不锈钢与钛合金支抗微种植体骨界面组织学

从组织学和力学上比较钛合金和不锈钢椎弓根螺钉的骨－螺钉界面的区别。方法１８只成年微型猪随机平均分为两组，分别接受ｌ_４．５椎板切除，ｌ_４．５钛合金和不锈钢椎弓根螺钉内固定手术。两种装置都是ｃｃｄ类型，螺钉具有相同的形状和大小。术后观察３个月。ｌ_４的两个螺钉连同椎弓根一起取下进行组织计量学研究。ｌ_５的两个螺钉维持原位不动，进行力学测试。力学测试包括螺钉的扭转试验和拔出试验。结果　螺钉扭转试验表明，钛合金比不锈钢椎弓根螺钉具有较高的扭转扭矩（ｐ＝０．０４５，ｐ＜０．０５）、硬度（ｐ＝０．０４９，ｐ＜０．０５）。而拔出试验中，两组的拔出应力、硬度及屈服能量损耗差异无显著性意义（分别为ｐ＝０．７８９，ｐ＝０．３１２，ｐ＝０．５０８，三者均ｐ＞０．０５）。骨与螺钉表面直接接触在钛合金组占４３．８％，而不锈钢组仅为２９.４％。两者差异有非常显著性意义（ｐ＝０．００５，ｐ＜０.０１）。螺钉螺纹的持骨量两组之间差异无显著性意义（ｐ＝０．１０６，ｐ＞０．０５）。结论　钛合金材料制成的椎弓根螺钉与不锈钢相比具有更好的螺钉界面结合。螺钉扭转试验对骨－螺钉界面的研究更有意义。螺钉拔出试验对于同等大小和形状的不同材料的螺钉比较?

一、钛合金 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、 耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相 继对其进行研究开发，并得到了实际应用。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用 的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀 钛合金和高强钛合金得到进一步发展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为 火箭、导弹和高速飞机的结构件。 钛合金的密度一般在4.51g/cm3左右，仅为钢的60%，纯钛的强度才接近普通钢的强度， 一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其 他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、 骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合

分析了钛及钛合金与不锈钢的物理化学性能的差异对连接接头性能的影响以及钛合金与不锈钢焊接接头的性能,综述了国内外钛及钛合金与不锈钢扩散连接的发展现状,展望了表面自纳米化技术在钛及钛合金与不锈钢扩散连接上的运用及发展。

“米切尔”钢铁股份公司是俄罗斯最大的不锈钢薄板和卷板生产厂之一。该厂生产的钢种很多——由低碳钢（〈0．03％c）到高合金钢一应俱全。全球不锈钢冶金发展的主要趋势是把碳含量降到0．03％以下，这样就不需要为了防止晶间腐蚀倾向，而加入昂贵的稳定剂，特别是钛。

对ta17钛合金与1cr18ni9ti不锈钢的焊接接头强度进行了实验研究。采用恒温恒压扩散焊、相变超塑性扩散焊和脉冲加压扩散焊实现了钛合金和不锈钢的焊接,测试了焊接接头的强度,并对接头进行了金相观察。结果发现:3种接头的强度都达到了264mpa,且接头为多层次的多相组织。物相分析发现钛合金不锈钢接头中存在fe2ti和σ(fecr)两种脆性金属间化合物。脉冲加压扩散焊能促进扩散过程,减少金属间化合物的形成,改善其分布,是一种较有前景的扩散焊方法。

针对不锈钢和钛合金材料在攻丝时的难题,如何在实际加工中选取合理的攻丝条件。我们首先分析两种材料的加工特性,又从丝锥材料、切削速度、切削液三方面说明了对不锈钢和钛合金材料攻丝加工时的影响和选取方法。

国内首创mt—1型磨削钛合金及bu—1型磨削不锈钢专用砂轮(发明专利证书号970)。最近已由国营苏北砂轮厂引进开发,并批量投入生产。该产品解决了耐热合金钢等硬而韧材料的磨削关键。经专家鉴定,其自锐性好,磨削效率比普通砂轮提高1—2倍,砂轮气孔不易堵塞,对工件烧伤、嘴斑

钛合金/钢异种金属结构扩散连接技术所涉及的核心问题之一就是了解氧化及生成的金属间化合物对接合界面组织和性能的影响及如何选择中间层金属。采用扫描电镜、x射线衍射等分析手段,考察了以铜为对象的表面氧化物和生成的金属间化合物对铜/钛合金及钛合金/铜/不锈钢扩散连接界面的组织和性能的影响。结果表明:铜表面的氧化程度对接合界面金属间化合物生成程度影响较大,在一定版芯的氧化极限内,表面氧化越强烈,生成的金属间化合物越多,不利于接头性能的提高;但金属间化合物对接合界面组织和性能的影响较氧化物cuo本身对接合界面性能的影响大,是影响接头强度的主要原因。直接作为钛合金的中间过渡层的铜箔不宜过厚。

采用铜和铜加钒作中间金属,探索了钛合金tc4与不锈钢1cr18ni9ti的真空扩散焊工艺,对接头成分、组织进行了分析。结果表明:采用一层中间金属铜进行扩散焊时,接头的强度很低,呈脆性断裂;采用两层中间金属铜加钒时,接头的强度与铜层的相对厚度有关,最高强度可接近母材不锈钢强度的下限。

不锈钢_镍基合金及钛合金的酸洗

采用金相显微镜、电子显微镜、x射线能谱仪、显微硬度、力学试验等检测手段,对ta17钛合金/ag95cunili/0cr18ni10ti不锈钢钎焊接头的组织特征进行了分析。结果表明:钎缝中不锈钢/钎料一侧,形成了三层金属间化合物钎缝组织;在钛合金/钎料一侧,形成两个组织区域;同时,银沿钛合金晶间扩散;在凝固钎焊接头的钎缝中,靠近不锈钢一侧出现了ti、cu的富集;靠近钛合金一侧cu原子的含量明显升高,钎缝中心区基本上是纯银;钎缝中除不锈钢/钎料扩散层外,其他各微区的显微硬度并没有增加;从钎缝断口分析也证明钎缝中靠近不锈钢一侧是接头最薄弱的位置。

用相变超塑性扩散焊法实现了钛合金ta17与不锈钢0cr18ni9ti之间的连接。研究了工艺参数对接头强度的影响,得到试验条件下钛合金与不锈钢焊接的优化工艺参数为循环上限温度890℃,循环下限温度800℃,循环次数10,焊接压力5mpa,循环加热速度30℃/s。在优化的工艺条件下,接头强度达到307mpa,而焊接时间仅为160s。对拉伸断口进行了扫描电镜观察、能谱分析和x射线衍射分析,发现断裂沿feti和β-ti层之间的某一个位置发生,feti金属间化合物层是接头的最薄弱环节。对接头进行了能谱分析,结合fe-cr-ti三元相图发现,钛合金与不锈钢之间的反应区内依次形成了σ、fe2ti、feti和β-ti层。

通过对ta17/0cr18ni9ti相变超塑性扩散焊接头拉伸断口的观察分析,研究了其接头的组织结构,断裂机制。分析表明,在焊接过程中,由于钛合金/不锈钢两侧的ti、fe、cr等原子的互扩散,在接头界面处形成了β-ti、feti、fe2ti、σ等物相。由于界面处缺陷的存在以及钛合金侧拉向残余应力的存在,使拉伸断裂主要发生在β-ti和feti中。分析还发现,接头对缺陷很敏感,焊接端面上的倒角、划痕及孔洞会使接头的强度降低。

在航天、化工等领域经常需要对钛合金和不锈钢进行焊接.不锈钢和钛合金的复合构件能充分发挥2种材料的优点,并能节约宝贵的钛资源.利用相变超塑性扩散焊接方法,在gleeble-1500d型热模拟试验机上对ta17钛合金与0cr18ni9ti不锈钢进行了焊接试验,并对热循环上限温度的影响、接头拉伸强度、断口形貌、显微组织、物相组成和元素成分分布等进行了分析.结果发现,焊接接头中形成了tife、tife2、固溶体等物相,而且随着上限温度的升高,断口上金属间化合物所占面积比例增大,从而造成接头强度降低.

分析了钛合金与不锈钢的物理化学性能的差异对焊接接头性能的影响,综述了国内外钛合金与不锈钢扩散焊接的研究现状,对钛合金与不锈钢的焊接界面进行表面自纳米化处理后,在扩散焊接过程中能够显著提高原子扩散系数,抑制脆性金属间化合物生长,改善接头组织和提高接头综合性能。展望了钛合金与不锈钢扩散焊接的发展趋势。

简要介绍了俄罗斯制造双金属异径转接管的两种焊接方法。举例说明了俄罗斯学者研究的不锈钢-钛合金转接管的结构及其真空扩散焊接工艺过程。通过大量的焊接试验与研究,制订了成熟的不锈钢与钛合金转接管扩散焊接工艺和相关的技术文件,扩大了真空扩散焊在异种金属连接中的应用。

对铁合金tc4与不锈钢icrl8ni9ti异种金属扩散焊接头的结合性能进行了试验研究，利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针仪等对接头进行了微观分析．结果表明：tc4/1cr19ni9ti直接扩散焊时，由于母村组元的相互扩散和迁移，在交界面附近形成了金属间化合物层，而导致接头脆断．采用钒十铜作中间过渡金属，则有效地防止了ti与fe、cr、ni的相互扩散和迁移，保证了钛合金tc4与不锈钢1cr18ni9ti的良好连接．接头的强度与软质中间层铜的厚度有关，最高强度可接近母材不锈钢的下限．

目的评价自攻型微螺钉种植体支抗的疗效。方法安氏ⅱ1错合患者20例，年龄在13～25岁。应用上颌后牙区自攻型微螺钉种植体作为史抗内收前牙，治疗前、后拍摄头颅定位侧位片，并测量切牙和磨牙的治疗变化。结果16例患者应用自攻型微螺钉种植支抗顺利完成正畸治疗，均建立了正常的前牙覆合覆盖关系，上颌第一磨牙在前、后向和垂直向未发生显著性移动，切牙在前、后向发生显著性移位，患者的上颌凸度明显改善。结论自攻型微螺钉种植体是一种稳固、舒适的支抗系统，达到支抗磨牙的稳定，有效治疗拥挤、前突畸形。

研究了1cr18ni9ti与tc4异种金属的固态扩散焊接工艺,在现有的工艺方法上采用超声波加载固态扩散焊接的工艺,并对比超声波加载扩散焊接工艺与传统扩散焊接工艺。金相分析结果表明:采用超声波加载扩散焊接工艺,使不锈钢与钛合金实现了良好的连接。

采用高能喷丸(hesp)对ta17钛合金和0cr18ni9ti不锈钢棒材的连接面进行了表面自纳米化(ssnc)处理,在连接面获得了一定厚度的纳米晶组织层。将钛合金和不锈钢的纳米化处理连接面对接,在热模拟试验机上进行恒温恒压和脉冲加压扩散连接。测试接头拉伸强度,并对断口和接头显微组织进行分析。结果表明,采用脉冲加压扩散连接,接头界面处生成的金属间化合物层较薄,接头抗拉强度高达384.0mpa;断口呈脆性断裂特征。

采用镍箔作为中间过渡层,在真空下对tc4钛合金与1cr18ni9ti不锈钢进行了微细晶超塑性扩散连接。通过扫描电镜、x射线衍射及剪切强度试验等方法,对连接接头进行了微观分析和剪切强度测试。结果表明:采用镍箔作中间过渡层,能有效地防止铁与钛、碳间的相互扩散和迁移,避免界面上更多的金属间化合物产生,从而提高了接头性能。在连接温度为790℃、连接压力为3mpa,连接时间为30min的条件下,可获得钛合金与不锈钢的牢固连接,接头剪切强度可达131.1mpa,且试样无明显变形。

用桥式试样研究了接触压力、微动幅度、温度、循环次数、高低周载荷幅值比等参数对微动疲劳寿命影响。结果表明拉应力和法向压力均影响微动疲劳寿命。当拉应力较大时，微动疲劳寿命（ｆｆｌ）与普通疲劳寿命（ｐｆｌ）相差不大，法向压力的影响不明显；拉应力较小时，ｆｆｌ显著低于ｐｆｌ，且法向影响显著。ｆｆｌ随法向压力增加而降低，但当超过２００ｍｐａ后，反而提高。高低周幅值比的增加，ｆｆｌ大幅度降低。当幅值比为０．１２５，从室温到４５０℃，ｐｆｌ持续降低。而ｆｆｌ从室温到２００℃降低幅度较大，在３００℃左右恢复，随后又降低。研究表明ｆｆｌ的恢复是微动表面形成了防护性釉质层的结果。