趙耀　童徐　劉嘉俊　浩志超　孟玉坤

[摘要] 目的 探討不同熱處理對牙科銀鈀鑄造合金顯微硬度的影響。方法 自制牙科銀鈀鑄造合金，用牙科標(biāo)準(zhǔn)鑄造程序制作合金試件。試件加熱到900 ℃后冰水中淬火作軟化熱處理，然后分組分別進(jìn)行硬化熱處理、深冷處理、硬化熱處理并深冷處理，以軟化熱處理組作為對照組。測試經(jīng)不同熱處理后合金的顯微硬度，進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。結(jié)果 與對照組相比，硬化熱處理、深冷處理、硬化熱處理并深冷處理均提高了合金的顯微硬度，硬化熱處理組提高了129%，深冷處理組提高了13%，硬化熱處理并深冷處理組提高了141%。結(jié)論 硬化熱處理和深冷處理均可以提高合金的顯微硬度，而硬化熱處理的提高更為明顯；當(dāng)硬化熱處理和深冷處理聯(lián)合應(yīng)用時，二者對合金硬度的提高可產(chǎn)生累加效應(yīng)。

[關(guān)鍵詞] 牙科鑄造合金； 時效硬化； 深冷處理； 顯微硬度

[中圖分類號] R 783.1 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.03.005

目前國內(nèi)采用的牙科鑄造合金中，進(jìn)口高貴金屬鑄造合金、貴金屬鑄造合金價格昂貴，而非貴金屬鑄造合金存在致敏性、致畸性等不利因素[1]，因此，研制低金含量鈀基合金材料對開發(fā)貴金屬鑄造合金材料，降低修復(fù)體制作成本，提高口腔修復(fù)治療水平有一定的現(xiàn)實意義。貴金屬鑄造合金一般都含有4種或4種以上的金屬元素，部分具有時效特性，即采用不同的熱處理方法處理后，合金會獲得不同的物理性能[2-3]。熱處理可以改變時效合金的金相結(jié)構(gòu)，從而改變其物理性能[4]；深冷處理可改變合金的金相結(jié)構(gòu)并去除殘余應(yīng)力，也可改善合金的物理性能[5]。本研究通過對自制牙科銀鈀鑄造合金分別進(jìn)行硬化熱處理、深冷處理、硬化熱處理并深冷處理后，觀察實驗合金顯微硬度的變化，為進(jìn)一步研發(fā)修復(fù)用牙科銀鈀鑄造合金并改善其性能奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料和儀器

WS-4型非自耗真空熔煉爐（中國科學(xué)院北京物科光電技術(shù)公司），賽福爾全瓷冠玻璃滲透爐（上海

齒科材料廠），Keynes-450型工模具深冷處理裝置（成都凱恩思環(huán)?？萍加邢薰荆琀XD-1000TMB/LCD型數(shù)字式顯微硬度計（上海泰明光學(xué)儀器有限公司）。

1.2 合金熔煉與鑄造

合金名義組分為Ag、Pd、Cu、Au，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為47%、25%、16%、12%。按標(biāo)稱組分配料，然后在真空熔煉爐中熔煉。電流參數(shù)100～290 A，電壓參數(shù)220 V，真空度5×10-3 Pa。熔煉成塊后翻轉(zhuǎn)，反復(fù)熔煉4次，自然冷卻，取出備用。合金熔鑄成錠。按照標(biāo)準(zhǔn)牙科鑄造程序，鑄造大小為10 mm×1 mm的圓片狀試件20個，磨平并校正試件的尺寸。

1.3 合金熱處理

試件先在程控高溫電阻路中進(jìn)行軟化處理（sof-ten treatment，ST），從15 ℃升溫到900 ℃，升溫速度為15 ℃·min-1，保溫30 min后在冰水中淬火；然后將試件分為4組，第1組為對照組，軟化熱處理后不再進(jìn)行任何處理，第2組為硬化熱處理組，第3組為深冷處理組，第4組為硬化熱處理并深冷處理組。

硬化熱處理：軟化熱處理后將試件在全瓷冠玻璃滲透爐中進(jìn)行硬化熱處理，溫度為459 ℃，處理時間為10 min，處理后試件隨爐冷卻。深冷處理：軟化熱處理后將試件在工作模具深冷處理裝置中從室溫以2 ℃·min-1的降溫速度降至-196 ℃，保溫38 h，取出試件并升回室溫后，200 ℃保溫1 h回火。硬化熱處理并深冷處理：先做硬化熱處理，冷卻后即刻做深冷處理。

1.4 合金顯微硬度測試

硬度測試前，按常規(guī)對試件進(jìn)行金相拋光，然后在顯微硬度計上測定硬度，加載力為9.8 N，加載時間為10 s；每組試件中的每個試件測量10個點，求得每個試件的平均值，并計算出每組試件的平均值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

運用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件包對各組合金試件顯微硬度值作單因素方差分析，用SNK法進(jìn)行兩兩比較，檢驗水準(zhǔn)為雙側(cè)α=0.05。

2 結(jié)果

對照組、硬化熱處理組、深冷處理組、硬化熱處理并深冷處理組的顯微硬度測試值分別為（1 387.52±

8.19）、（3 176.00±13.39）、（1 564.86±9.11）、（3 342.58±21.11） MPa。經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析，對照組與其他3組顯微硬度值的差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），可以認(rèn)為硬

化熱處理組、深冷處理組、硬化熱處理并深冷處理組的顯微硬度值均高于對照組；而硬化熱處理組、深冷處理組、硬化熱處理并深冷處理組間顯微硬度值的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），硬化熱處理并

深冷處理組顯微硬度最高，硬化熱處理組次之，再次為深冷處理組，對照組最低。比較4組顯微硬度值的均數(shù)，相對于對照組而言，硬化熱處理組提高了129%，深冷處理組提高了13%，硬化熱處理并深冷處理組提高了141%。

3 討論

一般來說，合金的金相結(jié)構(gòu)（如金相的轉(zhuǎn)變、晶粒的大小）會影響到合金的物理性能，如硬度等[6]。

Seol等[7]對Au-Ag-Pd-Cu鑄造合金（標(biāo)稱組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)：Ag40%，Cu20%，Pd20%，Au20%）的研究發(fā)現(xiàn)，該合金在350、400 ℃熱處理時表現(xiàn)出明顯的時效特性，合金硬度提高，其硬度的增加與Cu原子的擴(kuò)散有關(guān)。與之呼應(yīng)的是，田保等[8]對與本實驗相同標(biāo)

稱組分銀鈀鑄造合金的研究表明，該合金具有時效性，是一種多元時效合金，經(jīng)熱處理后該合金的硬度得到改善。合金的硬度值與熱處理的溫度和時間有關(guān)，在459 ℃等溫時效處理10 min時硬度達(dá)到最大值3 187.5 MPa；在459 ℃有明顯的相變，有Cu-Pd相析出，合金硬度提高與Cu原子的析出密切相關(guān)。

深冷處理可以提高非牙科合金的硬度[9-10]。Vi-

nothkumar等[11]發(fā)現(xiàn)，深冷處理提高了鎳鈦根管治療

器械的切削效率，但對器械耐磨性并無明顯影響。本實驗對自制銀鈀鑄造合金分別進(jìn)行軟化熱處理、硬化熱處理、深冷處理、硬化熱處理并深冷處理，研究其顯微硬度的變化，其中硬化熱處理組實驗條件根據(jù)前期研究[8]結(jié)果選為459 ℃等溫時效處理10 min，深冷處理條件據(jù)材料處理前硬度和組分摸索得出。實驗結(jié)果顯示：與軟化熱處理組相比，硬化熱處理、深冷處理、硬化熱處理并深冷處理均能提高合金的顯微硬度，硬化熱處理組提高了129%，深冷處理組

提高了13%，硬化熱處理并深冷處理組提高了141%。深冷處理對顯微硬度的提高相對較小，硬化熱處理對顯微硬度的提高較大，而硬化熱處理并深冷處理組較硬化熱處理組僅升高了5%。由此可見，硬化熱處理（459 ℃等溫時效處理10 min）可以大大提升實驗合金的硬度，深冷處理可在一定程度上提高合金的硬度，當(dāng)硬化熱處理和深冷處理聯(lián)合應(yīng)用時，二者會對合金的硬度產(chǎn)生累加效應(yīng)。本實驗合金在不同熱處理后其微結(jié)構(gòu)如何改變，顯微硬度改變后相關(guān)的物理效應(yīng)隨時間如何減弱則需進(jìn)一步研究。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Upadhyay D， Panchal MA， Dubey RS， et al. Corrosion of alloys

used in dentistry： A review[J]. Mater Sci Eng， 2006， 432（1/2）：

1-11.

[2] Yu CH， Park MG， Kwon YH， et al. Phase transformation and mi-

crostructural changes during ageing process of an Ag-Pd-Cu-Au

alloy[J]. J Alloys Compd， 2008， 460（1/2）：331-336.

[3] Seol HJ， Kim GC， Son KH. Hardening mechanism of an Ag-Pd-

Cu-Au dental casting alloy[J]. J Alloys Compd， 2005， 387（1/2）：

139-146.

[4] Liu WB， Wang JN. Strengthening of a Pd-free high gold dental

alloy for porcelain bonding by a pre-firing heat treatment[J]. Dent

Mater， 2007， 23（9）：1136-1141.

[5] 張茂勛， 何福善， 郭帥， 等. 深冷處理技術(shù)在鑄造合金材料中的

應(yīng)用及進(jìn)展[J]. 特種鑄造及有色合金， 2004（4）：8-10， 77.

Zhang Maoxun， He Fushan， Guo Shuai， et al. Progress in cryogenic

treatment and its application in cast alloys[J]. Special Casting Non-

ferrous Alloys， 2004（4）：8-10， 77.

[6] Wataha JC. Alloys for prosthodontic restorations[J]. J Prosthet Dent，

2002， 87（4）：351-363.

[7] Seol HJ， Lee DH， Lee HK， et al. Age-hardening and related phase

transformation in an experimental Ag-Cu-Pd-Au alloy[J]. J Alloys

Compd， 2006， 407（1/2）：182-187.

[8] 田保， 孟玉坤， 楊征， 等. 牙科低金含量銀鈀合金時效強化機制

[J]. 稀有金屬材料與工程， 2007， 36（3）：525-527.

Tian Bao， Meng Yukun， Yang Zheng， et al. Age-hardening mecha-

nism of a low-gold content dental casting alloy[J]. Rare Metal Ma-

terials Engineering， 2007， 36（3）：525-527.

[9] Baldissera P. Deep cryogenic treatment of AISI 302 stainless steel：

Part Ⅰ-hardness and tensile properties[J]. Mater Des， 2010， 31（10）：

4725-4730.

[10] Liu HH， Wang J， Shen BL， et al. Effects of deep cryogenic treat-

ment on property of 3Cr13Mo1V1.5 high chromium cast iron[J].

Mater Des， 2007， 28（3）：1059-1064.

[11] Vinothkumar TS， Miglani R， Lakshminarayananan L. Influence of

deep dry cryogenic treatment on cutting efficiency and wear resis-

tance of nickel-titanium rotary endodontic instruments[J]. J Endod，

2007， 33（11）：1355-1358.

（本文編輯 吳愛華）