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 Kmpp. 1990. – N1. - P.62.). Недоліками цього сплаву є недостатня 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 (tн-t k=1360-1300°С). Відомий сплав Wiron-88 на основі нікелю, який містить (у ваг. %): 24 Сr, 10 Мо, 1,5 Si, 0,5 Се, решта Ni (Katalog'90. Das Bego-System. - Bego, 1989 - P.9). Недоліками цього сплаву є недостатня міцність і твердість, висока схильність до дендритної ліквації, обумовлена великим температурним інтервалом (60°С) кристалізації (tн-t k=1310-1250°С), використання для рафінування рідкоземельного елемента церію, 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, Ce 0,5, решта Ni (Katalog'90. Das Bego-System. - Bego, 1989 - P.9). Коефіцієнт термічного розширення (КТР) відомого сплаву складає 1,4.10-6К-1. Недоліками цього сплаву є недостатня міцність і твердість, а також висока схильність до дендритної ліквації, обумовлена великим температурним інтервалом (60°С) кристалізації (tн-t k=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 1,4.10-6К-1 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, кремній і залізо додатково водять вольфрам, титан і алюміній, у наступному співвідношенні (ваг. %): Сr - 22,0-25,0; Мо - 2,0-3,0; W - 11,8-13,0; Fe - 1,0-1,4; Ті -0,6-1,0; Аl -0,6-1,0; Si - 0,3-1,0; Ni - решта Введення в сплав вольфраму, титану та алюмінію підвищує його механічні характеристики. 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 22,0ваг. % і більше 25,0ваг. % та заліза менше 1,0ваг. % і більше 1,4ваг. % сплав віддаляється від евтектичного, збільшуючи інтервал кристалізації, що приводить до хімічної неоднорідності виливки по об'єму. При вмісті молібдену менше 2,0ваг. % та вольфраму менше 11,8ваг. % знижується міцність і твердість сплаву. При вмісті молібдену більше 3,0ваг. % та вольфраму більше 13,0ваг. % склад сплаву віддаляється від евтектичного, збільшується інтервал кристалізації, що приводить до хімічної неоднорідності виливки по об'єму. При вмісті титану та алюмінію менше 0,6ваг. % знижується міцність і твердість сплаву. Збільшується його інтервал кристалізації, що приводить до хімічної неоднорідності виливки по об'єму. Крім того, при вмісті алюмінію менше 0,6ваг. % 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 Ni3Al, 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 вмісті кремнію більше 1,0ваг. % підвищується крихкість сплаву за рахунок появи на границях зерен крихкої фази Ni3Si. Елементи, що вводяться в сплав, забезпечують мінімальний інтервал його кристалізації, що близький до евтектичного (псевдоевтектичного), при збереженні значення КТР, твердості та міцності. 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 легуючи х 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 Вміст легуючи х елементів нижче мінімального мінімальне середнє Сr 21,4 22,0 23,2 Мо 1,5 2,0 2,6 W 11.3 11,8 12.5 Вміст елементів, ваг. % Nb Fe Al Ті 0,6 0,4 0,3 1,0 0,6 0,6 1,2 0,8 0,7 Si 0,2 0,3 0,8 Се Ni решта решта решта 4 5 6 максимальне вище максимального прототип 25,0 25,6 22,5 3,0 3,3 9,5 13,0 13,4 1,0 1,4 1,5 0,5 1,0 1,2 1,0 1,1 1,0 1,1 1,0 0,5 решта решта 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. № сплаву 1 2 3 4 5 6 s 0,2, Н/мм 2 339 368 372 375 378 330 Ме ханічні властивості Твердість за Вікерсом, HV (10) 192 221 225 228 236 180 КТР, К-1 1,39.10-6 1,39.10-6 1,39.10-6 1,39.10-6 1,39.10-6 1,4.10-6 Інтервал кристалізації, °С 87 34 29 32 98 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). У той же час запропонований склад сплаву на основі нікелю забезпечує його високі механічні характеристики, при значенні КТР рівному 1,39.10-6К-1 і інтервал кристалізації 29-34°С. Сплав може бути виплавлений як у лабораторних, так і в промислових умовах.