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 Сr, 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 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. -Nl. -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 (600С) кристалізації (tн-tк =1360-13000С). Найбільш близьким до запропонованого є 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). Коефіцієнт термічного розширення (КТР) відомого сплаву складає 1,41.10-6К-1. 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 (600С) кристалізації (tн-tк =1310-12500С). Крім того, у сплав для рафінування введений дорогий рідкоземельний елемент церій, який є тільки технологічною 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 1,41.10-6К-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 та кремній додатково вводять вольфрам, титан і алюміній у наступному співвідношенні (ваг. %): Сr 23,0-27,0 Мо 2,0-3,6 W 4,0-6,3 Ті 1,1-1,5 Al 1,1-1,5 Si 0,5-0,9 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 23,0ваг. % і більше 27,0ваг. % склад сплаву віддаляється від евтектичного, збільшуючи інтервал кристалізації, що приводить до хімічної неоднорідності виливки по об'єму. При вмісті молібдену менше 2,0ваг. % та вольфраму менше 4,0ваг. % знижується міцність і твердість сплаву. При вмісті молібдену більше 3,6ваг. % та вольфраму більше 6,3ваг. % склад сплаву віддаляється від евтектичного, збільшується інтервал кристалізації, що приводить до хімічної неоднорідності виливки по об'єму. При вмісті титану і алюмінію менше 1,1ваг. % знижується міцність і твердість сплаву. Збільшується його інтервал кристалізації, що приводить до хімічної неоднорідності виливки по об'єму. Крім того, при вмісті алюмінію менше 1,1ваг. % зменшується кількість окислів чи шпинелей після високотемпературного нагріву, що погіршує адгезійні властивості поверхні при покритті керамікою. При вмісті титану і алюмінію більше 1,5ваг. % збільшується кількість інтерметалідів Nі3Ті і Ni3Al, які підвищують схильність сплаву до міжкристалітної корозії, окрихчуючи його при неоднорідному розподілі у виливці. При вмісті кремнію менше 0,5ваг. % погіршуються адгезійні властивості поверхні при покритті керамікою, що обумовлено зменшенням кількості окислів чи шпинелей після високотемпературного нагріву. При вмісті кремнію більше 0,9ваг. % 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 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 4 5 6 Вміст легуючи х елементів нижче мінімального мінімальне середнє максимальне вище максимального прототип Сr 22,4 23,0 25,2 27,0 27,5 24,0 Мо 1,8 2,0 2,6 3,6 4,0 10,0 W 3,6 4,0 5,1 6,3 6,8 Вміст елементів, ваг. % Ті Аl Si 0,7 0,8 0,4 1,1 1,1 0,5 1,2 1,3 0,7 1,5 1,5 0,9 1,8 1,7 1,2 1,5 Се 0,5 Ni 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. 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 1,40×10-6К-1 і інтервалом кристалізації 30-320С. Таблиця 2 Ме ханічні властивості, КТР і інтервал кристалізації сплавів № сплаву 1 2 3 4 5 6 s0,2 , Н/мм 2 360 368 369 371 375 360 Ме ханічні властивості Твердість за Вікерсом, HV (10) 203 208 211 212 216 200 КТР, K-1 1,40×10-6 1,40×10-6 1,40×10-6 1,40×10-6 1,40×10-6 1,41×10-6 Сплав може бути виплавлений як у лабораторних, так і в промислових умовах. Інтервал кристалізації, 0 С 103 33 30 32 112 60