熱處理對(duì)激光選區(qū)熔化成型純鈦鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度的影響

增材制造（additive manufacturing，AM）技術(shù)又稱3D 打印，可成型復(fù)雜且精度高的三維形狀物件

。激光選區(qū)熔化（selective laser melting，SLM）是利用激光束的熱作用使粉末快速熔化、快速凝固成型的一種AM 技術(shù)，其制作的鈦修復(fù)體性價(jià)比高、生產(chǎn)效率高、質(zhì)量高

。與傳統(tǒng)鑄造工藝涉及繁復(fù)的加工操作和低的材料利用率相比，具有明顯優(yōu)點(diǎn)，可替代鈦的傳統(tǒng)鑄造工藝。然而SLM 技術(shù)由于快速冷卻過(guò)程中存在較大的溫度梯度差，導(dǎo)致了熱應(yīng)力的積累，易導(dǎo)致試件變形、卷翹

。而理想的熱處理工藝可以消除金屬晶體結(jié)構(gòu)缺陷，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加均勻，部分或完全釋放成型過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，是目前解決SLM 技術(shù)殘余應(yīng)力問(wèn)題的有效方法，可達(dá)到穩(wěn)定組織、優(yōu)化性能的目的

。

純鈦因其良好的機(jī)械性能和優(yōu)異的生物相容性，是牙科金屬烤瓷修復(fù)理想的基底材料，在種植修復(fù)可避免異種金屬電化學(xué)腐蝕情況。然而目前對(duì)于SLM 工藝以及后熱處理對(duì)其鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度的影響尚未明確，因此本實(shí)驗(yàn)主要研究熱處理對(duì)SLM 純鈦鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度的影響，以期為獲得SLM純鈦相關(guān)所需性能的后熱處理標(biāo)準(zhǔn)的制定打下基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 主要材料和設(shè)備

鈦專用烤瓷粉Super Porcelain Ti22（Noritake，日本）；Titankeramik（Vita，德國(guó)）；Triceram（Dentuarum，德國(guó)）；純鈦粉末TA1（15 ～53 μm，江蘇威拉里新材料科技有限公司，中國(guó)）；激光3D 打印設(shè)備（Tr150，南京前知智能科技有限公司，中國(guó)）；純鈦熱處理爐（RZF1100-14-230S，上海熱凡高溫設(shè)備有限公司，中國(guó)）；110 μm 氧化鋁噴砂劑（Renfert，德國(guó)）；筆式噴砂機(jī)（P-G 400，Harnisch+Rieth，日本）；蒸汽清洗機(jī)（STEAMER X3，德國(guó)）；數(shù)控超聲波清洗器（KQ-250DE，昆山超聲儀器有限公司，蘇州）；烤瓷爐（Programat P700，Ivoclar，列支敦士登）；維氏硬度儀（WHW Microcre Optics-Mech，上海研潤(rùn)光機(jī)科技有限公司，中國(guó)）；萬(wàn)能測(cè)試機(jī)（MTS，MTS Systems，美國(guó)）；體式顯微鏡（SMZ 1500，Nikon，日本）；激光掃描共聚焦顯微鏡（laser scanning confocal microscope，LSCM）（LSM800，Zeiss，德國(guó)）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法試件制備

應(yīng)用Rhino5.0 軟件設(shè)計(jì)25.0 mm×3.0 mm×0.6 mm 的三維模型，排版后打印。制備96 個(gè)純鈦試件。熱處理參數(shù)為700 ℃，2 h，爐冷。線切割試件，去支撐，打磨支撐突，SIC 砂紙240、320、480、600 目依次濕潤(rùn)打磨。根據(jù)熱處理與否分為熱處理組（A）、未熱處理組（B）。根據(jù)瓷粉種類，細(xì)分為Super Ti22（a）、Titankeramik（b）、Triceram（c）。根據(jù)噴砂壓力0.25MPa（1 組），0.45MPa（2 組），最終分為Aa1、Aa2、Ab1、Ab2、Ac1、Ac2 組及Ba1、Ba2、Bb1、Bb2、Bc1、Bc2 組，每組8 個(gè)試件。

咨詢單位介入BIM管理有三層含義，一是施工圖審核招標(biāo)工作完成后，之前已經(jīng)建立的、基于BIM的項(xiàng)目管理系統(tǒng)向咨詢單位開放，咨詢單位、設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位在同一個(gè)平臺(tái)上開展工作，共同維護(hù)項(xiàng)目BIM；另一層含義是，雖然在同一個(gè)平臺(tái)上，查看信息的權(quán)限會(huì)有差異，這可能需要咨詢單位再獨(dú)立地建立輔助性BIM，以對(duì)設(shè)計(jì)提供的BIM進(jìn)行檢查；第三層含義是，如果咨詢單位對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究走在前面，也可自行以BIM技術(shù)為輔助，開展審核工作。

1.3 維氏硬度測(cè)量

SLM 制作的單冠邊緣適合性與鑄造純鈦冠無(wú)差異甚至效果更佳

。有研究表明，SLM 快速冷卻產(chǎn)生針狀馬氏體相細(xì)化晶粒

。由于細(xì)晶強(qiáng)化現(xiàn)象

，該技術(shù)成型純鈦具有較好的強(qiáng)度和韌性

，力學(xué)性能能夠達(dá)到ASTM 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于鍛造態(tài)Ti-6Al-4V 合金的要求

。然而，SLM 試件內(nèi)部存在較大的殘余熱應(yīng)力，多層小熔池的快速凝固會(huì)產(chǎn)生亞穩(wěn)定組織及內(nèi)部缺陷

，使試件塑性和疲勞性能降低，表面硬度升高。（700 ± 10）℃下進(jìn)行2 h 熱處理（退火）的條件被廣泛應(yīng)用于鍛造的鈦材料

。熱處理使SLM 純鈦內(nèi)部發(fā)生再結(jié)晶，結(jié)構(gòu)更加均勻，使晶相轉(zhuǎn)變?yōu)檠酉唳?相

，延伸率得以提高，硬度降低

。高性價(jià)比SLM 純鈦通過(guò)合適的熱處理既保留了較高的強(qiáng)度亦獲得了合適的延展性，有利于鈦材料在牙科固定及可摘修復(fù)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。如種植冠方修復(fù)中央螺絲的主動(dòng)就位，一定的彈性形變可避免剛性就位帶來(lái)的不利影響，并且鈦瓷修復(fù)體是種植修復(fù)的理想材料，可避免異種金屬在口腔內(nèi)的電化學(xué)腐蝕。由于市售的鈦專用瓷粉種類不一，成分存在差異，通過(guò)研究相關(guān)后熱處理對(duì)3 種鈦專用瓷粉的鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度的影響，為臨床瓷粉選擇提供參考。

1.4 噴砂后鈦表面粗糙度測(cè)量

使用LSCM 測(cè)量A 組與B 組打磨至600 目后0.25 MPa、0.45 MPa 壓力噴砂的純鈦試件表面粗糙度；各組隨機(jī)選擇三個(gè)試件，每個(gè)試件測(cè)量?jī)蓚€(gè)位點(diǎn)。

1.5 噴砂及低熔瓷粉的燒結(jié)

三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ綀D見圖3。A 組（Aa1，Aa2，Ab1，Ab2，Ac1，Ac2）鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度均高于對(duì)應(yīng)的B組（Ba1，Ba2，Bb1，Bb2，Bc1，Bc2）（表3），隨著噴砂壓力的增加，A 組三種鈦專用瓷粉與SLM 純鈦的結(jié)合強(qiáng)度呈現(xiàn)不同的趨勢(shì)：噴砂壓力的增大，增加了Aa 組的鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度，降低了Ab 組鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度，對(duì)Ac 組鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度無(wú)顯著影響；B 組的鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度降低，Ba2、Bb2、Bc2 組結(jié)合強(qiáng)度低于對(duì)應(yīng)的Ba1、Bb1、Bc1 組結(jié)合強(qiáng)度（

＜0.05，圖4）。

1.6 鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試

2.2 槐耳清膏對(duì)NCI-N87細(xì)胞凋亡率及自噬小體的影響 槐耳清膏（8、16、32mg/ml）作用 NCI-N87細(xì)胞24h后，流式細(xì)胞分析結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，8、16、32mg/ml濃度能促進(jìn) NCI-N87 細(xì)胞凋亡，自噬小體形比例增加。（P＜0.05）。結(jié)果見表2。

肺癌是臨床中最常見和致命的腫瘤之一，肺癌的發(fā)病率和死亡率居惡性腫瘤首位，其中，非小細(xì)胞肺癌居多。近年來(lái)，手術(shù)聯(lián)合術(shù)后放療和化療是治療肺癌的主要方法。然而，由于治療時(shí)間長(zhǎng)，肺癌術(shù)后并發(fā)癥多，這將直接影響患者的術(shù)后恢復(fù)和生活質(zhì)量[1-2]。 本研究將2017年2月—2018年6月90例老年非小細(xì)胞肺癌患者隨機(jī)分組，分析了早期護(hù)理干預(yù)在預(yù)防老年非小細(xì)胞肺癌患者術(shù)后肺部感染及呼吸衰竭中的應(yīng)用效果，報(bào)告如下。

采用三點(diǎn)彎曲法測(cè)試試件的鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度，將試件置于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)加載臺(tái)，瓷面朝向地面，兩支點(diǎn)半徑為1.0 mm，支點(diǎn)間距為20.0 mm，加載頭半徑為1.0 mm，施加垂直向金屬面的力，加載速度為0.5 mm/min。記錄最大加載力F，計(jì)算彎曲強(qiáng)度（τ），即結(jié)合強(qiáng)度，τ=k×F（MPa），k 為常數(shù)。

1.7 鈦-瓷結(jié)合界面斷裂模式觀察

鈦表面粗糙度值見表2。A 組組間粗糙度值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（

=2.477,

=0.033），B 組組間粗糙度值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（

=9.674,

＜0.001）。表面粗糙度三維形貌可見A 組及B 組0.45 MPa 噴砂純鈦表面凹陷較0.25 MPa 深，三維形貌圖中黃色及紅色區(qū)域較多（圖2）。

1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

Ba 組與Bb 組主要偏向于界面斷裂，斷裂的鈦表面基本無(wú)瓷塊殘留；A 組的三種瓷粉組及Bc 組的斷裂模式為混合斷裂，鈦表面有白色瓷塊殘留，同時(shí)Ab 組有明顯的黑色粘接瓷殘留（圖5）。

2 結(jié) 果

2.1 維氏硬度

維氏硬度值見表1。A 組的維氏硬度值為（188.21±11.94）HV，B 組的維氏硬度值為（204.48±6.32）HV，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（

=3.926,

=0.017）。維氏硬度壓痕可見中央為“+”字的菱形壓痕，測(cè)量“+”字的兩條長(zhǎng)軸長(zhǎng)度，用以計(jì)算維氏硬度（圖1）。

2.2 鈦表面粗糙度

對(duì)已測(cè)試過(guò)結(jié)合強(qiáng)度的試件，使用尼龍小毛刷刷除殘留在鈦表面的碎瓷塊。利用體式顯微鏡放大7.5 倍觀察已斷裂試件的斷裂模式。斷裂模式分類：①界面斷裂：斷裂發(fā)生在鈦、瓷或涂層的交界面上；②內(nèi)聚斷裂：即斷裂發(fā)生在鈦基底、瓷層或者涂層內(nèi)部；③混合斷裂：即存在以上兩種斷裂模式。

2.3 鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度

在0.25 MPa、0.45 MPa 壓 力 下 使 用110 μm Al

O

顆粒對(duì)鈦表面噴砂，噴嘴與試件表面呈45°，間距10 mm 噴砂15 s。噴砂后蒸汽清洗，丙酮、75%酒精、去離子水超聲清洗5 min，干燥備用。瓷粉為Super Ti22、Titankeramik、Triceram。將調(diào)勻的瓷粉均勻涂覆于試件中央長(zhǎng)8 mm 噴砂處，依次燒結(jié)粘接瓷（0.15～0.2 mm）、遮色瓷（0.15～0.2 mm）、體瓷并進(jìn)行自上釉，瓷層總厚度1.0 mm，操作均由一人完成。

當(dāng)前，思想政治教育工作的主要矛盾已經(jīng)變?yōu)閷W(xué)生需求的多樣化和有效供給不足之間的矛盾，大學(xué)生思想政治教育亟需“供給側(cè)改革”和“新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換”，深入系統(tǒng)開展專業(yè)教師與思政老師思想政治教育協(xié)同創(chuàng)新、協(xié)同育人工程機(jī)不可失、勢(shì)在必行。

2.4 斷裂模式

使用Graphpad 8.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用獨(dú)立樣本

檢驗(yàn)對(duì)各組瓷粉的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行比較，采用配對(duì)樣本

檢驗(yàn)對(duì)熱處理前后試件的結(jié)合強(qiáng)度及維氏硬度進(jìn)行比較，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

3 討 論

A 組與B 組，每組5 個(gè)試件，每個(gè)試件測(cè)試5 個(gè)相距明顯的位點(diǎn)的維氏硬度。加壓載荷10 kg，保壓時(shí)間15 s。

Iseri 等

比較了鑄造、銑削和激光燒結(jié)鈦與牙科飾瓷的剪切結(jié)合強(qiáng)度，應(yīng)用Titankeramik 飾瓷及Triceram 飾瓷時(shí)，結(jié)合最佳的均為激光燒結(jié)鈦合金組。李瑤

發(fā)現(xiàn)Titankeramik 飾瓷與SLM 純鈦烤瓷的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度高于傳統(tǒng)失蠟鑄造技術(shù)。這與有關(guān)學(xué)者認(rèn)為陶瓷與鈦合金的結(jié)合強(qiáng)度受金屬加工工藝影響的觀點(diǎn)一致，認(rèn)為激光加工鈦可獲得更佳的鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度

。然而這些涉及鈦瓷結(jié)合的研究均未說(shuō)明打印試件的熱處理情況。目前關(guān)于激光加工純鈦的熱處理方面研究多集中在其力學(xué)性能和顯微晶相變化方面，尚未見熱處理對(duì)SLM 純鈦鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度的影響。

SCAP是導(dǎo)致老年人死亡常見的感染性危重病。近年來(lái)隨著病原體的變遷、細(xì)菌耐藥率及免疫系統(tǒng)疾病的增加，SCAP的發(fā)病率和病死率越來(lái)越高，盡管抗感染治療和器官支持技術(shù)的應(yīng)用使SCAP的病死率有所控制，但仍高達(dá)27%～67%[10]。近年來(lái)由于抗生素的合理使用，普通CAP已經(jīng)取得了明顯的治療效果，但老年人由于臨床表現(xiàn)不典型、合并其他基礎(chǔ)疾病等，肺部感染往往容易被掩蓋，導(dǎo)致早期治療被忽視。因此為使老年CAP患者獲得較為有效的治療，需要有敏感的臨床指標(biāo)來(lái)評(píng)估其病情和預(yù)后。

本研究熱處理后的SLM 純鈦維氏硬度顯著低于未進(jìn)行熱處理的純鈦，同時(shí)熱處理后試件的鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度高于未熱處理組的鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度。Li等

研究表明，金瓷結(jié)合強(qiáng)度與合金表面層的硬度成反比。在金瓷界面層硬度較低的區(qū)域，裂紋沿合金延性較高的區(qū)域擴(kuò)散時(shí)需要消耗額外的塑性性能，因此金瓷界面區(qū)的結(jié)合強(qiáng)度較高。Tulga

認(rèn)為由于熱處理后鈷鉻合金延展性提高，材料軟化，金瓷結(jié)合強(qiáng)度得以提高。這可能也是提高鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度的原因之一。本研究隨著噴砂壓力的增大，鈦表面粗糙度增大，B 組的鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度卻隨著噴砂壓力的增大顯著降低，可能原因是未進(jìn)行熱處理的純鈦表面硬度較高，噴砂后存在尖銳邊嵴，易造成應(yīng)力集中；而A 組3 組瓷粉的鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度表現(xiàn)出不同的趨勢(shì)，可能與瓷粉成分相關(guān)，如促進(jìn)熔融瓷流動(dòng)的元素種類及含量等

。Zhou 等

發(fā)現(xiàn)利用SLM 制備的鈦合金的抗氧化性能優(yōu)于鑄造鈦合金。而熱處理使SLM 純鈦晶粒尺寸增大，結(jié)構(gòu)均勻

，也可能有利于鈦瓷結(jié)合。

未熱處理的SLM 純鈦維氏顯微硬度高于熱處理后的SLM 純鈦。在同一噴砂壓力下，熱處理后的SLM 純鈦與三組瓷粉結(jié)合強(qiáng)度均高于未進(jìn)行熱處理的SLM 純鈦的鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度，熱處理可提高SLM 純鈦與三種瓷粉的鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度。未來(lái)將進(jìn)一步研究不同熱處理參數(shù)對(duì)鈦瓷結(jié)合強(qiáng)度以及對(duì)SLM 純鈦顯微結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響。

Hu DD performed the experiments and wrote the article. Ren CX revised the article. Luo XP designed the study and reviewed the article. All authors read and approved the final manuscript as submitted.

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