Стоматологічний сплав на основі нікелю

Реферат: Стоматологічний сплав на основі нікелю, що містить хром, молібден, залізо, кремній. Додатково містить вольфрам і титан. UA 80167 U (12) UA 80167 U UA 80167 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до сплавів медичного призначення, які застосовуються в ортопедичній стоматології для виготовлення металокерамічних та суцільнолитих зубних протезів. Відомий сплав на основі нікелю Mealloy (Dental alloys. Argen Dental Alloys-Technical Data. 2004, P. 3-5), який широко використовується у світовій практиці ортопедичної стоматології та містить, мас.%: хром (Сr) 25,0 молібден (Мо) 9,5 кремній (Si) 3,5 нікель (Ni) основа Хром забезпечує твердорозчинне зміцнення та підвищує корозійну стійкість сплаву. Відповідно до медико-технічних вимог кількість його повинно бути не менше 20 мас.%. Молібден в кількості 9,5 мас.% введений для додаткового зміцнення твердого металічного розчину. Кремній введений для підвищення адгезійних властивостей сплаву при покритті протезу керамікою за рахунок утворення на поверхні сплаву шару його оксиду. Недоліками відомого сплаву є недостатньо висока твердість HV 200, а також висока схильність до дендритної ліквації, зумовленої значним (> 90 °С) температурним інтервалом кристалізації 1320-1230 °С, яка викликає хімічну неоднорідність литого металу. Вміст молібдену не відповідає вимогам до гранично допустимих санітарних норм, значно перевищуючи їх (9,5 % при допустимих 5,5 %). При вмісті кремнію більше 1,0 мас. % схильність сплаву до руйнування зростає. Коли кремній вводять в більшій кількості, його сегрегації значно підвищують схильність сплавів до окрихчення. Тому його вміст необхідно знизити. Найбільш близьким до запропонованого є однофазний сплав на основі нікелю Supranium (Lindigkeit J. Non-precious dental alloys from Krupp for fixed dentures//Technischemitteilungen Krrupp. - 1990, № I - P. 62) наступного складу, мас.%: хром (Сr) 21,5 молібден (Mo) 9,0 кремній (Si) 0,5 залізо (Fe) 1,5 ніобій (Nb) 4,0 марганець (Mn) 0,5 кобальт (Co) 2,0 основ нікель (Ni) а Недоліками відомого сплаву є низька твердість HV (10) 185, схильність до дендритної ліквації, що пов'язано з великим температурним інтервалом кристалізації (60 °С) 1360 °С - 1300 °С. Концентрація молібдену (9 %) в сплаву не відповідає вимогам до граничнодопустимих санітарних норм (5,5 %). Крім того, сплав містить такий токсичний елемент як марганець. Введення ніобію, який є карбідоутворюючим елементом, має майже такий вплив на його властивості, як і молібден, але вартість сплаву значно підвищується. В основу корисної моделі поставлена задача створення гомогенного з твердорозчинним зміцненням сплаву для ортопедичної стоматології на основі нікелю зі структурою, наближеною до евтектичної, шляхом визначення якісного та кількісного складу його компонентів, в основу принципів підбору яких покладено критерії допустимості використання компонентів в сплаві медичного призначення у кількості, встановленої санітарними нормами, та впливу легуючих елементів на мінімізацію температурного інтервалу кристалізації сплаву. Такий однофазний складнолегований сплав має високі ливарні, механічні та корозійні властивості. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що розроблено стоматологічний сплав на основі нікелю, що містить хром, молібден, залізо, кремній, який, згідно з корисною моделлю, додатково містить вольфрам і титан, при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: хром (Сr) 26,0 - 30,2 молібден (Мо) 1,5 - 5,0 залізо (Fe) 2,8 - 4,2 кремній (Si) 0,3 - 1,0 вольфрам (W) 1,5 - 4,0 титан (Ті) 0,7 - 2,3 нікель (Ni) основа. Сплав, який пропонується, є однофазним твердим розчином з інтервалом кристалізації (~35 °С) (1370 °С - 1335 °С), що суттєво знижує його схильність до ліквації і підвищує однорідність хімічного складу по всьому об'єму виливка. У порівнянні зі сплавом-найближчим аналогом, у 1 UA 80167 U 5 10 15 20 25 30 35 40 сплаві, що заявляється, збільшено концентрацію хрому до 26-30 мас. % для підвищення корозійної стійкості сплаву. Особливо важливо це для металу, який призначений для виготовлення зубних протезів, що не потребують покриття керамікою. Відповідно до медикотехнічних вимог вміст кожного легуючого елемента не може перевищувати гранично допустимі санітарні норми, згідно з якими кількість молібдену не повинна перевищувати 5,5 %. Легування молібденом у більшій кількості для підвищення твердості сплаву не є доцільним, оскільки це небажано впливає на здоров'я людини. При кількості молібдену нижче 1,5 мас.% твердість сплаву знижується. Тому вміст молібдену обмежують концентраціями від 1,5 до 5,0 %. Відомо, що введення вольфраму, як і легування молібденом, забезпечує додаткове твердорозчинне зміцнення сплаву. Визначення співвідношення молібдену і вольфраму дозволило оптимізувати хімічний склад нового сплаву, в якому кількість молібдену зменшено до допустимих значень його санітарних норм в сплавах медичного призначення за рахунок додаткового введення вольфраму. З метою подрібнення зерен в сплаві його було додатково леговано титаном в кількості від 0,7 до 2,3 мас.%. В меншій його кількості ефект подрібнення не розповсюджується на всю масу металу, а при кількості його більше 2,0 % можливе утворення небажаних інтерметалідів. Кремній в сплаві підвищує адгезійні властивості сплаву при покритті його керамікою. При вмісті кремнію менше 0,3 мас.% зменшується кількість оксидів, які утворюються на поверхні, що погіршує адгезійні властивості сплаву при покритті керамікою. При вмісті кремнію більше 1,0 мас. % зростає схильність до руйнування через окрихчення поверхневого шару з оксиду. Для оцінки властивостей запропонованого сплаву були виплавлені зливки методом електродугової плавки з нерозхідним вольфрамовим електродом в атмосфері очищеного аргону виливом у мідний кокіль. Маса зливків становила 30 г. З них електроерозійною різкою виготовляли зразки у вигляді циліндричного стовпчика діаметром 6 мм для диференційного термічного аналізу та металографічних досліджень. Склад сплавів, які відповідають середньому, граничним та позаграничним значенням концентрацій компонентів сплаву, що заявляється, наведений у табл. 1. Результати досліджень зразків сплавів наведені у таблиці 2. Коефіцієнти термічного розширення досліджених сплавів відповідають коефіцієнтам термічного розширення керамічного покриття вітчизняного виробництва (ультропалин) для -6 -1 дентальних протезів і становлять 14,4×10 С в інтервалі температур від 20 до 600 °С (табл. 2). Заявлений сплав може бути рекомендованим як для виготовлення литих каркасів металокерамічних дентальних конструкцій, так і для протезів, які не потребують покриття керамікою. Сплав має такі дилатаційні характеристики (коефіцієнт термічного розширення), як і покривна кераміка при температурах її твердіння. Це відповідає медико-технічним вимогам до сплавів, призначених для виготовлення металокерамічних зубних протезів. Значення температур плавлення та кристалізації (табл. 2), які відповідають сплаву середнього складу № 3, мають інтервал кристалізації 27 °С. Незважаючи на те, що сплав складу № 1 має інтервал кристалізації 16 °С, його температура плавлення майже на 40 °С вище, ніж у сплаву, що заявляється. Тому перевагу було віддано саме сплавам 2, 3, 4. Сплав № 5, що має твердість за Віккерсом НВ вищу, ніж запропонований, не може бути рекомендований для використання у стоматології, зважаючи на великий температурний інтервал кристалізації (63 °С). Крім того, вміст молібдену 5,5 мас.% вище граничнодопустимих санітарних норм. Таблиця 1 Хімічний склад виплавлених сплавів № сплаву 1 2 3 4 5 6 Склад легуючих елементів нижче мін. мінімальний середній максимальн. вище макс. Найближчий аналог Сr 23,7 26,0 30,0 30,2 30,9 Мо 1,0 1,5 2,86 5,0 5,9 W 1,3 1,5 3,77 4,0 4,2 21,5 9,0 Концентрація елементів, мас.% Ті Fe Si Мn Co 0,5 2,0 0,2 0,7 2,8 0,3 1,41 3,99 0,33 2,3 4,2 1,0 2,9 4,5 1,5 45 2 1,5 0,5 0.5 2,0 Nb Ni 71,3 67,2 57,64 53,3 50,1 4,0 61,0 UA 80167 U Таблиця 2 Технічні характеристики сплавів № сплаву Твердість за Віккерсом НВ 1 2 3 4 5 6 180 210 220 215 225 185 Коефіцієнт термічного -1 розширення С -6 13,8×10 -6 14,3×10 -6 14,4×10 -6 14,4×10 -6 14,8×10 -6 13,9×10 Температура sol плавлення T , °C 1379 1366 1343 1299 1267 1330 Температура Інтервал lig кристалізації Т , кристалізації, °С °С 1395 16 1386 21 1370 27 1347 48 1330 63 1374 44 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Стоматологічний сплав на основі нікелю, що містить хром, молібден, залізо, кремній, який відрізняється тим, що він додатково містить вольфрам і титан, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: хром (Сr) 26,0-30,2 молібден (Мо) 1,5-5,0 вольфрам (W) 1,5-4,0 залізо (Fe) 2,8-4,2 титан (Ті) 0,7-2,3 кремній (Si) 0,3-1,0 нікель (Ni) основа. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3