Beta-钛合金正畸弓丝合金成分表面形貌及力学性能的初步研究

Beta-钛合金正畸弓丝合金成分、表面形貌及力学性能的初步研究生物安全性、表面粗糙程度以及力学特性是衡量正畸弓丝性能的重要指标。目前国内可见的4种Beta-钛丝A、B、C、D是否具有相同的合金元素、表面形态是否平整以及力学性能是否存在差异,未见相关研究。本文通过对4种不同厂家生产的Beta-钛丝合金组分、表面形貌以及力学性能进行研究,从而介绍Beta-钛合金正畸弓丝的特点,并与Smart超弹性镍钛丝以及3M不锈钢丝进行比较,为临床正畸治疗中弓丝的选择提供参考。研究分为三个部分:研究一Beta-钛合金正畸弓丝合金成分分析弓丝的元素成分与其生物安全性以及耐腐蚀性相关。不同生产厂家的Beta-钛丝合金成分及比例不尽相同,由于弓丝的成分涉及商业机密,厂家在向正畸医生提供产品参数时并不会提及。基于Beta-钛丝生物安全性的考虑以及Beta-钛丝国产化研发的兴趣,研究Beta-钛丝合金成分分析。本研究选取4种Beta-钛丝A、B、C、D,使用EDAXX-射线能谱分析仪以及SUPRATM55热场发射扫描电子显微镜(SEM)对其合金成分进行分析,并将Smart超弹性镍钛丝以及3M不锈钢丝一并进行研究。研究结果发现:1)4种Beta-钛丝合金成分中,均含有Ti、Zr、Mo、Sn4种元素。Ti的比例均大于70％。2)Smart超弹性镍钛丝仅含有Ni、Ti两种元素,两者比列接近1:1。3)3M不锈钢丝与上述4种Beta-钛丝合金组成元素没有重叠,含有Fe、Mn、Cr、si,不含有Ni,Fe的含量占最高比例。研究结果提示:4种Beta-钛丝生物安全性优于Smart超弹性镍钛丝以及3M不锈钢丝。研究二Beta-钛合金正畸弓丝表面形貌的研究弓丝表面形貌一直以来都是正畸医生关注的焦点,因为其与弓丝材料的耐腐蚀性能以及摩擦性能息息相关,特别是在口腔这样的复杂环境中。本研究选取的研究对象与研究一相同。将弓丝样本进行扫描电镜观察,借助于先进的研究手段,比较Beta-钛丝与超弹性镍钛丝以及不锈钢丝之间表面形貌上的差异以及4种Beta-钛丝之间的差异,从而增进临床医生对于Beta-钛丝的了解。研究结果发现:1)根据扫描电镜下对4种Beta-钛丝的观察,D、B、A、C粗糙程度依次增加。2)Beta-钛丝与Smart超弹性镍钛丝的表面明显比3M不锈钢丝粗糙。研究结果提示:1)仅从弓丝表面微观结构这单一因素对腐蚀的影响而言,4种Beta-钛丝中A、C较D、B弓丝的在相同口腔环境中的腐蚀更大。2)由于表面形貌粗糙会增大弓丝的摩擦系数,因而Beta-钛丝、Smart超弹性镍钛丝表面形貌对其自身摩擦性能影响较3M不锈钢丝更大。研究三Beta-钛合金正畸弓丝力学性能的研究弓丝作为口腔正畸治疗中的主要施力装置之一,其力学特性与治疗效果密切相关,是否能够提供持续、稳定的轻柔力量是评价弓丝性能优劣的金标准。由于不同Beta-钛丝生产厂家的测试条件、评价标准并不统一,使得临床医生在选择使用不同品牌弓丝时没有可以参考的理论依据。本研究通过纳米压痕试验测量4种不同Beta-钛丝的弹性模量以及硬度,可以直接定量的给出弹性模量以及硬度的数值,并将Smart超弹性镍钛丝以及3M不锈钢丝一同进行研究研究结果发现:1)4种Beta-钛丝的弹性模量从大到小排列顺序为D、B、A、C；Nano硬度值从大到小排列顺序为D、B、C、A。2)Beta-钛丝的弹性模量以及硬度均小于3M不锈钢丝,大于Smart超弹性镍钛丝。研究结果提示:1)根据弹性模量代表的物理意义,可知相同尺寸的4种Beta-钛丝,即D、B、A、C发生相同形变时,产生的矫治力大小依次递减。2)Beta-钛丝抵抗破坏的能力逊于3M不锈钢丝,优于Smart超弹性镍钛丝。通过三点弯曲试验比较4种不同厂家生产的相同尺寸(0.0170.025英寸)Beta-钛丝的负荷-形变曲线,同时与相同尺寸的Smart超弹性镍钛丝及3M不锈钢丝进行对比,为临床选择使用弓丝时提供参考。研究结果发现:1)A、C在最大形变为3mm及4mm时,加载术期均出现近似平台期；B、D仅在最大形变为4mm时,加载末期出现近似平台期。近似平台期负荷值从大到小排列顺序为D、B、A、C。2)4种Beta-钛丝滞后值由大到小顺序依次为A、C、D、B。3)4种Beta-钛丝弹性模量相近,均明显小于3M不锈钢丝,略大于Smart超弹性镍钛丝。4)当完全卸去负荷时,4种Beta-钛丝及3M不锈钢丝均有残余形变,Smart超弹性镍钛丝形变完全恢复。4种Beta-钛丝及3M不锈钢丝负荷-形变曲线特征均不符合超弹性材料的特征曲线,仅Smart超弹性镍钛丝符合。研究结果提示:1)相同尺寸的4种Beta-钛丝D、B、A、C,初始矫治力大小依次递减；矫治力稳定性A、C、D、B依次下降。Smart超弹性镍钛丝矫治力稳定性最好；3M不锈钢丝的矫治力最不稳定。2)4种Beta-钛丝与相同尺寸的3M不锈钢丝及Smart超弹性镍钛丝相比,发生相同形变时,矫治力居于两者之间,明显小于不锈钢丝,略大于超弹性镍钛丝。3)4种Beta-钛丝及3M不锈钢丝均不具有超弹性,仅有Smart超弹性镍钛丝具有超弹性。作者：李兴学科专业：口腔正畸学授予学位：硕士学位授予单位：首都医科大学导师姓名：杨凯学位年度：2010语种：chi分类号：R783关键词：Beta-钛丝超弹性镍钛丝不锈钢丝电镜扫描能谱分析三点弯曲试验纳米压痕技术机标关键词：钛合金正畸弓丝合金成分表面形貌镍钛丝不锈钢丝超弹性弹性模量生物安全性矫治力最大形变排列顺序力学性能元素平台期正畸治疗硬度临床医生生产厂家扫描电镜