【doc】激光焊接铁铬钼合金与钴铬合金的机械性能

【doc】激光焊接铁铬钼合金与钴铬合金的机械性能 激光焊接铁铬钼合金与钴铬合金的机械性 能 口腔颌面修复学杂志2003年6月第4卷第2期 CHINESEJR^I^LOFPROg什lcl0OpTICSJUNE20O3VOL4NO.2 ? 论着? 激光焊接铁铬钼合金与钻铬合金的机械性能 姜志清赵铱民郭天文林丽红 【摘要】目的:测试激光焊接铁铬钼软磁合金与钻铬合金的机械性能,为临床应用提供参考.方法:采用国 产Nd:YANG程控激光焊接机焊接铁铬钼软磁合金与钻铬合金,以激光焊接钴铬合金作为对照.利用Instron万 能拉伸实验机测试焊接后的拉伸强度,0.2%屈服强度,作断裂U的扫描电镜,并分别进行比较.结果:激 光焊接铁铬钼软磁合金与钻铬合金的拉伸强度,0.2%屈服强度与对照组无差别.激光焊接铁铬钼合金与钴铬合金 的断裂L_J呈韧性一解理混合型断裂,而激光焊接钴铬合金的断口呈准解理断裂.结论:激光焊接铁铬钼软磁合金 与钴铬合金的机械性能可满足l临床需要. 关键词:激光;焊接;铁铬钼软磁合金;钴铬合金;机械性能 【中国图书分类号】R783【文献标识码】A【文章编号】1009—3761(2003)01-0124-04 MechanicalpropertiesoflaserweldsofFe?Cr-Momagnetizablealloyandcobalt?chromium alloy JIANGZhi-qing,ZHA0—min,GUO77an-wen,LINLi—hong.rDepartmentofProsthodontics,CollegeofStomatology,The FourthMilitaryMedicalUniversity,xi'an710032,China) [Abstract]Objective:ToexplorethemechanicalpropertiesoflaserweldsofFe— Cr-Momagnetizablealloyandcobalt— chromiumalloySOastogivereferenceforclinicalwork.Methods:Home— madeNd:YANGlaserweldingapparatuswas usedtoweldFe—Cr—Momagnetizablealloyandcobalt— chromiumalloy.Laserweldingthesamecobalt—chromiumalloy waschosenascontrolgroup.Instronuniversaltestingmachinewasadoptedtomeasuretheten silestrength.0.2%yield strength.ThefracturedsurfacewasobservedunderSEM.Theresultswerecomparedwiththo seofthecontrolgroup respectively.Results:Nostatisticaldifferencewasobservedbetweenthetwogroupsastothet ensilestrengthandthe 0.2%yieldstrength.ThefracturedsurfaceoflaserweldingFe— Cr-MoalloyandCo-.Cralloytookonatenacity—uncoiling lookcomparedtothequasi—uncoilingfractureoflaserweldingCo— Cralloy.Conclusion:Themechanicalpropertiesof laserweldsofFe—Cr-Moalloyandcobalt-chromiumalloycanmeetclinicaldemands. Keywords:laser;weld;Fe—Cr— Momagnetizablealloy;cobalt-chromiumalloy;mechanicalproperties 磁性附着体的衔铁部分是软磁合金,一般选用铁 铬钼合金作为衔铁材料.衔铁分为粘接式,铸接式和 整铸式.整铸式应用很少,铸接式因与牙根有良好的 密合性,有效地防止继发龋而常应用于临床"'2】.在颌 面赝复修复中,目前利用磁性附着体的方式也多采用 铸接式衔铁将其连接在种植支架卜l.但铸接式衔铁制 姜志清解放军463医院口腔科硕士生辽宁7l0032 赵铱民第四军医大学口腔医学院修复科副院长主任医师 教授陕西7l0032 郭天文第四军医大学口腔医学院修复科主任医师教授 陕西7l0032 林丽红第四军医大学口腔医学院修复科主治医师陕西 710032 ? 124? 作过程复杂,铸造中的高温不可避免地影响衔铁的性 能I】J.激光焊接精确,高效,热影响区小.激光焊接 同种牙科合金已被证实是一种先进,成熟的技术【5", 关于激光焊接异种牙科合金很少见文献报道.本试验 从探讨激光焊接软磁合金与钴铬合金的机械性能方面 来评价激光焊接式衔铁的可行性. 1. 材料和方法 1.1实验材料 1.1.1Nd:YAG程控激光焊接机(中国电子部 十一所研制) 1.1.2高频离心铸造机(天津精t医疗设备公 司生产) 口腔颌面修复学杂志2003年6月第4卷第2期 CHINESEJOURNALOFPROSTHODONTICSJUNE2O03VOL4NO.2 1.1.3Fe—Cr—Mo软磁合金(陕西钢铁研究所表1激光焊接不同合金的拉伸强度. 屈服强度(i?s) 提供) 1.1.4Co-Cr合金(_f=海齿科材料厂生产) 1.1.5Instron万能拉伸试验机(modelll95, England) 1.1.6扫描电镜(AMRAY一1000B,USA) 1.1.7实验试件:铁铬钼软磁合金在精密车床 上加工成图l所示6个试件.硅橡胶取试件印模, 嵌体蜡制备蜡型,常规包埋铸造钻铬合金试件l8个. 所有试件用无水乙醇超声清洗l0分钟,再用蒸馏水超 声清洗l0分钟.钻铬合金试件随机分成3组. 1.1.8对接套管:在精密车床上加工铝材管件, 内径3mm,中央车出直径2mm圆孔两个,然后沿中 轴线破开成两个半管.如图l,2所示. 6mm ]\.,r 1.r 40mml2.5mm 图l 图2 1.2实验方法 1.2.1将软磁合金试件与钴铬合金试件各6只 分别对接于套管中,用激光焊接机进行焊接.焊接参 数:灯电压0.6kv,脉宽4毫秒,光斑直径0.8mm, 重复率80%,脉冲频率5Hz.先通过套管圆孔焊接4 点,取下套管后焊接一周.得到6件试样作为实验组. 同法焊接6对钻铬合金,所得试样作为对照组. 1.2.2焊接后的试样在Instron万能拉伸试验机 上作拉伸试验,计算拉伸强度,0.2%屈服强度,所得 结果进行统计分析. 1.2.3利用扫描电镜观察断裂口. 2. 结果 2.1机械性能测试结果 实验组与对照组的拉伸强度,屈服强度如表l所 示.经t检验,实验组与对照组的拉伸强度,0.2%屈 服强度均无显着差异. t检验拉伸强度p>O.05屈服强度p>O.05 2.2表面观察 各试样焊缝呈银白色,表面光滑一致,中央略凹陷. 2.3断口扫描电镜观察 各试样周边焊接,中央未焊,断裂口无明显缩 颈.在放大200倍的扫描电镜下可以观察到激光焊接 铁铬钼合金与钻铬合金的断裂口呈韧性一解理混合型 断裂(图3a),而激光焊接钻铬合金焊缝呈准解理断裂 (图4a).放大2000倍进行观察,实验组断裂口韧性局 部呈大而深的韧窝(图3b),准解理面细部呈方向性 细小平面(图3c),对照组断裂细部呈纤维状排列,方 向性明显(图4b). 图3aFe_Cr.-Mo,Co-Cr焊缝韧性一解理型断口(×200) 图3bFe—Cr—Mo,Co-Cr断口韧性部韧窝(×2000) 图3cFe—Cr—Mo,Co—Cr断U准解理部细小面(×2000) ? 125? 口腔颌面修复学杂志2003年6月第4卷第2期 CH啉ESE删RNALOFPROSTHODONTICSJUNE2OO3VOL4^Io盘 图4aCo—Cr,Co-Cr焊缝准解理型断口(×200) 图4bCo—Cr,Co-Cr断口细部方向性纤维状排列(×2000) 3讨论 研究激光焊接软磁合金与钴铬合金机械强度的意 义,在于为临床应用提供参考.衔铁作为磁性附着体 的重要组成部分,一方面影响磁性附着体的性能,另 方面影响覆盖牙根的健康状况.基牙龋坏和牙周恶化 是影响覆盖义齿远期修复效果的主要因素,采用预成 的支撑板铸造根帽覆盖基牙根面可有效防止继发龋, 保护牙周健康"-2】.此外,固定于修复体支架上的衔铁 在目前也多采用铸接的形式【3J.在国外,铸接式衔铁常 采用中温铸造贵金属,基于国内现状,铸接式衔铁主 要采用高温铸造钻铬合金.由于钴铬合金与软磁合金 熔点相近,铸造后衔铁表面性状发生改变,形成表面 粗糙和较厚的氧化膜,影响接触并使其耐腐蚀性下 降.铸造后磁性附着体的固位力明显低于铸前的固位 力HJ.对此临床常采用的方法是打磨后再抛光n】,但 很难恢复铸前衔铁的抛光状态.激光焊接的优点是光 束高度集中,操作简便,高效精确,热影响区小,基 本不影响焊接部位周围的结构部件】.激光焊接衔 铁操作简单,可选择合适的位置及角度,不影响覆盖 牙根的钉帽外形,并保证了衔铁性能及其表面性状. 激光焊接技术在过去十多年取得了巨大进步,被 认为是焊接钛合金的理想方法.钻铬合金,镍铬合金 也显示良好的激光焊接性能,激光焊接钻铬合金比电 ? 126? 弧焊接有更好的抗张强度】.在激光焊接过程中,焊 件的接头应尽可能靠紧,以便控制光束方向,取得良 好焊接效果.有研究表明,焊件间存在一定间隙是允 许的,以0.25mm左右较好,利于临床操作J.Dawes 和Linggenfelter~k为激光焊是焊接不同金属的最好方 法之一.但是,不同金属有不同的热传导性和熔点, 而且对激光能量的吸收率不同,所表现的激光焊接性 能也不同.总的来说,金属对激光吸收率越高,热传 导越差,激光焊接性能就越好【l.也有研究表明,在 同种金属中化学元素的微量差别对激光焊接区的质量 有明显影响【6】.所以有必要对激光焊接软磁合金与钻铬 合金的机械性能进行研究.激光焊接研究中采用的焊 接深度尚不统一,有学者认为接近lmm的焊深比较合 适,有的则用0.5mm的焊深进行研究.基本是保 证焊件表面温度维持在熔沸点之间.功率过大,金属 过熔甚至飞溅产生气泡,焊接质量下降;功率过低, 熔深不够,焊接强度不能保证【5J.钻铬合金与软磁合 金熔点接近,钻,铬,镍,钼等牙科合金的基础金属 有较高的激光吸收能力,热传导也比贵金属低【l.因 此,可以选择合适的功率输出保证一定的焊深. 激光焊接钻铬合金的机械强度已经被证明能够满 足口腔修复要求】,本实验结果显示,激光焊接软磁 合金与钴铬合金的机械强度与激光焊接钻铬合金的机 械强度无统计学差别.但考虑到本实验样本含量较 小,检验效能略低,还有待增加样本含量进行进一步 研究,以增大检验效能.扫描电镜下,实验组断裂口 为韧性一解理型断裂,韧性局部呈大而深的韧窝,准 解理面细部呈方向性细小平面,而对照组焊缝呈准解 理断裂,细部纤维状排列且方向明显.表明激光焊接 铁铬钼合金与钻铬合金焊缝的韧性,优于激光焊接钻 铬合金的焊缝韧性.实验结果表明,激光焊接可应用 于磁性附着体的衔铁与钻铬合金的铸造钉帽或支架的 连接.激光焊接式衔铁省时,高效,卫生,操作简单, 焊接人员不需专门,有着美好的应用前景. (本实验得到西北工业大学贾文平博士的大力支 持和帮助,谨表谢意!) 参考文献 【l】赵铱民,邵龙泉,林丽红,等磁性附着体在全口义齿修复中 的应用…实用口腔医学杂志,1999,15(6):422—425 【2】肖雪,冯海兰磁性附着体在下颌全【]覆盖义齿中的临床应 用….华西口腔医学杂志,2000,18(4):232-234 【3】赵铱民,刘宋林,余绍明,等应用种植体和磁性固位体修复 全上颌骨缺失….中华?腔医学杂忠,l994,29(6):38l 【4】吴国锋,赵铱民,王宝成,等.两种铸造温度对铸接式衔铁性 能的影响【J】.巾华LJ腔医学杂志,200l,36(6):434—436 【5】DaruneeP.Nabadalung,JackI.Nichools.Laserwelding ofacobalt—chromiumremovablepartialdenturealloy[J]. 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(收稿日期:2002—6—25) ? 127?