肖惠軍 郭天文 叢龍鳳 周 穎 王寶成

金屬鑄造冠橋義齒、可摘局部義齒以及全口義齒的金屬支架是口腔臨床常用的金屬修復(fù)體。制作這些金屬修復(fù)體使用的材料主要為鈦金合金、鈷鉻合金、鎳鉻合金及一些相對較新型的金屬鈦材料及鈦合金。在這些金屬材料中，金合金具有力學(xué)性能可調(diào)范圍廣、鑄造精度高、耐腐蝕性能好及華貴的金黃色等優(yōu)點，成為理想的金屬修復(fù)材料。但是，金合金價格昂貴。鈷鉻合金和鎳鉻合金力學(xué)強度高，價格便宜，但是生物相容性較差，特別是鎳鉻合金的致敏性較大［1］。鈦及鈦合金是較晚應(yīng)用于口腔的金屬修復(fù)材料，具有質(zhì)輕、強度高、耐腐蝕性能好和優(yōu)異的生物相容性等優(yōu)勢［1］，近年來在臨床上應(yīng)用地越來越廣泛。但是，鈦及鈦合金表面硬度不高，純鈦的維氏硬度（HV）為280-300 kg/cm2，鈦合金的維氏硬度是HV280-340 kg/cm2，表面耐磨耗性能相對較低［2，3］，而且也缺少金合金那樣華貴的金黃色。

在金屬構(gòu)件表面鍍上一層氮化鈦（NTi）鍍膜可以顯著提高金屬構(gòu)件的表面硬度和耐磨耗性能，這種鍍膜技術(shù)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)耐磨耗金屬構(gòu)件，也被應(yīng)用于鈦及鈦合金義齒修復(fù)體表面［4］。氮化鈦鍍膜可以提高鈦及鈦合金修復(fù)體的表面硬度及耐磨耗性能，同時賦予修復(fù)體華貴的金黃色，深受臨床患者的歡迎［5］。但是，在口腔環(huán)境下，特別是口腔刷牙清潔過程對鈦及鈦合金氮化鈦鍍膜的金黃色的持久性是否有影響，是臨床醫(yī)生和患者關(guān)注的熱點，這方面的研究尚未見文獻具體報道。因此，本文采用體外牙刷刷牙方法評價刷牙清潔對氮化鈦鍍膜金黃色持久性的影響，為臨床提供數(shù)據(jù)支持。

1.材料與方法

1.1 實驗材料與設(shè)備 純鈦塊（TA2，西北有色金屬研究院），離心-真空-壓力鑄鈦機（由第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院與洛陽四方通用機械廠聯(lián)合研制），等離子鍍膜機（УВНПА－1—001型，白俄羅斯）（圖1），分光測色儀（SF-300型，DataColor，美國），牙刷磨耗試驗機（Ⅴ型往復(fù)式，第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院口腔材料教研室研制［6］）（圖2）。潔牙粉（舒客，廣州薇美姿實業(yè)有限公司，主要成分磷酸氫鈣、碳酸鈣、月桂醇硫酸酯鈉，與牙膏成分基本相同）。

圖1 УВНП?。?—001等離子體鍍膜機

圖2 V型往復(fù)式牙刷磨耗試驗機

1.2 實驗方法

1.2.1 試件制備 制備12 mm×12 mm×1 mm 的片狀蠟試樣，然后用鋯系鑄造包埋材料進行內(nèi)包埋蠟試樣，再用磷酸鹽包埋材料真空外包埋。鑄型凝固、干燥成型后進行鑄圈的焙燒，焙燒工作程序：1 h 窯爐內(nèi)升溫加熱至260℃，保溫加熱30 min，繼續(xù)升溫加熱至982℃，保溫加熱1 h，隨風(fēng)爐冷涼至接近室溫。在牙科用鑄鈦機上將其鑄造成純鈦錠鑄件，鑄造加工條件：鈦錠總重約為30 g，熔金電流大于250 mA，熔金時間約30 s。采用離心-真空-壓力并用法進行鑄造，鑄造處理完后再按照以上常規(guī)步驟去除包埋廢料，切去鑄道，用80 目石砂或100 目氧化鋁砂在大約0.4 Mpa 以上的壓力作用下進行表面噴砂30 s，清潔表面。然后將試件浸泡在濃度約1∶7(體積比）的HF-HNO3混合酸溶液中加熱約20 s，取出后經(jīng)流水沖洗干凈，再用橡皮刮刀在SiC 水砂紙篩網(wǎng)上從約240目砂篩開始逐級研磨至約600 目，再用無水乙醇液經(jīng)超聲清洗干燥約15 min，流水沖洗后，自然風(fēng)干［7］。分別用光學(xué)放大鏡片（×5）和光學(xué)X 線片（70 Kv/50 mA/0.12 s）來檢查鑄件表面質(zhì)地致密和檢查內(nèi)部有無氣孔情況，篩選出至少5個鑄件，表面質(zhì)地較為致密、無結(jié)構(gòu)缺陷、內(nèi)部均無明顯氣孔存在的合格試件并用于實驗。

1.2.2 氮化鈦鍍膜制備 根據(jù)預(yù)實驗選定的鍍膜工藝參數(shù)進行。將試件固定于等離子鍍膜機中的夾具上，覆蓋鐘罩后抽真空。當真空達8×10-3MPa 以下時，將氬氣充入離子體源，對試件表面進行清洗，加熱冷卻時間小于30 min (溫度30～60℃)。接通直流電弧鈦等離子體源，充填入少量純氮氣后即可投入進行真空鍍制，此時氮氣的真空度值大約為7×10-2MPa，直流電阻約75 Ω，電壓峰值約達150 V，鍍制工時30 min。鍍制工藝過程結(jié)束后，在真空釜腔中再進行真空自然冷卻干燥降溫約20 min，真空干燥完成后可取出鍍試件。

1.2.3 人工磨刷試驗 按照質(zhì)量比1∶2 稱取去離子水和潔牙粉，混合后用手持勻漿器充分混勻，制備人工刷牙磨耗液。用502 膠將試件粘固到牙刷磨耗試驗機的磨塊表面，使鍍層接觸牙刷刷毛（圖2），每個牙刷磨頭磨刷一個試件，并且配有單獨的磨耗液瓶，每個磨耗液瓶加有100 ml 磨耗液。調(diào)節(jié)磨耗試驗機上的加力彈簧旋鈕，使牙刷磨頭對試件的表面形成150 g 的壓力（用感量為5 g 的管形測力計測定［8］），磨刷過程中，牙刷在試件表面做往復(fù)移動，移動幅度20 mm，移動一個來回（1 s）計為磨刷一次，磨刷過程中牙刷頭和試件始終浸泡在磨耗液中，牙刷磨頭的移動會攪拌磨耗液，可防止顆粒磨粒的沉淀。共磨刷10800次（相當于半年）。磨耗試驗后，取出試件，流水沖洗干凈后用氣水槍沖洗并吹干。

1.2.4 氮化鈦鍍膜顏色變化的測定 在試件進行牙刷磨耗前及磨耗后，在SF-300分光測色儀上采用光譜反射法測定有鍍層試件的色度值，以CIE色度系統(tǒng)的顏色參數(shù)L*、a*、b*表征。測試前測色儀用標準黑體調(diào)零，用標準白板校準，測色光源為D65 光源，每個試樣測量3次，結(jié)果取平均值。SF-300分光測色儀配有SCT-DT2000 配套軟件，自動給出的L*（明度）、a*（紅綠色度）、b*（黃藍色度）值，根據(jù)下式計算總色差（ΔE）。

上式中，ΔL*是磨刷前后明度差值，Δa*是磨刷前后紅綠色度差值，Δb*是磨刷前后黃藍色度差值。

1.2.5 統(tǒng)計學(xué)處理 采用單因素方差分析對試件牙刷磨耗前、后的L*、a*、b*值分別進行比較，顯著性水平設(shè)定為P＜0.05。

2.結(jié)果

試件的氮化鈦鍍膜磨刷前后的L*、a*、b*值及其差值見表1，可見，與磨刷前相比，磨刷后氮化鈦鍍膜的L*值和a*值變化不顯著，無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），說明鍍膜在明度和紅綠色方面保持穩(wěn)定，但是b*值變化非常顯著（P＜0.001），磨刷后與磨刷前的差值為負值，說明鍍膜的黃色下降，藍色增加。經(jīng)計算，氮化鈦鍍膜磨刷前后的總色差ΔE 為0.86±0.07，未達到人眼可分辨最小總色差值（ΔE 1.5-2.0）。

表1 磨刷前、后氮化鈦鍍膜的L*、a*、b*值及其差值

3.討論

在硬度不高的鈦及鈦合金修復(fù)體表面形成氮化鈦鍍膜不但可以提高修復(fù)體表面的耐磨耗性能，而且也賦予修復(fù)體華貴的金黃色，可以提高義齒的患者歡迎度，因此在臨床上得到廣泛應(yīng)用。不論是金屬固定修復(fù)體還是可摘義齒，在使用過程中都易受到食物的摩擦及每天的刷牙磨刷。對于可摘義齒，患者每天摘下后還要用牙刷進行刷洗。這些常年的磨刷清洗是否會刷掉氮化鈦鍍膜，或者使鍍膜變薄而使義齒的金黃色變淺，甚至消失，是人們一直關(guān)注的熱點，因此模擬人工刷牙的方法來檢測離子鍍膜的顏色穩(wěn)定性是必要的［9］。

在金屬表面形成氮化鈦鍍膜的方法有多種，本研究采用濾過陰極真空電弧沉積（Filtered Cathode Vacuum arc Deposition， FCVAD，又稱電弧離子鍍）方法進行氮化鈦鍍膜，這種方法是一種高效的高能電離沉積方法，可在高沉積速率下產(chǎn)生致密的、黏附牢固的氮化鈦鍍膜［10，11］。從本研究結(jié)果也可以看出，這種方法形成的氮化鈦鍍膜經(jīng)過體外牙刷連續(xù)磨刷10800次，鍍膜顏色參數(shù)幾乎沒有變化，這也間接地說明這種方法形成的鍍膜耐磨耗性能好，對鈦金屬基底的附著牢固。

本研究的牙刷磨刷試驗參照國際標準組織（ISO）關(guān)于牙膏、牙刷磨刷試驗標準推薦的方法進行的，本研究為了排除牙膏中的水分對最終磨耗液水分含量的影響，采用潔牙粉來配制磨耗液，這樣摩擦劑與水分比例更加準確，而且摩擦劑與水的比例也是參照ISO 標準。本研究采用的磨刷壓力（150 g）也是ISO 標準推薦的磨刷壓力。本研究以連續(xù)磨刷10800次來模擬一般成年人半年刷牙的效果，因為一般人每天早晚各刷牙一次，每次平均磨刷36次，因此磨刷10800次至少可以模擬半年的磨刷時間。

本研究采用國際照明委員會（Commission Internationale de l′Eclairage， CIE）建立的L*、a*、b*顏色表征體系測定鍍膜顏色。L*為該顏色體系三維坐標的垂直軸，代表顏色的明度，其值從0(黑)～100(白)。a*、b*是互 相 垂直 的水平 軸，a*為紅-綠軸，取值范圍是為+127～-128，正值表示紅色，負值表示綠色；b*為黃-藍軸，取值范圍是為+127～-128，正值表示黃色，負值表示藍色。從本研究結(jié)果可以看出，氮化鈦鍍膜經(jīng)牙刷磨刷后，L*值和a*值無顯著變化，b*值有所降低，但是磨刷前、后總色差ΔE 平均值僅為0.864，遠小于肉眼可辨別的數(shù)值（ΔE 在1.5～2.0），說明氮化鈦鍍膜經(jīng)過模擬臨床磨刷半年，顏色變化非常小，肉眼無法識別這種變化。

4.結(jié)論

等離子鍍膜方法可在高沉積速率下產(chǎn)生致密的、黏附牢固的氮化鈦鍍膜，這種方法在純鈦表面形成的氮化鈦鍍膜可以顯著提高金屬構(gòu)件的表面硬度和耐磨耗性能，同時賦予金屬構(gòu)件華貴的金黃色，深受患者青睞，因此，這種鍍膜技術(shù)被廣泛應(yīng)用于鈦及鈦合金義齒修復(fù)體表面。采用模擬刷牙半年時間的體外磨刷試驗后，氮化鈦鍍膜的顏色穩(wěn)定，未發(fā)生肉眼可覺察的顏色變化。