對牙科銀鈀鑄造合金顯微硬度的影響。方法 自制牙科銀鈀鑄造合金，用牙科標(biāo)準(zhǔn)鑄造程序制作合金試件。試件加熱到900 ℃后冰水中淬火作軟化熱處理，然后分組分別進(jìn)行硬化熱處理、深冷處理、硬化熱處理并深冷處理，以軟化熱處理組作為對照組。測試經(jīng)不同熱處理后合金的顯微硬度，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果 與對照組相比，硬化熱處理、深冷處理、硬化熱處理并深冷處理均提高了合金的顯微硬度，硬化熱處理組提高了129%，深冷處理組提高了13%，硬化熱處理并深冷處理組提高了141%。結(jié)論 硬化熱處理和深冷處理均可以提高合金的顯微硬度，而硬化熱處理的提高更為明顯；當(dāng)硬化熱處理和深冷處理聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，二者對合金硬度的提高可產(chǎn)生累加效應(yīng)。

[關(guān)鍵詞] 牙科鑄造合金； 時(shí)效硬化； 深冷處理； 顯微硬度

[中圖分類號(hào)] R 783.1 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.03.005

目前國內(nèi)采用的牙科鑄造合金中，進(jìn)口高貴金屬鑄造合金、貴金屬鑄造合金價(jià)格昂貴，而非貴金屬鑄造合金存在致敏性、致畸性等不利因素[1]，因此，研制低金含量鈀基合金材料對開發(fā)貴金屬鑄造合金材料，降低修復(fù)體制作成本，提高口腔修復(fù)治療水平有一定的現(xiàn)實(shí)意義。貴金屬鑄造合金一般都含有4種或4種以上的金屬元素，部分具有時(shí)效特性，即采用不同的熱處理方法處理后，合金會(huì)獲得不同的物理性能[2-3]。熱處理可以改變時(shí)效合金的金相結(jié)構(gòu)，從而改變其物理性能[4]；深冷處理可改變合金的金相結(jié)構(gòu)并去除殘余應(yīng)力，也可改善合金的物理性能[5]。本研究通過對自制牙科銀鈀鑄造合金分別進(jìn)行硬化熱處理、深冷處理、硬化熱處理并深冷處理后，觀察實(shí)驗(yàn)合金顯微硬度的變化，為進(jìn)一步研發(fā)修復(fù)用牙科銀鈀鑄造合金并改善其性能奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料和儀器

WS-4型非自耗真空熔煉爐（中國科學(xué)院北京物科光電技術(shù)公司），賽福爾全瓷冠玻璃滲透爐（上海

齒科材料廠），Keynes-450型工模具深冷處理裝置（成都凱恩思環(huán)?？萍加邢薰荆?，HXD-1000TMB/LCD型數(shù)字式顯微硬度計(jì)（上海泰明光學(xué)儀器有限公司）。

1.2 合金熔煉與鑄造

合金名義組分為Ag、Pd、Cu、Au，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為47%、25%、16%、12%。按標(biāo)稱組分配料，然后在真空熔煉爐中熔煉。電流參數(shù)100～290 A，電壓參數(shù)220 V，真空度5×10-3 Pa。熔煉成塊后翻轉(zhuǎn)，反復(fù)熔煉4次，自然冷卻，取出備用。合金熔鑄成錠。按照標(biāo)準(zhǔn)牙科鑄造程序，鑄造大小為10 mm×1 mm的圓片狀試件20個(gè)，磨平并校正試件的尺寸。

1.3 合金熱處理

試件先在程控高溫電阻路中進(jìn)行軟化處理（sof-ten treatment，ST），從15 ℃升溫到900 ℃，升溫速度為15 ℃·min-1，保溫30 min后在冰水中淬火；然后將試件分為4組，第1組為對照組，軟化熱處理后不再進(jìn)行任何處理，第2組為硬化熱處理組，第3組為深冷處理組，第4組為硬化熱處理并深冷處理組。

硬化熱處理：軟化熱處理后將試件在全瓷冠玻璃滲透爐中進(jìn)行硬化熱處理，溫度為459 ℃，處理時(shí)間為10 min，處理后試件隨爐冷卻。深冷處理：軟化熱處理后將試件在工作模具深冷處理裝置中從室溫以2 ℃·min-1的降溫速度降至-196 ℃，保溫38 h，取出試件并升回室溫后，200 ℃保溫1 h回火。硬化熱處理并深冷處理：先做硬化熱處理，冷卻后即刻做深冷處理。

1.4 合金顯微硬度測試

硬度測試前，按常規(guī)對試件進(jìn)行金相拋光，然后在顯微硬度計(jì)上測定硬度，加載力為9.8 N，加載時(shí)間為10 s；每組試件中的每個(gè)試件測量10個(gè)點(diǎn)，求得每個(gè)試件的平均值，并計(jì)算出每組試件的平均值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件包對各組合金試件顯微硬度值作單因素方差分析，用SNK法進(jìn)行兩兩比較，檢驗(yàn)水準(zhǔn)為雙側(cè)α=0.05。

2 結(jié)果

對照組、硬化熱處理組、深冷處理組、硬化熱處理并深冷處理組的顯微硬度測試值分別為（1 387.52±

8.19）、（3 176.00±13.39）、（1 564.86±9.11）、（3 342.58±21.11） MPa。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，對照組與其他3組顯微硬度值的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），可以認(rèn)為硬

化熱處理組、深冷處理組、硬化熱處理并深冷處理組的顯微硬度值均高于對照組；而硬化熱處理組、深冷處理組、硬化熱處理并深冷處理組間顯微硬度值的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），硬化熱處理并

深冷處理組顯微硬度最高，硬化熱處理組次之，再次為深冷處理組，對照組最低。比較4組顯微硬度值的均數(shù)，相對于對照組而言，硬化熱處理組提高了129%，深冷處理組提高了13%，硬化熱處理并深冷處理組提高了141%。

3 討論

一般來說，合金的金相結(jié)構(gòu)（如金相的轉(zhuǎn)變、晶粒的大?。?huì)影響到合金的物理性能，如硬度等[6]。

Seol等[7]對Au-Ag-Pd-Cu鑄造合金（標(biāo)稱組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)：Ag40%，Cu20%，Pd20%，Au20%）的研究發(fā)現(xiàn)，該合金在350、400 ℃熱處理時(shí)表現(xiàn)出明顯的時(shí)效特性，合金硬度提高，其硬度的增加與Cu原子的擴(kuò)散有關(guān)。與之呼應(yīng)的是，田保等[8]對與本實(shí)驗(yàn)相同標(biāo)

稱組分銀鈀鑄造合金的研究表明，該合金具有時(shí)效性，是一種多元時(shí)效合金，經(jīng)熱處理后該合金的硬度得到改善。合金的硬度值與熱處理的溫度和時(shí)間有關(guān)，在459 ℃等溫時(shí)效處理10 min時(shí)硬度達(dá)到最大值3 187.5 MPa；在459 ℃有明顯的相變，有Cu-Pd相析出，合金硬度提高與Cu原子的析出密切相關(guān)。

深冷處理可以提高非牙科合金的硬度[9-10]。Vi-

nothkumar等[11]發(fā)現(xiàn)，深冷處理提高了鎳鈦根管治療

器械的切削效率，但對器械耐磨性并無明顯影響。本實(shí)驗(yàn)對自制銀鈀鑄造合金分別進(jìn)行軟化熱處理、硬化熱處理、深冷處理、硬化熱處理并深冷處理，研究其顯微硬度的變化，其中硬化熱處理組實(shí)驗(yàn)條件根據(jù)前期研究[8]結(jié)果選為459 ℃等溫時(shí)效處理10 min，深冷處理?xiàng)l件據(jù)材料處理前硬度和組分摸索得出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：與軟化熱處理組相比，硬化熱處理、深冷處理、硬化熱處理并深冷處理均能提高合金的顯微硬度，硬化熱處理組提高了129%，深冷處理組

提高了13%，硬化熱處理并深冷處理組提高了141%。深冷處理對顯微硬度的提高相對較小，硬化熱處理對顯微硬度的提高較大，而硬化熱處理并深冷處理組較硬化熱處理組僅升高了5%。由此可見，硬化熱處理（459 ℃等溫時(shí)效處理10 min）可以大大提升實(shí)驗(yàn)合金的硬度，深冷處理可在一定程度上提高合金的硬度，當(dāng)硬化熱處理和深冷處理聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，二者會(huì)對合金的硬度產(chǎn)生累加效應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)合金在不同熱處理后其微結(jié)構(gòu)如何改變，顯微硬度改變后相關(guān)的物理效應(yīng)隨時(shí)間如何減弱則需進(jìn)一步研究。

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（本文編輯 吳愛華）