Стоматологічний сплав на основі нікелю

Винахід відноситься до сплавів переважно медичного призначення, які застосовуються в ортопедичній стоматології для виготовлення зубних протезів з керамічним покриттям. Відомий сплав Supranium на основі нікелю, що містить (у ваг. %): 21,5 Сr, 9 Мо, 4 Nb, 2 Co, 1,5 Fe, 0,5 Mn, 0,5 Si, решта Ni (Lindigkeit J. Non-precious dental alloys from Krupp for fixed dentures // Technische Mitteilungen Krupp. — 1990. — № 1. — P. 62.). Недоліками цього сплаву є низькі міцність і твердість, а також висока схильність до дендритної ліквації, що приводить до хімічної неоднорідності виливки по об'єму, пов'язаної з великим температурним інтервалом (60 °С) кристалізації ( t н - t к = 1360-1300 °С). Відомий сплав Wiron-88 на основі нікелю, який містить (у ваг. %): 24 Сг, 10 Мо, 1,5 Si, 0,5 Се 0,05, решта Ni (Katalog'90. Das Bego-System. - Bego, 1989 - P. 9) Недоліками цього сплаву є низькі міцнісні характеристики, а також висока схильність до дендритної ліквації, що приводить до хімічної неоднорідності литої конструкції, пов'язаної з великим температурним інтервалом (60 °С) кристалізації ( t н - t к = 1310-1250 °С). Крім того, у сплав для рафінування введений дорогий рідкоземельний елемент - церій, який є тільки технологічною металургійною присадкою, що здорожує сплав. Найбільш близьким до запропонованого є сплав Wiron-99 на основі нікелю, що містить (у ваг. %): 22,5 Сr, 9,5 Мо, 1,0 Nb. 1,0 Si, 0,5 Fe, Се 0,05, решта Ni (Katalog'90. Das Bego-System. - Bego, 1989 - P. 9). Коефіцієнт термічного розширення (КТР) відомого сплаву складає 1,4-10-6 К-1Недоліками цього сплаву є низькі міцність і твердість, висока схильність до дендритної ліквації, обумовленою великим температурним інтервалом (60 °С) кристалізації ( t н - t к = 1310-1250 °С), використання для рафінування рідкоземельного елемента церію, що здорожує сплав. Технічною задачею винаходу, який заявляється, є створення сплаву на основі нікелю, що має підвищені міцність і твердість при збереженні значення коефіцієнта термічного розширення 1. 4 × 10-6 і з більш вузьким температурним інтервалом кристалізації, що дозволяє одержати однорідні по об'єму виливки. Технічна задача вирішується за рахунок того, що в стоматологічний сплав на основі нікелю, який містить хром, молібден, ніобій, кремній і залізо додатково водять вольфрам, титан і алюміній у наступному співвідношенні (ваг. %):Сr - 23,0-27,0; Мо — 7,0-8,0; W — 2,5-3,2; Nb — 0,4-1,0; Ті — 0,5-1,0; А1 — 0,5-1,0; Fe — 0,5-0,8; Si — 0,3-1,0; Ni — решта. Введення в сплав вольфраму підвищує механічні характеристики шляхом твердорозчинного зміцнення. Введення титану і алюмінію приводить до його додаткового дисперсійного зміцнення. Сумісне легування сплаву кремнієм і алюмінієм покращує адгезійні властивості поверхні при покритті керамікою, чому сприяє утворення на ній не тільки тонких шарів окислів, але і шпинелей. Запропонований сплав не потребує рафінування церієм. При вмісті хрому менше 23,0ваг.% і більш 30,0ваг.% склад сплаву віддаляється від евтектичного, збільшуючи інтервал кристалізації, що приводить до хімічної неоднорідності виливки по об'єму. При вмісті молібдену менше 7,0ваг.% і більше 8,0ваг.% і вольфраму менше 2,5ваг.% і більше 3,2ваг.% знижується міцність і твердість сплаву. Склад сплаву віддаляється від евтектичного, збільшується інтервал кристалізації, що приводить до хімічної неоднорідності виливки по об'єму. При вмісті титану і алюмінію менше 0,5ваг.% знижується міцність і твердість сплаву. Збільшується його інтервал кристалізації, що приводить до хімічної неоднорідності виливки по об'єму. Крім того, при вмісті алюмінію менше 0,5ваг.% зменшується кількість окислів чи шпинелей після високотемпературного нагріву, що погіршує адгезійні властивості поверхні при покритті керамікою. При вмісті титану і алюмінію більше 1,0ваг.% збільшується кількість інтерметалідів Ni3Ті і Ni3Аl, які підвищують схильність сплаву до міжкристалітної корозії, окрихчуючи його при неоднорідному розподілі у виливці. При вмісті кремнію менше 0,3ваг.% погіршуються адгезійні властивості поверхні при покритті керамікою, що обумовлено зменшенням кількості окислів чи шпинелей після високотемпературного нагріву. При змісті кремнію більше 1,0ваг.% підвищується крихкість сплаву за рахунок появи на границях зерен крихкої фази Ni3Si. Елементи, що вводяться в сплав, підвищують твердість і міцність при збереженні значення КТР і забезпечують мінімальний інтервал його кристалізації, що близький до евтектичного (псевдоевтектичного). Тому будь-яке відхилення в той чи інший бік приводить до збільшення інтервалу кристалізації і підвищує концентраційну неоднорідність внаслідок розвитку лікваційних процесів. Зміна кількості кожного з легуючих елементів спричиняє необхідність комплексної корекції складу сплаву у відношенні інших елементів. Приклад. Були виплавлені виливки сплавів методом індукційного вакуумного переплаву з донним розливом зі складами, що відповідають середньому і крайнім значенням тому, який заявляється, а також вище і нижче запропонованого діапазону і сплаву-прототипу (табл. 1). Таблиця 1 Хімічний склад виплавлених сплавів № сплаву 1 2 3 4 5 6 Вміст легуючи х елементів нижче мінімального мінімальне середнє максимальне вище максимального прототип Вміст елементів, ваг. % Ті А1 Fe Si Сr Мо W Nb Се Ni 22,0 6,5 2,0 0,3 0,4 0,4 0,3 0,2 решта 23,0 25,0 27,0 7,0 7,5 8,0 2,5 2,8 3,2 0,4 0,7 1,0 0,5 0,7 1,0 0,5 0,7 1,0 0,5 0,6 0,8 0,3 0,5 1,0 решта решта решта 27,5 8,4 3,5 1,2 1,3 1.3 1.1 1,2 решта 22,5 9,5 1,0 0,5 1,0 0,05 решта Отримані виливки всіх сплавів піддавались механічній обробці (шліфуванню і поліруванню) відповідно до технологічних поверхнево-оздоблювальних операцій при виготовленні металевого каркаса металокерамічного протеза. Результати проведених механічних випробувань зразків сплавів, а також визначення їх КТР і температурного інтервалу кристалізації приведені в табл. 2. Таблиця 2 Ме ханічні властивості, КТР і інтервал кристалізації сплавів. Ме ханічні властивості КТР, K-1 Інтервал кристалізації, °С 182 1. 46 × 10-6 52 208 1.41× 10 -6 30 1.41× 10 -6 25 1.41× 10 -6 30 -6 48 № сплаву s 0. 2 Н/мм 2 Твердість за Вікерсом, HV (10) 1 328 2 3 4 352 350 356 210 212 5 368 240 1. 45 × 10 6 330 180 1. 4 × 10-6 60 Як видно з приведених у табл. 2 даних при вмісті легуючи х елементів меншому ніж той, що заявляється, сплав характеризується недостатньою міцністю і великим інтервалом кристалізації (сплав №1). Приблизно такий же низький рівень міцності має і сплав-прототип (сплав №6). У той же час запропонований склад сплаву на основі нікелю забезпечує його високі механічні характеристики при значенні КТР рівному 1,41-10-6К-1 і інтервалом кристалізації 25-30°С.Сплав може бути виплавлений як у лабораторних, так і в промислових умовах.