Wpływ obróbki chemicznej na stan powierzchni tytanu

• Autorzy: Parchańska-Kowalik M. , Klimek L.

Warianty tytułu

EN

The influence of chemical processing on the condition of the titanium surface

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Obróbka strumieniowo-ścierna jest jedną z podstawowych obróbek stosowanych w technikach dentystycznych. Wykorzystywana jest do oczyszczania powierzchni odlewów elementów protetycznych, a także do przygotowania powierzchni tych elementów do napalania ceramiki licującej lub nakładania licówek kompozytowych. Efektem ubocznym tej obróbki jest wbijanie cząsteczek materiału ściernego w obrabianą powierzchnię. Liczba wbitych cząstek jest znaczna i zależy od parametrów obróbki (wielkości ziarna, ciśnienia czynnika roboczego, kąta obróbki). Z przeprowadzonych badań wynika, że powierzchnia Zajmowana przez wbite cząstki może zajmować nawet do 30% powierzchni obrabianej. Tak znaczny udział obcego materiału nie może być obojętny dla właściwości powierzchni. Może on mieć pozytywny aspekt- przez zwiększenie chropowatości może poprawić przyczepność napalanej ceramiki do podłoża metalowego. Jednak wbite cząstki mogą też być miejscem koncentracji naprężeń powodujących pękanie ceramiki, a także mogą pogarszać odporność korozyjną, tworząc mikroogniwa korozyjne. W tych przypadkach należałoby usunąć wbite w podłoże elementy. Najprostszą metodą jest trawienie chemiczne lub elektrochemiczne. Jednak taka obróbka może mieć wpływ na chropowatość i inne parametry fizyko-chemiczne powierzchni. W pracy przedstawiono wyniki badań trawienia różnymi odczynnikami powierzchni tytanu używanego na uzupełnienia protetyczne. Celem badań było dobranie odczynnika trawiącego i parametrów trawienia pozwalających na usunięcie wbitych cząstek, a następnie zbadanie wybranych parametrów powierzchni (chropowatość, skład chemiczny, swobodna energia powierzchni, topografia) po tych obróbkach. Jako odczynniki do trawienia wybrano najczęściej stosowane przez protetyków roztwory kwasów, zasad i ich mieszaniny. W wyniku przeprowadzonych badań wybrano optymalny sposób obróbki chemicznej pozwalający na usunięcie wbitych ziaren materiału ściernego, przy jednoczesnym zachowaniu najlepszych, ze względu na później szą przyczepność materiałów licujących, parametrów powierzchni. Jako najkorzystniej szy odczynnik uznano roztwór wodny 30% HNO3 + 3% HF, a następnie 4% roztwór HF W HZO. Po trawieniu tymi odczynnikami uzyskano w optymalnym czasie (3 min) największe wartości energii swobodnej powierzchni, a zmniejszenie wartości parametrów chropowatości w porównaniu w wyjściowymi było niewielkie, także mikroskopowy obraz powierzchni pozwalał sądzić, że istnieje możliwość dobrego połączenia mechanicznego metalu i ceramiki.

EN

Air abrasion constitutes one of the basic technique used in dental laboratory. It is used for cleaning surfaces of dentures' elements, as well as preparing those surfaces to porcelain sintering or place composite veneer. a side effect of this procedure however appears as embedding of abrasive particles into treated surface. The amount of the fractions is significant and depends on processing parameters (size of the grain, pressure of the processing tool, and angle of the processing). It emerges from the conducted tests that the surface covered by the imbedded fractions constitutes up to 30% of the processed element's surface. Such a significant percentage of coverage surely infiuence on the surface's property. It may have positive impact, through increasing roughness it may improve traction of the burnt out ceramics to the metal surface. However, imbedded fractions may also constitute a concentration of the tension, which lead to ceramics puncturing. Additionally, it may result in deterioration of the resistance to corrosion, creating corrosion microcells. In the latter cases the imbedded elements shall be removed. The easiest method is chemical or electrochemical etching. However, they may infiuence the roughness and other physicochemical parameters. This work presents the results of research on etching with various reagents of titanium surfaces used for dentures. The aim of the tests was to select an etching reagent as well as parameters of digestion allowing to remove imbedded fractions, and subsequently to examine chosen parameters of the surface, i.e. roughness, chemical composition, surface free energy and topography, after these processing. As reagents for the test purposes were chosen acid and alkali solutions with their combinations the most frequently used by prosthetics. As a result of the conducted research there has been selected an optimal way of chemical processing allowing removal of imbedded fractions with the perseverance of the best surface's parameters, considering the traction of the veneering materials. Aqueous solution 30% HNO3 + 3% HF and 4% HF solution in H2O have been considered the most favourable. After etching with the usage of these reagents, the highest amounts of surface free energy has been achieved within optimal time (3 min), and the value of roughness has been decreased, in the relation with the initial result. Microscopic view of the surface allowed to conclude that there is a possibility to effectively combine metal and ceramics.

Słowa kluczowe

PL

tytan; obróbka strumieniowo-ścierna; trawienie; materiały protetyczne

EN

titanium; air-abrasion; etching; prosthetic materials

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 5
• Strony: 526--529
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Parchańska-Kowalik M.

• Zakład Zaburzeń Czynnościowych Narządu Żucia, Uniwersytet Medyczny w Łodzi

autor

Klimek L.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Łódzka, Zakład Technik Dentystycznych, Uniwersytet Medyczny w Łodzi

Bibliografia

• [1] Surowska B.: Biomateriały metalowe oraz połączenia metal-ceramika w zastosowaniach stomatologicznych. Politechnika Lubelska, Wydawnictwa uczelniane, Lublin (2009) 26÷81.
• [2] Marciniak J.: Biomateriały. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej. Gliwice (2002).
• [3] Czamowska E., Krupa D., Wierzchoń T.: Inżynieria powierzchni w wytwarzaniu biomateriałów tytanowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa (2004).
• [4] Lauterschlager E. P., Monaghan P.: Titanium and titanium alloys as dental materials. Int. Dental of Journals 43 (1993) 245.
• [5] Czamowska E., Wierzchoń T., Maranda-Niedbała A.: Properties of the surfaves layers on titanium alloy and theier biocompatibility in in vitro tests. J. Mater Process. Technol. 92 (1) (1999) 190÷194.
• [6] Niionomi M.: Mechanical properties of biomedical titanium alloys. Mat. Sci. Eng. A243 (1998) 231÷236.
• [7] Orlicki R., Kłaptocz B.: Tytan i jego stopy - właściwości, zastosowanie w stomatologii oraz sposoby przetwarzania. Inżynieria Stomatologiczna Biomateriały Tom I (2005).
• [8] Guo L., Liu X., Gao J., Yang J., Guo T., Zhu Y.: Effect of surface modifications on the bonding strength oftitanium-porcelain. Mater. Manuf. Processes 25 (8) (2010) 710÷717.
• [9] Majewski S. W.: Rekonstrukcja zębów uzupełnieniami stałymi. Wydawnictwo Fundacji Rozwoju Protetyki, Kraków (2005) 80÷81.
• [10] Lin M., Kuo-Lung Tung, Sheng-Chieh Lin, Her-Hsiung Huang: Bonding of dental porcelain to non-cast titanium with different surface treatments. Dent. Mater. J. 31 (6) (2012) 933÷940.
• [11] Norma ISO 9693-1999. Metalceramic dental restorative systems.
• [12] Hajduga M., Barwikowska D.: Wpływ wypiaskowania powierzchni koron na jakość połączenia z ceramiką. Nowoczesny Technik Dentystyczny 3 (2007) 40÷45.
• [13] Oshida Y., Munoz C. A., Winkler M. M., Hashem A., Itoh M.: Fractal dimension analysis of aluminum oxide particle for sandblasting dental use. Bio-Med. Mater. Eng. 3 (3) (1993) 117÷126.
• [14] Reyes M. J. D., Oshida Y., Andres C. J., Barco T., Hovijitra S., Brown D.: Titanium-porcelain system. Part III: Effects of surface modification on bond strengths. Bio-Med. Mater. Eng. 11 (2) (2001) 117÷136.
• [15] Gołębiowski M., Pietnicki K., Klimek L.: Wpływ parametrów obróbki strumieniowo-ściernej na ilość cząsteczek ścierniwa wbitych w powierzchnię stopu tytanu. Magazyn Stomatologiczny 6 (2010) 34÷38.
• [16] Grajek A., Lubas M., Kotarski T., Wieczorek P., Jasiński J.: Stan powierzchni i jakość połączenia metal-ceramika po piaskowaniu wstępnym. Inżynieria Materiałowa 6 (2008) 1082÷1085.
• [17] Van Niekerk A. J., Caputa T.: Nowoczesne uzupełnienia protetyczne. Sztuka i rzemiosło. Teksty wybrane. Wydawnictwo Elamed, Katowice (2007) 228÷234.
• [18] Cai Z., Bunce N., Nunn M. E., Okabe T.: Porcelain adherence to dental cast CP titanium: effects of surface modifications. Biomaterials 22 (2001) 979÷986.
• [19] Al Jarabbi Y. S., Zinelis S., Eliades G.: Effect of sandblasting conditions on alumina retention in representative dental alloys. Dent. Mater. J. 31 (2) (2012) 249÷255.
• [20] Liu X., Chu P. K., Ding C.: Surface modification of titanium, titanium alloys, and related materials for biomedical applications. Mater. Sci. Eng. R 47 (3) (2004) 49÷121.
• [21] Bandi S., Chadalavada D., Kumar A. S.: Evaluation and comparison of surface modifications of commercially pure grade-I titanium by combination technique of blasting with alumina followed by acid etching and oxidation with NaOH. Annals and Essences of Dentistry 4.4.1.1 (2012).
• [22] Darvell B. W., Samman N., Luk W. K., Clark R. K. F., Tideman H.: Contamination of titanium castings by aluminium oxide blasting. J. Dent. 23 (5) (1995) 319÷322.
• [23] Gołębiowski M., Sobczak-Guzenda A., Szymański W., Klimek L.: Wpływ parametrów obróbki strumieniowo-ściernej tytanu na kąt zwilżania i swobodną energię powierzchniową. Inżynieria Materiałowa 4 (173) (2010) 978÷980.