喷砂对钛铸件表面结构的影响

　　本项研究通过对纯钛铸件表面经不同条件喷砂后，铸件减重（Wt）与表面粗糙度（Ra值）的测定及金相观察，考察喷砂对其表面结构的影响，为纯钛铸件的后期表面处理提供实验依据。

　　1.材料方法:用锆英石包埋料作内包埋，磷酸盐包埋料外包埋，LZ-Ⅱ型牙科铸钛机(第四军医大学口腔医学院、洛阳通用轻工机械厂共同研制)铸造10 mm×10 mm×1.4 mm的纯钛(TA2，西北有色金属研究院研制)铸件120个。依下述条件按平衡实验设计共分为 24组：喷砂压力分别为 0.2 MPa、0.4 MPa和0.6 MPa，喷砂时间分别为：10、30、60和90 s，砂粒为80#白刚玉（WA）和绿碳化硅（GC），每组5个试件。每个试件的相对面分别用WA及GC在相同压力和时间条件下喷砂，喷嘴距试件20 mm，喷射角度45°。喷砂后试件表面用气水枪冲洗，自然干燥12 h后作测试。用精密电子天平（Sartorius Basic,Germany）称重喷砂前、后的试件，计算Wt。用表面粗糙度测量仪(TR-240型，北京时代集团)测定各组中4个试件的Ra值。各组Wt及Ra值比较，均为4个测量值的均值。第5个试件按金相试件要求制备后，用广视角金相显微镜（MM-6,Leits,Germany）观察其中心横断面的表层结构。

　　2.结果: 纯钛铸件的Wt随喷砂时间延长和所用压力增加而增大，且在相同的压力及时间下使用WA比GC对纯钛铸件表面的Wt大。最小Wt（1.950 mg）为使用GC、在0.2 MPa压力下喷砂10 s组，最大Wt(12.425 mg)为使用WA、在0.6 MPa压力下喷砂90 s组，二者相差达6倍多。

　　喷砂前铸件Ra值为3.718 μm。经3种压力下喷砂10 s后，使用WA各组的Ra值即不再发生明显变化；而使用GC的各组经30 s后Ra值才不再发生明显变化。随着压力增大，喷砂相同后时间的铸件表面Ra值均有不同程度的降低，最小Ra值（0.915 μm）为使用WA、在0.6 MPa下喷砂30 s组。

　　铸件表面污染层的金相结构由外向内明显地分为烧结层、氧化层（α-case层）、富Si-P层和树枝状结晶层，厚度约为 75 μm。喷砂90 s后，使用GC、3个压力组的钛铸件表面α-case层均被喷除；富Si-P层仍存在，但随着喷砂压力增大而变薄。使用WA的0.4 MPa压力组则无残余富Si-P层存在，在0.6 MPa压力下30 s后，α-case层和富Si-P层均已被去除，但树枝状结晶层依然存在且随喷砂时间延长而变薄。

　　3.讨论 :由于相同条件下WA比GC的去除量大，去除纯钛铸件表面污染层的效果好，所以，在钛铸件喷砂时使用临床常用的刚玉砂即可。本实验中，Wt随喷砂压力的增大而增加，提示在去除表面污染层时，可使用较大压力。但义齿属精密复杂铸件，喷砂对其精度的影响需进一步探讨。纯钛铸件表面喷砂一定时间后，其Ra值基本不再变化，且金相观察表明在较短时间内去除烧结层和氧化层后，并不能在设定时间内完全去除树枝状结构层。因此可以推测，钛铸件表面Ra值在较短时间内迅速下降，然后趋于不变，反映了喷砂前后污染层不同层次的表面特性亦不同。

　　尽管在实验限定条件下，污染层去除量随喷砂时间延长而增大，但金相观察表明喷砂90 s仍未能将污染层完全去除。而喷砂时可见火花产生，长时间连续喷砂是否会引起二次污染仍有待探讨。因此，喷砂后尚需进一步改进处理才能完全去除纯钛铸件表面的污染层。