本发明属于牙科工具或器械领域。主要适用于牙科龋齿的治疗过程。 齿科用高速涡轮车针(俗称钻头)是治疗龋齿过程中用于病牙开洞、造型和打磨等必备的常用工具。根据使用要求,不同规格和尺寸的这种高速涡轮车针有几十个品种,且属于消耗品,需求量很大。
这种车针装在高速涡轮车头上,在30万转/分钟的转速条件下工作,不仅要求车针有较高的强度和韧性,而且要求刃头的切削力强,耐磨性好。
目前,国内外使用的齿科用高速涡轮车针是一种组装式结构,由针体和刃头两部分组成。通常针体采用不锈钢等制成,刃头则用碳化钨硬质合金制成,通过焊接组装在一起,成为高速涡轮车针。这种车针具有如下缺点:焊接时针体与硬质合金刃头两者的同心度难于保证,故使用时易断头或折断;制造刃头的碳化钨硬度高,脆性大,故加工困难,成品率低;焊接工艺精细复杂,针体与刃头的结合强度不易保证,也易出现断头。
美国专利US4708653介绍了一种车针表面处理方法。主要特点是在专用设备上,采用磁控溅射手段在刃头表面溅射一层C-B无序涂层。其优点是能在原车针性能基础上提高耐磨性。但需成套的真空设备、变压装置及电器控制设备等,投资大,且能耗和成本都高,整体涂层质量不易控制。它只适用于对齿科填充材料的打磨抛光。
本发明的目的在于提供一种刃头表面渗硼的新车针及其制造方法。
针对上述目的,本发明的主要技术方案是采用整体型结构和表面渗硼处理。以不锈钢或其它钢种的棒材、线材为原料,根据不同车针的型号和刃头形状要求加工成整体车针,即针体和刃头为一体,然后在专用车床上,将刃头直接开刃成所需的形状,接着进行表面渗硼强化处理。
经渗硼工艺处理后,刃头表面获得一定厚度的致密硼化物层,硼化物一般由FeB+Fe2B双相或Fe2B单相组成。渗硼层的特性就决定于这些硼化物的性质。这些硼化物具有如下特性:刃头表面渗硼后,具有很高的硬度,相当于甚至高于现有碳化钨刃头地硬度,因而具有足够的耐磨性;另外,渗硼层在酸、碱和盐的溶液中都具有较高的耐蚀性。
本发明以采用粉末固体渗硼为主,也可采用气体渗硼、电解渗硼、离子渗硼。
粉末固体渗硼的渗剂由供硼剂、活化剂和填充剂组成。供硼剂的作用是供应硼源,主要采用非晶质硼、碳化硼、硼铁合金等;活化剂的主要作用是提高渗剂的活性,产生气态化合物,促进和加速渗硼过程,主要采用氟硼酸盐,碳酸盐等;填充剂是渗硼剂中的载体,使供硼剂、活化剂能均匀分布在其中,保证渗硼层的均匀性,主要采用碳化硅、三氧化二铝等。
三种渗剂的配比(重量%)如下:供硼剂3~10%,活化剂4~10%,填充剂80~93%。
渗硼工艺参数主要是控制渗硼温度和时间。粉末固体渗硼温度为750~950℃,保温时间为3~7小时。
本发明由于采用不锈钢及其它钢种为整体型针体的原料,在针体上直接开刃加工成刃头,并经表面渗硼处理。因此,该车针不仅具有优异强度和韧性,而且刃头有足够的硬度和锋利度。克服了碳化钨刃头车针焊接同心度难于保证、结合强度及韧性不够,刃头易折断和工艺复杂等缺点,确保在临床使用中无断头现象;同时,加工简单,成本低。
实施例
根据本发明上述技术方案,进行了三批齿科用高速涡轮车针的试制和临床使用试验。
首先分别采用了2Crl3、1Crl8Ni9Ti不锈钢和4oCr结构钢为针体材料,在专用车床上加工,其中一头加工成所需形状的刃头。然后在箱式炉上分三批对其刃头表面进行粉末固体渗硼强化处理。
三批针体试料及渗硼处理所采用的渗剂成分及配比如表1所示,渗硼工艺参数及渗硼后三批产品的刃头硬度及临床使用效果如表2所示。
表1、实施例所用试料及渗剂成分配比(重量%)批号试料所用钢材渗 剂 (重量%)供硼剂活化剂填充剂12Cr13碳化硼5氟硼酸盐4石墨2Sic8921Cr18Ni9Ti碳化硼7氟硼酸盐7A12O310Sic76340Cr碳化硼6氟硼酸盐5碳酸盐3A12O310Sic76