Ортопедичний сплав на основі нікелю

Винахід відноситься до сплавів переважно медичного призначення, які застосовуються в ортопедії та ортопедичній стоматології для виготовлення зубних протезів з керамічним покриттям. Відомий сплав Duseranium U на основі нікелю, що містить (у ваг.%): 21,5 Cr, 4,5 Мо, 5,0 W, 3,2 Nb, 0,5 Co, 3,5 Fe, 0,4 Mn, 0,8 Si, 1,5 Сu, 0,1 С , решта Ni (DUCERA, Dental GmbH & Co. KG). Недоліками цього сплаву є низькі міцність і твердість. Відомий сплав Supranium на основі нікелю, що містить (у ваг.%): 21,5 Cr, 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. -N1. -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 (tн-tκ=1360-1300°С). Найбільш близьким до запропонованого є сплав Wiron-99 на основі нікелю, що містить (у ваг.%): 22,5 Cr, 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 1,4×10-6K-1. Недоліками цього сплаву є низькі міцність і твердість, висока схильність до дендритної ліквації, обумовленою великим температурним інтервалом (60°С) кристалізації (tн-tκ=1310-1250°С), використання для рафінування рідкоземельного елемента церію, який є тільки металургійною присадкою, 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 1,4×10-6K-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, ніобій та кремній додатково вводять вольфрам, кобальт і титан у наступному співвідношенні (ваг.%): Cr 26,0-29,0 Mo 3,8-4,2 W 9,2-10,0 Nb 0,7-0,9 Co 7,3-8,5 Ті 0,9-1,3 Αl 0,9-1,3 Si 0,6-1,2 Ni решта. Введення в сплав вольфраму, кобальту та титану 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 26,0ваг.% і більше 29,0ваг.% склад сплаву віддаляється від евтектичного, збільшуючи інтервал кристалізації, що приводить до хімічної неоднорідності виливки по об'єму. При вмісті молібдену менше 3,8ваг.%, вольфраму менше 9,2ваг.%, ніобію менше 0,7ваг.% та кобальту менше 7,3ваг.% знижується міцність і твердість сплаву. При вмісті молібдену більше 4,2ваг.%, вольфраму більше 10,0ваг.%, ніобію більше 0,9ваг.% та кобальту більше 8,5ваг.% склад сплаву віддаляється від евтектичного, збільшується інтервал кристалізації, що приводить до хімічної неоднорідності виливки по об'єму. При вмісті титану і алюмінію менше 0,9ваг.% знижується міцність і твердість сплаву. Збільшується його інтервал кристалізації, що приводить до хімічної неоднорідності виливки по об'єму. Крім того, при вмісті алюмінію менше 0,9ваг.% зменшується кількість окислів чи шпинелей після високотемпературного нагріву, що погіршує адгезійні властивості поверхні при покритті керамікою. При вмісті титану і алюмінію більше 1,3ваг.% збільшується кількість інтерметалідів Nі3Ті і Nі3Аl, які підвищують схильність сплаву до міжкристалітної корозії, окрихчуючи його при неоднорідному розподілі у виливці. При вмісті кремнію менше 0,6ваг.% погіршуються адгезійні властивості поверхні при покритті керамікою, що обумовлено зменшенням кількості окислів чи шпинелей після високотемпературного нагріву. При вмісті кремнію більше 1,2ваг.% 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 Вміст легуючи х елементів Cr Мо W Nb Вміст елементів,ваг.% Co Ті Аl Si Fe Се Ni 1 2 3 4 5 6 нижче мінімального мінімальне середнє максимальне вище максимального прототип 25,2 26,0 27,3 29,0 29,6 22,5 3,1 3,8 4,0 4,2 4,6 9,5 8,6 9,2 9,6 10,0 10,4 0,5 0,7 0,8 0,9 1,1 1,0 7,0 7,3 7,8 8,5 8,9 0,7 0,9 1,0 1,3 1,4 0,6 0,9 1,1 1,3 1,5 0,4 0,6 0,9 1,2 1,4 1,0 0,5 0,5 решта решта решта 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 s0,2 , Н/мм 2 368 374 376 379 384 330 Ме ханічні властивості Твердість за Вікерсом, HV (10) 209 215 216 218 222 180 КТР, K-1 Інтервал кристалізації, °С 1,4×10-6 1,4×10-6 1,4×10-6 1,4×10-6 1,4×10-6 1,4×10-6 106 38 40 42 120 60 Як видно з приведених у табл.2 даних при вмісті легуючих 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 1,4×10-6K-1 і інтервалом кристалізації 38-42°С. Сплав може бути виплавлений як у лабораторних, так і в промислових умовах.