Purpose: To evaluate the effects of anodization on the friction behavior of beta-titanium (β-Ti) orthodontic archwires in conventional or self-ligating brackets in vitro.
Methods: β‑Ti archwires (0.018 × 0.025 inch) pre- and postanodization were tested in combination with 0.022-inch stainless steel conventional and self-ligating brackets. The surface composition and oxide thickness of the β‑Ti archwires pre- and postanodization were measured using Auger electron spectroscopy (AES) and transmission electron microscopy (TEM). Detailed surface topography and roughness were assessed using atomic force microscopy (AFM). Surface topographies of the β‑Ti archwires pre- and postanodization were examined using scanning electron microscopy (SEM). Friction was measured using a universal testing machine; the data were statistically analyzed.
Results: Postanodization, the identified titanium oxide layer on the surface of the β‑Ti archwires increased in thickness from 10 to 100 nm; at the same time, the values for surface roughness were significantly reduced by half (p < 0.001). The archwire surfaces post anodization were harder and had fewer scratches after the friction test. Anodization significantly reduced 23.77% of the static (p < 0.01) and 25.61% of the kinetic (p < 0.001) friction of the β‑Ti archwires in conventional brackets, while it significantly reduced 85.71% of the static and 84.38% of the kinetic friction (p < 0.01) in self-ligating brackets.
Conclusion: Anodization reduced the β‑Ti archwire friction, which was particularly more effective in combination with self-ligating brackets. The friction reduction via anodization could be attributed to the increased thickness, surface hardness, and decreased surface roughness of the titanium oxide layer.
Zusammenfassung: ZIEL: Untersucht werden sollten die Auswirkungen einer Eloxierung auf das Reibungsverhalten von kieferorthopädischen Bogendrähten aus β‑Titan (β-Ti) in konventionellen bzw. selbstligierenden Brackets in vitro.
Methoden: β‑Ti-Bögen (0,018 × 0,02 Inch) vor und nach der Eloxierung wurden in Kombination mit konventionellen und selbstligierenden Brackets aus Edelstahl (0,022 Inch) getestet. Die Oberflächenzusammensetzung und die Oxiddicke der β‑Ti-Bögen vor und nach der Eloxierung wurden mit Auger-Elektronenspektroskopie (AES) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) bestimmt. Die detaillierte Oberflächentopografie und -rauheit wurde mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) bewertet. Die Oberflächentopografien der β‑Ti-Bögen vor und nach der Eloxierung wurden mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) untersucht. Die Friktion wurde mit einer Universalprüfmaschine ermittelt; die Daten wurden statistisch ausgewertet.
Ergebnisse: Nach der Eloxierung nahm die Dicke der identifizierten Titanoxidschicht auf der Oberfläche der β‑Ti-Bögen von 10 auf 100 nm zu; gleichzeitig wurden die Werte für die Oberflächenrauheit signifikant um die Hälfte reduziert (p < 0,001). Nach der Eloxierung waren die Oberflächen der Bögen härter und hatten weniger Kratzer nach dem Friktionstest. Die Eloxierung reduzierte signifikant 23,77% der statischen (p < 0,01) und 25,61 % der kinetischen (p < 0,001) Reibung der β‑Ti-Bögen in konventionellen Brackets, während sie signifikant 85,71 % der statischen und 84,38 % der kinetischen Reibung (p < 0,01) in selbstligierenden Brackets reduzierte.
Schlussfolgerung: Die Eloxierung kann die Friktion des β‑Ti-Bogens reduzieren, besonders effektiv in Kombination mit selbstligierenden Brackets. Die Verringerung der Friktion durch die Eloxierung könnte auf die Zunahme der Dicke und der Oberflächenhärte sowie die Verringerung der Oberflächenrauhigkeit der Titanoxidschicht zurückzuführen sein.
Keywords: Beta-titanium archwires; Orthodontic brackets; Orthodontic friction; Sliding mechanics; Surface anodization.
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