針對現(xiàn)有齒科不銹鋼車針臨床使用過程中常常發(fā)生基體材料斷裂、磨削無力以及因鍍層對金剛石顆粒把持力不夠而導(dǎo)致金剛石顆粒易脫落等問題,本論文設(shè)計了一類新型的以生物醫(yī)用鎳鈦合金為基體,以包埋金剛石的新型復(fù)合鍍層為切削層的電鍍金剛石車針。針對新型復(fù)合鍍層,選擇鎢元素和磷元素作為純鎳鍍層的強化元素,以納米金剛石作為增強粒子,圍繞Ni/納米金剛石、Ni-W/納米金剛石及Ni-P/納米金剛石復(fù)合鍍層的制備和性能開展了系列研究,并在優(yōu)選的工藝基礎(chǔ)上,以包埋金剛石的Ni/Ni-P/(Ni-P/納米金剛石)復(fù)合鍍層為切削層,制備了鎳鈦齒科車針并對其性能進行了研究。 采用不同的混酸溶液對鎳鈦基體進行電鍍前的預(yù)處理。研究表明,HF-H2SO4和HCl-H2SO4混合溶液均可在鎳鈦基體表面形成彌散分布的細小針狀TiHH2相。TiHH2相可以防止電鍍前鎳鈦基體的氧化,并能在電鍍過程中促進基體和鍍層金屬之間形成金屬鍵,有利于鎳鈦基體與鍍層之間形成良好的結(jié)合；但由于鎳鈦基體在HF-H2SO4混合溶液中反應(yīng)劇烈,并會產(chǎn)生裂紋,所以選擇HCl-H2SO4混合溶液作為鎳鈦基體電鍍前的預(yù)處理工藝。 Ni/納米金剛石復(fù)合鍍層的優(yōu)化制備工藝為：電流密度1.5A/dm2, pH4.0,攪拌速度450rpm,溫度30℃。納米金剛石的加入將純鎳鍍層的擇優(yōu)取向由(220)轉(zhuǎn)變?yōu)?111)。鍍液中納米金剛石添加量為4g/l時,Ni/納米金剛石復(fù)合鍍層的硬度和耐磨性最好。 Ni-W/納米金剛石復(fù)合鍍層的結(jié)構(gòu)為鎢在鎳中的固溶體,納米金剛石在鎳鎢合金鍍層中的加入并未改變鎳鎢合金鍍層的晶體結(jié)構(gòu)和取向。電流密度從8A/dm2增加到20A/dm2時,Ni-W合金鍍層中W含量從32.6 wt.%增加到34.4wt.%；電流密度為12A/dm2時制備的Ni-W鍍層結(jié)晶最細致、且與基體結(jié)合強度最好。鍍液中納米金剛石添加量達到8g/l時,Ni-W/納米金剛石復(fù)合鍍層的硬度和耐磨性最好。 Ni-P/納米金剛石復(fù)合鍍層中納米金剛石的加入對Ni-P合金鍍層有晶粒細化作用,使Ni-P合金鍍層從非晶變成納米晶。以電流密度為2A/dmm2,pH值為2.2,溫度為80℃的優(yōu)化工藝制備的Ni-P合金鍍層為非晶鍍層,磷含量可達10wt.%以上。鍍液中納米金剛石添加量達到8g/l時,Ni-P/納米金剛石復(fù)合鍍層的硬度和耐磨性最好。 齒科車針制備過程中,微米金剛石顆粒的上砂量隨上砂電流密度的增加而增加,金剛石的包埋率隨增厚鍍時間的延長而增加。綜合考慮金剛石顆粒的切削作用和基質(zhì)金屬對金剛石顆粒的把持力,選擇上砂電流密度1.5A/dmm2,增厚時間4-5h為宜。 對三種納米金剛石復(fù)合鍍層的對比研究表明,Ni-P/納米金剛石復(fù)合鍍層的硬度和耐磨性最高,Ni/納米金剛石復(fù)合鍍層的硬度和耐磨性最低,Ni-W/納米金剛石復(fù)合鍍層的硬度和耐磨性居中。在干摩擦磨損過程,納米金剛石復(fù)合鍍層發(fā)生以磨粒磨損和粘著磨損為主的混合磨損。 對采用上述優(yōu)化工藝、以包埋金剛石的Ni/Ni-P/(Ni-P/納米金剛石)復(fù)合鍍層為切削層的鎳鈦齒科車針的性能分析結(jié)果表明,金剛石在復(fù)合鍍層中分布均勻、包埋適當(dāng),Ni-P/納米金剛石復(fù)合鍍層對金剛石顆粒的浸潤性較好,結(jié)合界面處沒有觀察到縫隙。鎳鈦齒科車針的性能較目前普遍采用的不銹鋼車針有大幅度的提高,其切削效率約為不銹鋼車針的1.3倍,使用壽命約為不銹鋼車針的1.5倍。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：R783.1
【部分圖文】：

1.4.2金剛石齒科車針的制造方法金剛石車針是將有一定銳角的金剛石顆粒，依一定的方向、間距以車針中軸為圓心進行粘附或電鍍，制成具有一定切割硬組織能力的車針[’35.136〕。圖1.1為車針的典型結(jié)構(gòu)圖[’371。將金剛石磨粒粘結(jié)到金屬柄上有很多方法，目前，金剛石車針的制備工藝可以分為兩大類，即電鍍法和化學(xué)冶金法。制造車針最普通的方法是人造或天然金剛石顆粒與基質(zhì)金屬的復(fù)合電鍍技術(shù)。該工藝是一個共沉積過程，將金剛石顆粒機械包埋 (MeehanicallvLock)在金屬鍍層中[”8]。

牙科車針的切削效率是評價車針性能好壞的的重要指標(biāo)。常用的評價切削效率常用的裝置如圖1.2所示，該裝置是由siegel等人[”7一，”〕提出的，由L型透明的丙烯酸(樹脂玻璃)切削裝置和超高速手機組成，超高速手機安裝在一個經(jīng)無摩擦軸承連接的與垂直壁相連的黃銅柱上，被切削基體安裝在與切削裝置基座相連的不銹鋼支架上。切削時，車針與基體平行，垂直接觸基體，向下切割。切削基體一般采用與牙釉質(zhì)硬度相當(dāng)?shù)目杉庸げＡ沾砂?Macor棒)�？杉庸ぬ沾捎址Q微晶玻璃陶瓷，是以合成云母為主晶相的云母微晶玻璃，是一種可以機加工的陶瓷材料，該材料具備了良好的加工性能、真空性能、電絕緣特性及耐高溫、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良性能。齒科車針的切削效率 (cuttingRate

哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文切削效率的因素有:車針形貌、金剛石分布及粒徑大小、車針的生造方法、以及使用過程中冷卻介質(zhì)的種類和流速等。目前的研究主金剛石車針切削效率的對比;一次性金剛石車針和傳統(tǒng)金剛石車削條件如冷卻方式、冷卻介質(zhì)、載荷大小等對切削效率的影響!’5
【引證文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 馬福秋;鎳鈦合金表面銀基復(fù)合鍍層的制備與性能研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 鐘景高;再制造Fe/Ni刷鍍層優(yōu)化及其耐磨性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2013年

本文編號：2878157