王菁清，龍航宇，謝友能，鄧澤軍，周 靜，魏秋平, ，余志明, ，唐瞻貴

(1. 中南大學 材料科學與工程學院，長沙 410083； 2. 中南大學 湘雅口腔醫(yī)院，長沙 410078； 3. 中南大學 粉末冶金國家重點實驗室，長沙 410083)

植入義齒已經(jīng)成為目前最有效的修復牙列缺損及缺失的方法[1]。然而，由于種植義齒部件多、結(jié)構(gòu)復雜，臨床上易產(chǎn)生意外及并發(fā)癥[2-3]，其中，最常見的并發(fā)癥是部件松動，尤其是螺釘松動，據(jù)報道，其發(fā)病率高達2%至45%[4-5]。如果不及時處理，可能因應(yīng)力的產(chǎn)生、傳遞和分布異常導致螺釘斷裂、植入體斷裂、甚至失去骨結(jié)合，導致種植失敗。因此，加強基臺螺釘?shù)姆€(wěn)定性可以提高義齒種植成功的幾率。

目前，種植體的止動螺釘采用鈦合金(TC4)材料。眾所周知，鈦合金作為生物醫(yī)學常用材料，擁有高耐腐蝕性、高力學強度、低密度以及良好的生物相容性等優(yōu)異性能。然而，在負載下，它的摩擦疲勞脆化和磨損性能不利于口腔種植材料使用的長期性，尤其影響止動螺釘?shù)氖褂脡勖?。在反復咀嚼的循環(huán)咬合力作用下，基臺螺絲與種植體及基臺間的微小位移以及反復擰緊和松懈的過程都會造成部件損耗。此外，在口腔生物環(huán)境中，唾液、食品中的弱酸弱堿和鹽類物質(zhì)、食物分解和食物殘渣發(fā)酵產(chǎn)生的物質(zhì)以及細菌、齦溝液等，可從種植體與基臺之間的縫隙滲入，產(chǎn)生微生物腐蝕和電化學腐蝕。這種長期的摩耗和腐蝕，會影響界面間的匹配度，并使基臺螺釘和義齒之間失去預負荷，最終導致螺釘松動或斷裂。因此，改善鈦合金止動螺釘?shù)谋砻嫘阅芫哂兄匾呐R床意義。

根據(jù)上述情況，為了避免止動螺釘?shù)乃蓜樱菁y的理想表面應(yīng)滿足下列要求：高結(jié)合強度和耐磨性、低摩擦因數(shù)、強的耐蝕性和良好的生物相容性。

迄今為止，大量的研究表明，化學氣相沉積(CVD)金剛石薄膜，擁有與常用于可植入材料鈦和不銹鋼類似的生物相容性[6-12]。在牙科的臨床應(yīng)用中，也已有關(guān)于沉積有微米金剛石(MCD)涂層的牙銼[13]、化學氣相沉積微米/納米金剛石(MCD/NCD)雙層牙科醫(yī)用工具[14]等研究報道。金剛石擁有極高的硬度、強度、耐腐蝕性和低摩擦磨損的性質(zhì)，因此，有金剛石涂覆的鈦合金部件可以克服鈦合金的缺點[15]，金剛石的這些特性也完全滿足理想止動螺釘表面的要求。然而，采用CVD生長的MCD薄膜呈現(xiàn)出粗糙的表面形貌，具有較高的摩擦因數(shù)，不利于涂層的耐磨性能，而具有多晶形態(tài)的NCD薄膜，使得該材料在應(yīng)用磨損中能夠減少晶體解理的可能性[16]，從而能夠解決上述問題。因此，NCD薄膜除了具有MCD的一系列優(yōu)良性能外，其在生物摩擦學上的優(yōu)勢，使得在提高螺釘?shù)男阅芎褪褂脡勖希哂斜萂CD薄膜更大的潛力。目前已經(jīng)有很多研究關(guān)注到NCD薄膜的生物醫(yī)學應(yīng)用，其對于牙科種植體的應(yīng)用更是一種創(chuàng)新[17-20]。 眾所周知，大多數(shù)研究僅集中在生物、力學性能或耐腐蝕性能方面，應(yīng)用也主要集中在牙科器具上，很少有報道對NCD和MCD薄膜改善鈦合金基臺螺絲方面進行比較研究。為了滿足組件的良好契合要求，使用熱絲CVD的方法，在TC4基體上沉積一層薄的NCD與MCD薄膜。通過場發(fā)射掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和拉曼光譜儀表征金剛石薄膜的表面形貌和質(zhì)量；采用劃痕法檢驗薄膜與基體的結(jié)合強度。為了模擬臨床使用環(huán)境，在人工唾液環(huán)境中，對無涂層的鈦合金樣品、沉積有NCD薄膜和MCD薄膜的鈦合金樣品進行摩擦實驗和耐腐蝕性試驗。模擬了止動螺釘和基臺、螺釘與牙齒的接觸摩擦，分別選擇鉻鋼球和ZrO2球進行對磨實驗，與空氣中的鉻鋼球?qū)δ嶒瀸Ρ取?/p>

1 實驗

試驗基體為經(jīng)過機械鏡面拋光的鈦合金(TC4)圓片，直徑為9 mm厚度為1 mm?；w預處理如下：1) 先用2%HF + 2%HNO3(體積分數(shù))腐蝕15 s；2) 在去離子水中超聲清洗10 min，然后在含有納米金剛石粉末的丙酮懸濁液中超聲震蕩30 min；3) 最后在乙醇中超聲清洗2 min，得到表面粗糙度為28 nm的TC4基體。

預處理完成后，用熱絲輔助化學氣相沉積法(HFCVD)在基體表面沉積金剛石薄膜。NCD薄膜的反應(yīng)氣體為CH4+H2+Ar混合氣體，MCD薄膜的反應(yīng)氣體為CH4+H2混合氣體，氣體總流量均為100 mL/min。詳細的沉積參數(shù)見表1。

采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FEI Sirion200 FE-SEM)和原子力顯微鏡(Solver P47 AFM)對薄膜表面形貌和表面粗糙度進行表征測試。使用拉曼光譜(LabRAM ARAMIS Raman spectroscopy)對薄膜質(zhì)量進行表征，其中激光波長為532 nm，氬氣激發(fā)功率為21 mW，光斑大小為直徑為1 μm。

表1 金剛石薄膜沉積參數(shù) Table1 Deposition conditions for diamond films on TC4 substrates

采用劃痕測試法檢測薄膜與基體的結(jié)合強度，劃痕儀為美國UMT-2多試樣測試系統(tǒng)，所用壓頭為標準洛氏硬度C型金剛石壓頭，圓錐形壓頭頂角為120°，錐頭半徑為0.2 mm，最大載荷為25 N。薄膜的結(jié)合強度通過發(fā)射特征聲波檢測，試樣在不斷增大壓頭正應(yīng)力的劃動過程中，薄膜開始從基體剝落時的臨界載荷來確定。

摩擦磨損實驗使用的是美國UMT-2摩擦磨損試驗機，有金剛石薄膜和沒有金剛石薄膜的TC4圓片作為摩擦件，分別在人工唾液和空氣中，使用9.5 mm直徑的鉻鋼球和氧化鋯球作為摩擦副進行對磨，滑行速度為180 r/min，施加載荷為5 N，摩擦時間為 1500 s。

陽極極化曲線用來測試材料的耐腐蝕性能，采用的是CHI660E電化學工作站(CH Instruments,Austin,TX)。將試件制成電極，試件表面和電極表面使用雙蒸超純水(＞18 MΩ)清洗，在測試之前，將樣品浸于人工唾液中24 h以達到試件的表面穩(wěn)定。試驗采用的是三電極測試方法，鈦片作為對電極，飽和Ag/AgCl電極為參比電極，人工唾液為電解質(zhì)溶液；實驗的掃描速率為1 mV/s，掃描范圍從自腐蝕電位向正向電位掃描2 V；測試裝置置于水浴中，溫度保持恒定37 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 金剛石表面形貌分析

圖1 沉積于TC4基體NCD和MCD薄膜的表面形貌及NCD和MCD橫截面的FE-SEM像 Fig.1 Surface morphologies of NCD(a) and MCD(b) films deposited on TC4 substrates and cross-section FE-SEM images of NCD(c) and MCD(d)

圖1 所示為金剛石薄膜表面和截面SEM像。從圖1中可以看出，NCD和MCD薄膜都是致密、連續(xù)的，沒有明顯的裂紋，已滿足作為保護性涂層的基本 應(yīng)用要求。從圖1(a)中無法直接分辨出NCD薄膜的單顆晶粒形貌，估計晶粒尺寸為納米級(100 nm以下)，表面由大量菜花狀團聚結(jié)構(gòu)組成，該結(jié)構(gòu)是由具有細密結(jié)構(gòu)的納米微晶團聚或者二次形核形成[21-22]；圖1(b)中MCD薄膜晶?？堂骘@露，能清晰地分辨出單顆晶粒，晶粒尺寸在微米量級(200 nm~1 μm)。從圖1(c)和(d)截面的SEM像可知，NCD和MCD的薄膜厚度分別約為0.6 μm和1.7 μm。

圖2所示為NCD和MCD的原子力顯微鏡圖像，NCD表面明顯比MCD表面更平滑，它們的表面均方根粗糙度分別為34 nm和50 nm，這種表面粗糙度的減小主要來自晶粒尺寸的減小。一般來說，在MCD薄膜中，隨著薄膜厚度的增加，晶粒尺寸和薄膜的表面粗糙度也會相應(yīng)增加，而NCD薄膜則不同，當膜厚大約在1 μm 到17 μm的范圍時，晶粒尺寸和表面粗糙度都不會隨著膜厚的增加而增加[16]。因此，在沉積過程中以及不同的實際應(yīng)用過程中，NCD薄膜的表面粗糙度都會表現(xiàn)得更加穩(wěn)定。TC4經(jīng)過預處理之后表面粗糙度約為28 nm，相比之下，NCD薄膜沉積到螺絲表面時，更能夠復制出基體的表面形貌，也不會影響到螺紋的表面特征以及表面粗糙度，有利于組件的良好契合。

圖3所示為NCD和MCD薄膜的拉曼光譜圖。從圖3中可以看出，MCD的金剛石特征峰位于1348 cm-1，相較于1332 cm-1的典型金剛石峰向高波數(shù)偏移并有顯著寬化，這是由于金剛石薄膜和鈦合金基體的熱膨脹系數(shù)相差較大，在CVD沉積結(jié)束時，從高溫降到室溫的過程中膜基收縮不同導致界面處產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，計算值約為-7.84 GPa，表現(xiàn)為壓應(yīng)力[23]。NCD的金剛石特征峰位于1338 cm-1，相較于MCD的金剛石特征峰，NCD的特征峰向高波數(shù)偏移量較小，強度較弱，寬高比更大，說明此時薄膜的表面殘余應(yīng)力減小了，通過計算為-2.94 GPa，這種壓應(yīng)力的減小有利于增加膜基結(jié)合力，使沉積的薄膜更穩(wěn)定，而峰的寬化則是晶粒尺寸減小的結(jié)果[24]。在NCD的拉曼光譜中，還能看到波長位于1140 cm-1、1350 cm-1、1480 cm-1和1550 cm-1的4個峰。其中1140 cm-1和1480 cm-1的拉曼特征峰一般認為源自于反式聚乙炔，它是一種形成在晶界處的聚合物，是證明納米金剛石存在的可靠間接證據(jù)[25]。而1350 cm-1和1550 cm-1分別代表無序碳的D峰和G峰[22,26]，它們來自晶界處的sp2相。1140 cm-1和1550 cm-1特征峰同樣出現(xiàn)在MCD的拉曼光譜中，表明薄膜中有一定量的非金剛石相。在薄膜的沉積過程中，甲烷和氫氣(CH4+H2)的流量比會影響金剛石薄膜晶粒尺寸和拉曼光譜的特征表 現(xiàn)[27]。隨著CH4+H2的氣體流量比增大，晶粒尺寸減小，晶界明顯增加，隨之無定型碳(sp2相)比例增加，也會引起金剛石特征峰(sp3相)的弱化，D峰增強，甚至可能與金剛石峰重疊。由于拉曼共振效應(yīng)，該光譜對sp2相的敏感度約比 sp3相的高出50倍[28]，NCD薄膜相較于MCD薄膜，雖然sp2相強度增加，但是拉曼光譜中高強度的sp3相說明NCD薄膜中主要成分依然是金剛石相。

2.2 結(jié)合強度

金剛石膜應(yīng)用于基臺螺絲上的關(guān)鍵是薄膜與基體的之間的結(jié)合強度，它一般可通過劃痕實驗中薄膜開始從基體剝落時的臨界載荷來確定。結(jié)果表明：NCD薄膜和MCD薄膜與TC4合金的附著力分別約為5.5 N和4.3 N。圖4所示為劃痕實驗后樣品的表面形貌。從圖4中可以看出，金剛石薄膜并未出現(xiàn)大面積的崩裂和脫落，表明兩種薄膜與基體均有良好的結(jié)合強度。

圖2 TC4基體沉積金剛石薄膜的AFM像 Fig.2 AFM images of different diamond films deposited on TC4 substrates: (a) NCD; (b) MCD

圖3 NCD和MCD薄膜拉曼光譜 Fig.3 Raman spectra of deposited NCD and MCD films

圖4 劃痕實驗后樣品的表面形貌 Fig.4 Surface morphologies of samples after scratch test: (a) NCD; (b) MCD

影響薄膜附著力的主要因素之一為金剛石薄膜的殘余應(yīng)力，其主要由熱應(yīng)力和本征應(yīng)力組成，熱應(yīng)力是由于材料之間的熱膨脹系數(shù)差異而產(chǎn)生，鈦合金的熱膨脹系數(shù)為7.1×10-6~4.9×10-6，金剛石的熱膨脹 系數(shù)約為1.0×10-6，較大的熱膨脹系數(shù)差異一直是影響薄膜附著力的主要原因。而本征應(yīng)力主要是由晶界上的石墨、薄膜中的氫以及薄膜自身缺陷造成的。由于sp2相的鍵長比sp3相的短，更高比例的sp2鍵可以提高膜與基體之間的粘著強度[29-30]，因此，NCD薄膜可以提供比MCD薄膜更好的與基體的結(jié)合性能，這與NCD薄膜相較于MCD薄膜殘余應(yīng)力的下降相對應(yīng)。有研究報道[31]，臨界載荷會隨著膜厚的增加而降低，殘余應(yīng)力也會隨著膜厚的增加而增加[32-34]，這是因為薄膜厚度增加時，增強的殘余應(yīng)力削弱了膜和襯底之間的界面結(jié)合強度，在臨界載荷時，膜基界面的材料更容易遷移。由此可以推斷，較厚的薄膜比較薄的薄膜更容易剝離。

2.3 摩擦學性能

圖5 NCD、MCD和TC4在不同環(huán)境中的摩擦因數(shù)變化 Fig.5 Variations of friction coefficients during sliding of NCD film,MCD film and uncoated TC4 substrate (3 Hz frequency and 5 N normal load for 1400 s): (a) ZrO2+artificial saliva; (b) Cr-steel+artificial saliva; (c) Cr-steel

圖5 所示為NCD、MCD和TC4摩擦磨損實驗所得摩擦因數(shù)隨時間的變化曲線，其中(a)、(b)、(c)圖展 示了不同摩擦副材料和測試環(huán)境下的摩擦因數(shù)變化曲線，依次為ZrO2球-唾液、鉻鋼球-唾液和鉻鋼球-空氣。從圖5中可以看出，有金剛石涂層的試件，其摩擦因數(shù)都是隨時間增加而呈總體下降趨勢，而TC4試件的摩擦因數(shù)在微小波動中保持基本穩(wěn)定，甚至還略有上升趨勢。首先，NCD和MCD薄膜的摩擦因數(shù)在開始都有一個先上升再下降的過程，而TC4從一開始就一直保持在一定的波動范圍內(nèi)，這是因為TC4的表面是鏡面拋光的，而沉積有NCD和MCD薄膜的TC4試件，經(jīng)過表面預處理和金剛石沉積后，表面具有一定的粗糙度，由于磨料切削效應(yīng)，摩擦初期需要一個磨合期以達到較低的穩(wěn)態(tài)值，此磨合期與表面粗糙度和金剛石的平均晶粒尺寸有關(guān)。在磨合期之后的一段時間內(nèi)，NCD和MCD的摩擦因數(shù)都減小，并最終保持在一定的范圍之內(nèi)，達到相對平穩(wěn)的摩擦因數(shù)，并隨時間的推移略微降低。不同環(huán)境中的試件表面最終穩(wěn)定的平均摩擦因數(shù)如表2所列。由表2可以看出，當摩擦因數(shù)進入穩(wěn)定階段之后，金剛石薄膜的摩擦因數(shù)均低于TC4的摩擦因數(shù)，并且波動范圍較小，性能穩(wěn)定，因此，都起到了降低摩擦因數(shù)的作用。

表2 不同摩擦副時NCD、MCD和TC4最終穩(wěn)定的摩擦系數(shù) Table2 Final friction coefficients of NCD,MCD and TC4

對比NCD和MCD的摩擦磨損性能，NCD比MCD擁有更低的摩擦因數(shù)。薄膜的表面粗糙度和微觀結(jié)構(gòu)，對金剛石的摩擦磨損也有著顯著的影響[35]。首先，摩擦性能主要受薄膜初始表面粗糙度的影響。在一般情況下，較高的表面粗糙度會帶來更長的磨合期和更大的磨擦磨損[36]；足夠光滑的NCD薄膜，在干燥或潮濕的環(huán)境中，與任何金屬材料的滑動摩擦都表現(xiàn)出極低的摩擦因數(shù)。事實上，在磨合之后，NCD的表面幾乎是原子級的平滑度(Ra≈6 ?)，其摩擦因數(shù)為表現(xiàn)出純粘著摩擦組件[37]。其次，低粘著組件的形成是由于表面的懸空碳鍵與氫原子相結(jié)合[38]，如果氫原子從金剛石表面脫離，摩擦因數(shù)將大幅增加。傳統(tǒng)的CVD金剛石中含有少量的的氫(僅0.5%)，而NCD中的氫含量約為5%，這就會使NCD產(chǎn)生一個自供給氫原子的表面，從而改善摩擦性能[37]。再次，低摩擦與滑動接觸點附近金剛石的無定型化或石墨化有直接的聯(lián)系[39-40]。這可以合理地解釋，無論NCD還是MCD的摩擦因數(shù)都隨著時間增加而呈下降趨勢。當金剛石被拋光的時候，受表面取向和滑動方向的影響，金剛石表面經(jīng)歷了sp3相向sp2相的轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生了一個非晶依附層，這種結(jié)構(gòu)相的無定型化會一定程度上造成摩擦性能的變化。增加的無定型碳會減小剪切阻力，降低表面摩擦因數(shù)。最終形成穩(wěn)定的低摩擦因數(shù)，可以歸因于一個連續(xù)、有潤滑作用的無定型碳層的形成。相比于MCD，NCD由于二次形核使其本身具有更多的晶界，晶界處聚集了大量的sp2聚芳烴和無定型碳，因此，NCD中無定型碳對于摩擦的潤滑作用也就表現(xiàn)得更為明顯，摩擦因數(shù)更低，磨損更小。

從圖5(a)和(b)中可以看出，在模擬人體口腔環(huán)境的人工唾液中，NCD薄膜的摩擦因數(shù)呈現(xiàn)出兩個穩(wěn)定階段；從圖5(b)和(c)中可以看到，人工唾液環(huán)境和空氣環(huán)境相比較，唾液環(huán)境中的試件表面摩擦因數(shù)都比在空氣中得到的實驗值更低，這些可以歸因于金剛石滑動面的高度鈍化性質(zhì)[36]。研究報告指出，活性的氣態(tài)物質(zhì)如水蒸汽等，可吸附和鈍化大部分碳材料表面的懸空鍵，阻止試樣和摩擦副之間的鍵的生成。圖5(a)和(b)兩個實驗組都是模擬人體口腔環(huán)境，摩擦之后會產(chǎn)生一些物理和化學反應(yīng)，隨著表面溫度的升高，生成的水蒸汽富集在滑動摩擦面，因此摩擦減小。

圖6所示為空氣環(huán)境下試樣與鉻鋼球?qū)δズ蟮谋砻鍲E-SEM像。從圖6中可以清晰分辨樣品的磨損軌跡和表面變形的情況，沉積有金剛石薄膜的樣品中，薄膜均無剝落和脆裂，進一步證明金剛石薄膜與基體之間有良好的結(jié)合強度；在相同的摩擦條件下，沉積有金剛石薄膜樣品表面的磨損軌跡比無薄膜樣品要淺，說明金剛石薄膜能夠有效減少磨損率，提升基體的耐磨性，其磨損形式主要是微動磨損[41]。在本實驗中，金剛石薄膜的磨損基本為0，但由于制動效應(yīng)，輕微磨損是可能出現(xiàn)的，而當薄膜具有比摩擦副更高的硬度和彈性模量時(如表3所列)，摩擦球的表面可能產(chǎn)生比金剛石表面更多的磨損[41]，摩擦球的磨損率會隨著硬度的降低而增加[42]。

NCD薄膜相較于MCD薄膜，NCD薄膜的晶粒尺寸和粗糙度在一定范圍內(nèi)都不會隨著膜厚的增加而增加[16]，這也進一步證明，NCD薄膜的摩擦性能會比MCD薄膜的摩擦性能更穩(wěn)定。在不同膜厚和不同摩擦程度時，MCD薄膜很可能在膜厚較厚、摩擦程度較淺的時候表現(xiàn)出比較大的摩擦因數(shù)和磨損，而NCD薄膜則會一直保持更好的摩擦性能。再者，MCD膜具有 較高的硬度和彈性模量，還含有較高的殘余壓應(yīng)力。通過摩擦試驗中的外部壓力，薄膜容易變形甚至從基體表面剝落。而有研究表明[43]，相比于其他的金剛石材料，盡管面臨嚴峻的邊界潤滑條件下，NCD膜依然具有較低摩擦因數(shù)和較高的耐磨性，潤滑劑的作用可以被忽略。因此，TC4的表面沉積NCD涂層可以降低磨耗提高耐磨性。

圖6 與鉻鋼球在空氣中的摩擦試驗后試樣表面的 FE-SEM像 Fig.6 FE-SEM images of NCD(a),MCD(b) and TC4(c) after friction tests against chrome steel ball in ambient air

表3 不同材料的硬度和彈性模量 Table3 Hardness and elastic modulus of different materials

綜上所述，鈦合金表面沉積金剛石涂層能夠很好地改善材料的摩擦學性能，其中NCD薄膜相較于MCD薄膜可提供更小的更穩(wěn)定的摩擦因數(shù)，其特征性質(zhì)均有利于生物醫(yī)學的臨床應(yīng)用，亦符合牙科止動螺釘表面的理想要求。

2.4 耐腐蝕性

圖7所示為恒溫37 ℃時NCD、MCD和基體TC4的陽極極化曲線。從圖7中看出，3個測量得到的極化曲線中都沒有活化區(qū)，表明這3種測試材料的表面經(jīng)過24 h浸泡預處理后，已經(jīng)在人工唾液中鈍化，一定程度上證明試件都具有良好的耐腐蝕性。在電化學掃描的過程中，電流隨著電壓的增加而增加，當電位升高到初始穩(wěn)態(tài)電位時，電流達到鈍化狀態(tài)。根據(jù)電化學理論，初始穩(wěn)態(tài)電位和維鈍電流密度的降低，以及維鈍區(qū)間的擴大，都表明了材料的耐腐蝕性能的提高。在圖7中可以看到，初始穩(wěn)態(tài)電位從負到正依次為NCD、MCD和TC4，其中NCD擁有最小的初始穩(wěn)態(tài)電位和最大的維鈍區(qū)間，而TC4呈現(xiàn)出最大的初始穩(wěn)態(tài)電位和最小的維鈍區(qū)間。這表明沉積金剛石薄膜具有較好的耐腐蝕性，其中NCD比MCD的改善效果更為明顯。在臨床應(yīng)用中，口腔環(huán)境中的電位一般不超過600 mV[44]，與此對應(yīng)，在本次測試中，NCD薄 膜試樣的電流密度幾乎為0，MCD和SUB也都在 10 μA·cm2以下。

圖7 NCD、MCD和TC4的陽極極化曲線圖Fig.7 Anodic polarization curves of different diamond films and uncoated substrate in artificial saliva at 37 ℃

另外，基體宏觀結(jié)構(gòu)對材料的耐腐蝕性能也有很大的影響，宏觀結(jié)構(gòu)的差異會影響材料的表面狀態(tài)。鈦合金具有良好的耐蝕性是由于表面上形成的TiO2鈍化膜，該膜穩(wěn)定、致密、具有較高的氧化電勢和機械損傷愈合能力[45]。然而，作為螺絲的螺紋面，其表面鈍化膜容易受使用過程中產(chǎn)生的應(yīng)力影響而破裂，從而可能導致金屬離子的釋放并危害人體的正常新陳代謝[46]。而沉積金剛石薄膜之后，致密連續(xù)結(jié)合良好的薄膜將大大提高表面狀態(tài)的穩(wěn)定性，可以有效防止金屬元素的析出，其中，NCD薄膜結(jié)合良好，其內(nèi)應(yīng)力低于MCD的。因而，NCD具有更優(yōu)異的綜合性能。

3 結(jié)論

1) 通過HFCVD在TC4基體上沉積得到了連續(xù)致密、低表面粗糙度和結(jié)合良好的NCD和MCD薄膜。

2) NCD涂層的摩擦因數(shù)最低(0.09~0.15)，MCD的次之(0.18~0.22)，且均降低了磨損率，金剛石薄膜較低的表面粗糙度和特有的微觀結(jié)構(gòu)以及其優(yōu)異的力學性能，有效地改善了TC4的摩擦磨損性能。此外，人工唾液的存在能夠降低材料的摩擦因數(shù)。

3) 金剛石薄膜能有效地提升材料的抗腐蝕性能，特別是NCD薄膜擁有最小的初始穩(wěn)態(tài)電位、維鈍電流密度(接近0)和最大的維鈍區(qū)間。

4) 致密連續(xù)結(jié)合良好的金剛石薄膜，大大提高了金屬表面狀態(tài)的穩(wěn)定性，其中NCD薄膜具有更優(yōu)異的物理化學性能和生物相容性，使其在牙齒修復方面具有很好的臨床使用意義。

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