摘要
TiNi合金拥有独特的超弹性和形状记忆效应，同时还具有良好的耐磨性、耐腐蚀性以及生物相容性，在生物医学领域得到了广泛应用。TiNi合金用作正畸弓丝时表现出优良的适应性和高回弹力，矫治时会对牙齿释放持续力，但牙齿在矫正的过程中弓丝和托槽之间不可避免的会产生摩擦阻力，弓丝与托槽间产生的摩擦力会降低牙齿的运动效率，出现牙齿无法移动等现象，因此需要降低正畸弓丝的摩擦系数，以获得更好的矫治效果。 本文采用等离子体浸没离子注入的方法，在TiNi合金表面注入氮离子降低TiNi合金的摩擦系数，以获得更好的治疗效果。目前在TiNi合金上均为高温、长时间的氮离子注入，以满足工业上的应用，TiNi合金经过高温、长时间氮离子注入后会生成金黄色的氮化钛，金色的弓丝不美观，且弓丝在口腔中不存在强的摩擦磨损，高温、长时间的注入不经济也不适用，在低温下进行小剂量的氮离子注入可降低成本且不影响美观，本研究将采用不同的氮离子注入工艺参数，在保证TiNi弓丝不变颜色的同时降低TiNi弓丝的摩擦系数。采用X射线光电子能谱、原子力显微镜、纳米压痕、拉伸试验、球盘式摩擦磨损实验和扫描电子显微镜等方法研究氮离子注入工艺对TiNi合金组织结构、力学性能、摩擦磨损性能的影响。 试验结果表明，在氮离子注入剂量相等，注入频率不同时均生成了钛的氧化物、氮氧化物和氮化物，样品的表面粗糙度均变小且在注入频率为150Hz时最低为1.89nm，纳米硬度随注入频率升高而降低，样品弹性模量均增大，氮离子注入后样品仍保持了良好的超弹性，注入频率为150Hz时样品的摩擦系数降至0.15且耐磨性最好。保持150Hz注入频率不变，增加注入时间，表面相组成仍为钛的氧化物、氮氧化物和氮化物，样品粗糙度随注入时间增加逐渐增大，注入时间为30min时粗糙度为3.1nm，仍低于未注入样品，氮离子注入后样品纳米硬度逐渐升高，样品仍保持良好的超弹性，随着注入时间的增加，耐磨性也逐渐提升，注入时间为30min的样品耐磨性最好。 本文结合多种分析测试结果，确定了氮离子注入TiNi合金的最佳工艺参数：注入电压-25kV，脉冲频率150Hz，脉冲宽度15μs，氮气气压0.2Pa，注入时间30min。此参数下，在人工唾液中TiNi合金摩擦系数较未注入样品降低了0.3，TiNi合金表面颜色未发生变化，仍为金属光泽。
NETL