《The Journal of Prosthetic Dentistry》：Positive role of as-built surface on metal-ceramic bond properties of selective laser melted Ti-6Al-4V alloys: An in vitro study
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本文探究了选择性激光熔化制备Ti-6Al-4V合金表面处理对金属-陶瓷结合强度的影响，通过SEM、CLSM、EDS和XRD分析发现，保留熔融半球形结构的原表面比喷丸处理表面结合强度高（P<0.001），归因于机械互锁、稳定氧化层及更大有效接触面积。
Caidi Yuan|胡伟杜|海琳周|指导员马|秋霞周|云翔冯|久阳赵|雅楠周
山东工业大学机械工程学院博士前研究生，中国淄博
摘要
问题陈述
选择性激光熔化（SLM）Ti-6Al-4V合金的金属-陶瓷结合强度对牙科瓷修复体的长期性能至关重要。然而，实现可靠的强金属-陶瓷结合强度仍然具有挑战性。
目的
本体外研究的目的是探讨原始表面状态对SLM Ti-6Al-4V合金金属-陶瓷结合性能的影响。
材料与方法
通过SLM制造了尺寸为25×3×0.5毫米的试样，并将其分为两组（n=8）：一组未经空气颗粒磨损（WAPA），另一组经过110微米Al?O?颗粒的空气颗粒磨损（APA）。使用扫描电子显微镜（SEM）和共聚焦激光扫描显微镜对表面形态和粗糙度进行了表征。按照制造商的说明施加了贴面陶瓷。试样制备完成后，通过三点弯曲试验评估了金属-陶瓷结合强度。采用能量色散X射线光谱（EDS）分析了元素组成和界面微观结构。X射线衍射（XRD）用于分析两组的相组成。所有数据均使用Student t检验进行分析（α=0.05）。
结果
原始表面具有较高的粗糙度，并存在许多熔化的半球形结构。相比之下，APA处理降低了表面粗糙度并消除了熔化特征。三点弯曲试验结果显示，WAPA组的结合强度显著高于APA组（36.25 ±2.34 MPa vs 31.07 ±2.24 MPa，P<0.001）。断口分析显示WAPA组存在混合失效模式，陶瓷保留率为约62%，而APA组为内聚失效，陶瓷保留率为93%。界面表征证实金属-陶瓷界面存在连续的TiO?氧化层，WAPA组的天然氧化层较APA组更薄（1.1微米 vs 1.9微米）。金相分析和XRD结果证实两组具有相似的相组成，主要由α/α’相和β相组成。此外，EDS显示WAPA组的元素扩散区较APA组更窄（2.5微米 vs 3.3微米）。
结论
SLM Ti-6Al-4V合金的原始表面具有更好的金属-陶瓷结合性能。这种增强效果归因于熔化半球形结构提供的更好机械锁定作用、稳定的氧化层促进的化学键合以及增加的有效界面接触面积。
部分摘录
材料与方法
使用了市售的SLM Ti-6Al-4V粉末（TC4；MEDA New Materials），其化学成分由制造商提供（表1）。Ti-6Al-4V粉末具有优异的球形度和流动性（图1）。试样使用SLM成型机（SLM 125；SLM Solutions）制造。关键工艺参数包括激光功率、扫描速度、层厚、扫描间距、扫描策略、构建方向和试样尺寸，详见图2。
结果
图3展示了WAPA组和APA组的表面特征，通过SEM和CLSM进行观察。WAPA组表面存在许多熔化的半球形结构（图3A），而APA组表面则较为平坦且均匀，带有微小的碎裂碎片（图3B）。CLSM分析显示WAPA组表面有明显的熔化半球形突起（图3C），APA组表面则光滑均匀（图3D）。
讨论
系统研究了原始表面状态对SLM Ti-6Al-4V合金金属-陶瓷结合强度的影响。研究结果表明，WAPA组的金属-陶瓷结合强度显著高于APA组。因此，研究假设“原始状态的SLM试样具有更高的金属-陶瓷结合强度”得到了验证。
WAPA组结合强度的提高主要归因于……
结论
根据本体外研究的结果，得出以下结论：
- SLM Ti-6Al-4V合金的原始表面存在熔化的半球形结构且表面粗糙度较高，其金属-陶瓷结合强度显著高于经空气颗粒磨损的表面（P<0.001）。
- 原始表面试样的优异金属-陶瓷结合强度归因于复杂的表面形态、更稳定的天然氧化层以及增加的有效界面接触面积。
作者贡献声明
Caidi Yuan：概念构思、方法论、初稿撰写、可视化。胡伟杜：验证、数据分析。海琳周：资源支持。指导员马：资源支持。秋霞周：资源支持。云翔冯：验证。久阳赵：资源支持。雅楠周：项目管理、方法论、审稿与编辑。
致谢
作者感谢山东工业大学的吴宏新、牛金叶、彭辉以及分析测试中心在微观结构表征方面提供的支持。同时感谢SLM Solutions公司的技术支持。
