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为纯钛铸件的后期表面处理提供实验依据


本项研究通过对纯钛铸件表面经不同条件喷砂后,铸件减重(Wt)与表面粗糙度(Ra值)的测定及金相观察,考察喷砂对其表面结构的影响,为纯钛铸件的后期表面处理提供实验依据。
1.材料方法:用锆英石包埋料作内包埋,磷酸盐包埋料外包埋,LZ-Ⅱ型牙科铸钛机(第四军医大学口腔医学院、洛阳通用轻工机械厂共同研制)铸造10 mm×10 mm×1.4 mm的纯钛(TA2,西北有色金属研究院研制)铸件120个" 。依下述条件按平衡实验设计共分为" 24组:喷砂压力分别为 0.2 MPa、0.4 MPa和0.6 MPa,喷砂时间分别为:10、30、60和90 s,砂粒为80#白刚玉(WA)和绿碳化硅(GC),每组5个试件。每个试件的相对面分别用WA及GC在相同压力和时间条件下喷砂,喷嘴距试件20 mm,喷射角度45°。喷砂后试件表面用气水枪冲洗,自然干燥12 h后作测试。用精密电子天平(Sartorius Basic,Germany)称重喷砂前、后的试件,计算Wt。用表面粗糙度测量仪(TR-240型,北京时代集团)测定各组中4个试件的Ra值。各组Wt及Ra值比较,均为4个测量值的均值。第5个试件按金相试件要求制备后,用广视角金相显微镜(MM-6,Leits,Germany)观察其中心横断面的表层结构。
2.结果: 纯钛铸件的Wt随喷砂时间延长和所用压力增加而增大,且在相同的压力及时间下使用WA比GC对纯钛铸件表面的Wt大。最小Wt(1.950 mg)为使用GC、在0.2 MPa压力下喷砂10 s组,最大Wt(12.425 mg)为使用WA、在0.6 MPa压力下喷砂90 s组,二者相差达6倍多。
喷砂前铸件Ra值为3.718 μm。经3种压力下喷砂10 s后,使用WA各组的Ra值即不再发生明显变化;而使用GC的各组经30 s后Ra值才不再发生明显变化。随着压力增大,喷砂相同后时间的铸件表面Ra值均有不同程度的降低,最小Ra值(0.915 μm)为使用WA、在0.6 MPa下喷砂30 s组。
铸件表面污染层的金相结构由外向内明显地分为烧结层、氧化层(α-case层)、富Si-P层和树枝状结晶层,厚度约为 75 μm。喷砂90 s后,使用GC、3个压力组的钛铸件表面α-case层均被喷除;富Si-P层仍存在,但随着喷砂压力增大而变薄。使用WA的0.4 MPa压力组则无残余富Si-P层存在,在0.6 MPa压力下30 s后,α-case层和富Si-P层均已被去除,但树枝状结晶层依然存在且随喷砂时间延长而变薄。


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