随着社会发展进步及人民生活水平的提高,人们越来越重视牙齿、咬合及面容的协调关系,正畸行业正处于飞速发展阶段。目前,固定矫治技术是口腔正畸临床上应用的主要治疗方法,其核心装置为正畸托槽及弓丝。在众多正畸材料中,不锈钢因其低成本、高刚度等优点而成为正畸治疗中托槽和弓丝的常用材料。正畸治疗中大多数情况,我们需要弓丝和托槽之间的摩擦力尽可能小,这将有利于矫正过程中牙齿按设计的方向和速率进行移动,最终达到高效精准的矫正目的。摩擦会阻止牙齿定向运动所需要力的作用,而在用于移动牙齿的力大约有12%到60%是以摩擦的形式消散。这种不锈钢与不锈钢之间的高摩擦阻力会降低正畸的效率。在弓丝上涂覆保护涂层是一种行之有效的方式。目前,现有技术中在弓丝上涂覆的保护涂层主要为:过渡金属硼化物、过渡金属氮化物、纳米二氧化硅、钛化合物、纳米氧化锌和纳米金刚石等。口腔内是一个长期湿润的恒温环境,口腔微环境复杂,在矫正过程中,正畸托槽及弓丝周围不可避免地会形成菌斑附着,菌斑内细菌的代谢可引起牙釉质脱矿及牙周组织炎症。其次,患者还常常面临正畸托槽及弓丝刮擦等原因导致的黏膜破裂问题。当黏膜出现创伤时,粘附在弓丝上以及口腔内的菌落会造成口腔黏膜感染发炎,产生溃疡。而且,不锈钢材料的生物相容性也较差。解决上述问题的关键是防止细菌附着在托槽及弓丝上,减少牙釉质脱矿及牙周炎症的发生,同时提高正畸材料的生物相容性,减少口腔黏膜刺激。已有研究证实,铜及银均有明显的杀菌、抑菌、抗炎效果,且均已作为抑菌材料广泛应用于医学领域。综上,研制一种可以提高不锈钢材料的摩擦性能、耐腐蚀性能和生物相容性,同时具有长久性杀菌和抑菌效果的不锈钢涂层保护膜是一种简单而有效的方法。本研究中我们利用磁控溅射技术成功地制备了Ag掺杂的TaAgB固溶体涂层。与纯Ta B₂涂层和Ag析出的Ta B₂/Ag纳米复合结构涂层相比,TaAgB固溶体涂层因固溶强化作用而具备了更高的硬度,为34.3±0.58 GPa。TaAgB涂层在唾液环境中的摩擦行为表明,摩擦过程诱导TaAgB表面出现氧化润滑相,结合唾液独特的水基润滑特性,综合实现了摩擦力降低,相应的摩擦系数低至0.08。TaAgB涂层的高硬度和光滑表面特征进一步导致了该涂层展现出良好的抗磨损性,磨损率仅有6.51×10^-18m~3/Nm。此外,后续的生物学实验进一步证实,TaAgB涂层具有无毒、良好的生物相容性和抗菌能力。在不锈钢表面沉积TaAgB固溶体涂层达到了摩擦学和抗菌性能的同步优化。长远来看,TaAgB涂层作为正畸材料的保护涂层具有很大的应用潜力。此外,本文分别研究了不含Cu原子的纯Ta N薄膜、TaCuN固溶体薄膜和Ta N/Cu纳米复合薄膜的力学性能和摩擦学行为。硬度测试表明,Ta N和Ta N/Cu的硬度分别约为15.6GPa和7.3GPa。而TaCuN固溶体薄膜的硬度最高,约为17.6GPa,这赋予了薄膜良好的耐磨性。TaCuN膜在摩擦过程中的水解反应使唾液环境变成含有氧化物胶体颗粒的溶液。此外,还出现了Cu₂O诱导的疏水表面。利用双电层排斥的胶体溶液和疏水表面唾液润滑膜的吸附,TaCuN固溶体薄膜获得了超低摩擦和超低磨损性能,摩擦系数为0.045,磨损率为1.18×10^-18m~3/Nm。此外,活体生物学实验证实,TaCuN固溶体薄膜是一种无毒、生物相容性良好的材料,抗菌及抗炎能力也强于不锈钢。该设计为正畸器械的表面改性提供了一种新的思路,TaCuN固溶体膜具有潜在的很大的应用前景,可作为牙科治疗领域的保护膜。比较固溶TaAgB薄膜涂层及固溶TaCuN薄膜涂层二者的摩擦学及理化性能,前者具有更高的硬度,而后者具有更低的摩擦系数及更低的磨损率。从正畸力学角度来看,固溶TaCuN薄膜涂层更加具有优势。同为无机抗菌材料,银系抗菌材料的抗菌性能与铜系抗菌材料相近,但其成本方面会更高。因此,固溶TaCuN薄膜涂层未来具有更好的临床应用前景。