口腔纯钛种植体喷丸酸蚀和阳极氧化的表面改性研究

口腔纯钛种植体喷丸酸蚀和阳极氧化的表面改性研究

杨蓬春

杨蓬春

(黑龙江省哈尔滨市呼兰区口腔病防治所150500)

【摘要】目的：重点研究了口腔纯钛种植体的三种表面改性工艺，并通过表面结构，给出最优化的改性工艺。方法：对打磨抛光后的纯钛片(PureTi)分别用喷丸酸蚀(SLA)、阳极氧化(AO)，以及喷丸酸蚀和阳极氧化结合(SLA+AO)的方法进行表面改性，从而得到SLATi、AOTi、SLA+AOTi三组样品。并以PureTi作为空白对照样品进行对比分析。结果：经喷丸酸蚀处理的SLA-Ti样品表面形貌主要微米结构和少量纳米孔组成;经阳极氧化处理的AO-Ti样品只有纳米孔结构；经复合工艺喷丸酸蚀及阳极氧化处理的SLA+AO-Ti样品表面基于SLA形貌结构增加了大量的纳米孔。结论：最优表面改性工艺，即喷丸酸蚀和阳极氧化的复合工艺。

【关键词】纯钛种植体；喷丸酸蚀；阳极氧化

【中图分类号】R78【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2014）32-0035-02

自纯钛的骨整合现象被提出之后，纯钛作为口腔医学领域的研究和应用受到越来越多的重视。由于其生物活性较低，在临床应用中骨整合周期长，因此为提高纯钛表面的生物活性以降低骨整合周期，人们对其进行了各种改性处理。

1.材料

本研究采用的纯钛是由宝钛公司提供的TA2级的钛棒，通过切割机将其切割成盘状钛片，打磨抛光至光滑后，将样品表面清洗干净后吹干最后将样品表面塑封，避免被空气氧化。

2.实验样品制备

2.1喷丸

喷丸中弹丸可根据工件选用不同的材质，而喷丸和喷砂的区别主要是在所选的弹丸材质不同。喷丸工艺除了可以清理纯钛表面杂质之外，由于弹丸颗粒与材料表面的动态接触，这种处理可以引起材料粗糙度的提高和表面机械约束。此外，机械方法也常用作其他表面改性方法如阳极氧化的预处理措施。姚再起等[1]通过高能喷丸对纯钛进行了表面预处理，分析其表层微观组织的变化。首先经高能喷丸预处理，随后进行微弧氧化处理，最终提高了钛表面生物活性。

2.2阳极氧化

纯钛金属的阳极氧化过程中，纯钛作阳极，石墨板或钢板作阴极，以硫酸、磷酸、草酸等溶液为电解液，通过一定的直流电进行恒流或恒压电化学处理。在电解过程中，电解液中氧或酸的阴离子与阳极纯钛表面发生电化学作用并生成氧化膜，最终形成的二氧化钛氧化膜厚度一般为100纳米至几个微米。

2.3喷丸酸蚀SLA处理

酸蚀:纯钛样品在喷丸处理后逐次进行丙酮、无水乙醇超声清洗，清洗干净后再进行酸蚀实验，目的是清除喷丸表面遗留的喷丸球杂质以及引起材料表面微米级坑及粗糙度。

2.4阳极氧化AO处理

采用恒电压阳极氧化法，以钛圆片为阳极，石墨板为阴极，1mol/L、3mol/L硫酸溶液为电解液。接通电源后，在室温条件下，电压以恒定速度上升至90伏，恒压5分钟之后电压急降至零，最终获得AO-Ti组样品复合工艺处理

2.5SLA-AO复合工艺处理

SLA-AO复合工艺处理是指结合上述喷丸酸蚀处理和阳极氧化处理，即将喷丸酸蚀处理之后的样品超声清洗之后，进行3mol/L硫酸溶液、90V恒压阳极氧化处理，以结合喷丸酸蚀和阳极氧化工艺对纯钛表面的处理效果。最终获得SLA+AOTi组样品。

3.结构表征方法

3.1SEM形貌观察

扫描电子显微镜(SEM)主要是利用样品产生的二次电子信号成像来观察该样品的表面形貌，其中主要是二次电子发射[2-3]，通过对样品激发产生的二次电子信号分析能清晰了解样品表面的形貌特征。

3.2粗糙度检测

表面探针式探针扫描台阶仪测试靠的是一个探针，探针的下方是个V型的，样品放在水平的测试台上，探针在样品表面左右移动，计算机通捕捉探针在Z方。向的移动并记录数据，从而得出结果.应该是用物理接触来进行测量的。

4.表面结构性能研究

4.1喷丸酸蚀处理

由SEM观察结果可以看出，进行喷丸处理并超声清洗之后的钛片表面覆盖大量的喷丸颗粒，颗粒形态不规则，形成粗糙表面，需要通过酸蚀处理去除，最终形成的具有多孔结构的粗糙表面对提高生物活性有重要的作用。此外，酸蚀处理使纯钛表面形成多孔结构的同时，在一定程度上释放了表面因喷丸处理集中的压应力，使表面应力分布均匀并提高了耐腐蚀性。

4.2阳极氧化组

纯钛经阳极氧化处理之后形成的多孔氧化膜形貌结构主要是由微放电作用的本质决定的。氧化层实际厚度随着孔洞尺寸不断扩大而出现相对薄层，因此在阳极氧化过程中电流大小出现高峰值，当完整的氧化层厚度增大到一定厚度时，电流逐渐降低至稳定值，孔在孔洞的基础上继续形成和增长，孔密度增加。

4.3复合工艺组

结合SLA处理和阳极氧化处理的钛片表面基本保留了SLA处理后形成的分级多孔形貌，此外，增加了大量的20-200纳米级孔并分布在微米级孔壁上，基于喷丸酸蚀处理形成的分级多孔形貌，喷丸酸蚀和阳极氧化复合工艺处理的样品在微米级坑内部及坑壁增加许多纳米级孔结构。

5.结论

利用喷丸酸蚀及阳极氧化工艺分别制备出SLA-Ti、AO-Ti样品，并结合喷丸酸蚀和阳极氧化工艺制备出SLA+AOTi样品，并以PureTi为空白对照组。通过结构性能检测和分析，得到如下结论:

(1)经喷丸酸蚀处理的SLA-Ti样品表面形貌主要微米结构和少量纳米孔组成;经阳极氧化处理的AO-Ti样品只有纳米孔结构;经复合工艺喷丸酸蚀及阳极氧化处理的SLA+AO-Ti样品表面基于SLA形貌结构增加了大量的纳米孔。

(2)XRD分析发现经过阳极氧化工艺处理过的AO-Ti和SLA+AO-Ti两组样品表面显现锐钛矿衍射峰，这与阳极氧化过程中体系放出大量热量有关。

(3)粗糙度分析结果表面SLA+AOTi样品的粗糙度最大，Ra值约2.09um;而AO-Ti样品的粗糙

综上所述，本论文不仅探讨了喷丸酸蚀、阳极氧化及其复合工艺的具体工艺参数，而且进行了各表面改性之后纯钛表面的结构特征和体外生物性能研究。最后，我们获得了最优表面改性工艺，即喷丸酸蚀和阳极氧化的复合工艺。

参考文献

[1]姚再起，罗志聪，葛振东.高能喷丸预处理对钛表面组织及生物活性微弧氧化层的影响.功能材料.2010(6):1005-1011.

[2]陈长琦，干蜀毅，朱武等.扫描电子显微镜成像信号分析.真空.2001，6:42-44.

[3]廖乾初，蓝芬兰.扫描电镜原理及应用技术.北京:冶金工业出版社.1990.