ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ ДЛЯ СТОМАТОЛОГИИ Российский патент 1995 года по МПК C22C19/05 

Изобретение относится к области металлургии сплавов, а именно сплавов, используемых в стоматологии для металлокерамического протезирования (цельнолитые каркасы для облицовки керамикой).

Известны сплавы на основе никеля, применяемые в металлокерамическом протезировании для облицовки керамикой цельнолитых каркасов коронок и мостов (табл. 1), которые должны отвечать следующему комплексу требуемых свойств:
хорошие плавильные и литейные качества (невысокая температура плавления, возможность плавления на воздухе с образованием минимального количества шлака, высокая жидкотекучесть, заполнение тонких сечений толщиной до 0,3-0,5 мм, отсутствие горячих трещин и усадки);
возможность легкой механической обработки отлитых каркасов, что, как правило, гарантируется низкой твердостью сплава;
прочное сцепление с основным металлом пленки, образующейся после обжига на поверхности отливок, и достаточно светлый ее цвет, исключающий просвечивание сквозь слой керамики и потемнение зубов;
прочное сцепление между керамикой и цельнолитым каркасом, чему способствует соответствующая величина коэффициента термического расширения (КТР) в диапазоне температур 20-600^оС, т.к. КТР сплава должен несколько превышать значение КТР керамики, чтобы обеспечить требуемый уровень сжимающих напряжений в керамике после обжига отливок, облицованных керамикой;
способность цельнолитых каркасов сохранять форму, что обеспечивается повышенным значением предела текучести ( σ_0,2) с гарантией от их разрушения, что обеспечивается определенным запасом пластичности (достаточно высокие значения удлинения δ и сужения площади поперечного сечения Ψ при растяжении);
высокая коррозионная стойкость и отсутствие токсичности сплава в среде полости рта;
невысокая стоимость и дефицитность используемых при производстве сплава материалов и процессов.

Выбор композиции того или иного сплава определяется стремлением к достижению наилучшего, оптимального сочетания указанных свойств, которые часто (табл. 1) взаимоисключают друг друга (например, снижение твердости с целью улучшения обрабатываемости сопровождается, как правило, снижением значений предела прочности σ_в и, главное, предела текучести σ_0,2, которое приводит к повышенной деформируемости сплава, что нежелательно).

Известен сплав [1] фирмы "Тиссен Эдельштальверке" системы Ni-Cr-Mo-Si-B-Ce-C (1 в табл. 1), содержащий 67-71% никеля. Концентрация Се в сплаве зависит от содержания Ni (0,02-0,30% Се при 67% Ni и 0,02-0,15% Се при 70% Ni). Твердость сплава высока, что затрудняет его обрабатываемость. Кроме того, сплав обладает недостаточным запасом пластичности, что увеличивает вероятность его разрушения.

Сплав [2] фирмы "Дентаурум" системы Ni-Cr-Mo-Si-Fe-Co-Al-B-Ce-C (2 в табл. 1), содержащий 50-67% Ni. Сплав выплавляют в вакууме 5 Па с использованием тиглей из MgO и ZrO₂. В и Се вводят в расплав в форме бинарных сплавов с Ni, Fe или Cr незадолго до слива металла в уже рафинированный расплав. Слив расплава производят в вакууме или атмосфере инертного газа при давлении 5^.10⁴ Па с использованием подогретых литейных форм. Кроме того, производят слив и в водоохлаждаемый литейный кокиль с целью получения прутков различного сечения. Твердость этого сплава несколько ниже по сравнению с предыдущим, что достигнуто ценой снижения величин предела прочности σ_в и предела текучести σ_0,2, но все-таки она достаточно высока.

Фирмой "Тиссен Эдельштальверке" (ФРГ) был предложен сплав [3] cистемы Ni-Cr-Mo-Si-Fe-Co-Mn-Nb-Ce (La) C, содержащий 49-78% Ni (3 в табл. 1), в котором сумма концентраций Nb и Ce должна быть выше 3,5% а их соотношение должно находиться в диапазоне 3:1-1:1. Этот сплав имеет еще более низкую твердость, достигнутую также ценой дополнительного снижения предела текучести σ_0,2.

Общим недостатком известных сплавов является высокое содержание в них РЗМ (Се, La), введение и однородное распределение которых в литых сплавах весьма затруднительны, с чем и связаны значительные пределы разброса (0,1-1,5% ) их концентраций и, соответственно, свойств сплавов (табл. 1). Это объясняется тем, что основное требование к сплавам для металлокерамического протезирования хорошая адгезионная способность их к сцеплению с керамикой удовлетворяется пропорционально возрастанию концентрации РЗМ в сплаве, но одновременно с ее возрастанием увеличивается вероятность появления горячих трещин, что особенно сказывается в тонкостенных сечениях литых каркасов.

Наиболее близким к предлагаемому сплаву является сплав [4] фирмы "Центро Свилуппо Материали" (Италия) системы Ni-Cr-Mo-Si-Fe-Al-B-Ce-Mn-Cu-S-C, содержащий 62,3-70,3% Ni (4 табл. 1). Состав сплава должен отвечать условиям: -хСr+3,3yMo ≥42, где х и у мас. Сr и Мо, соответственно; -1<Сe/S<40.

Недостатками сплава являются несколько завышенная твердость, т. е. ухудшение обрабатываемости, пониженная величина предела текучести σ_0,2, т.е. ухудшение способности сохранения формы цельнолитых каркасов, и повышенное значение КТР, что снижает адгезионную способность сплава к сцеплению с керамикой.

Цель изобретения создание такого сплава, содержащего в качестве основы Ni, а также Cr, Mo, Si, РЗМ и С, который обладал бы наилучшим сочетанием свойств, требуемых в металлокерамическом протезировании.

Цель была достигнута следующим образом. Предложен сплав следующего состава, мас. хром 21-30, молибден 8-10, кремний 2,1-5,0, РЗМ (Lan /или Ce) 0,001-0,1, углерод 0,001-0,1, никель остальное до 100 (54-69), технология получения которого предусматривает наличие в нем контролируемого оптимального количества РЗМ только в виде равномерно распределенных по объему мелких неметаллических включений (термодинамически прочные окислы и другие соединения РЗМ с примесями, содержащимися в шихте и поступающими из атмосферы плавильного пространства). По природе эти неметаллические включения близки к материалу облицовочной керамики, что и способствует улучшению сцепления сплава и керамики. Отсутствие в сплаве свободного, не связанного в окислы и другие соединения количества РЗМ исключает последующее их окисление при получении цельнолитых каркасов в стоматологических открытых печах, т.е. снижает количество шлака на поверхности расплава в тигле, который при литье в форму поступает именно в тонкостенные участки отливок, что и служит причиной появления в них горячих трещин. Указанное справедливо и в отношении В, содержащегося в известных сплавах, что и послужило причиной его исключения из состава предлагаемого сплава, тем более что В образует с углеродом карбиды, по твердости близкие к алмазу, вследствие чего затрудняется обработка сплава.

Обеспечиваемая технологией производства повышенная чистота сплава гарантирует более высокие характеристики коррозионной стойкости (наряду с повышенным содержанием Cr) и пластичности, которая, хотя и несколько занижена, вследствие повышенной концентрации Si, обеспечивающего хорошие литейные свойства, все-таки находится на вполне приемлемом уровне.

Введение в сплав углерода способствует улучшению его чистоты, в частности по кислороду, вследствие процесса раскисления, интенсивно протекающего при вакуумной плавке сплава, и в отсутствии В не приводит к ухудшению обрабатываемости.

Повышенное содержание в сплаве Мо приводит к возрастанию значений модуля упругости и предела текучести σ_0,2, снижению величины КТР сплава, а также снижает содержание в сплаве Ni по сравнению с тем уровнем его концентрации (>70%), когда он является аллергеном.

П р и м е р. Сплавы выплавляют из шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи емкостью 100 кг. Разлив металла осуществляют в металлические кокили. Полученные заготовки весом 15-20 кг (диаметр 60-90 мм, длина 600 мм) режут на мерные заготовки весом 6-7 кг, из которых в вакуумных или открытых индукционных печах получают литьем в подогретые керамические формы малоразмерные заготовки весом 5-20 г, используемые в стоматологии.

Как видно из табл. 2, предложенный сплав обладает наиболее оптимальным сочетанием свойств, требуемых от цельнолитых каркасов в металлокерамическом протезировании, т.е. твердостью, пределом текучести σ_0,2 и КТР на уровне лучших в этом отношении сплавов, плавильными и литейными качествами на уровне лучших в данном отношении сплавов 1 и, особенно с учетом опасности горячих трещин (4 в табл. 1). По сравнению со сплавом-прототипом 4 предлагаемый сплав обладает меньшей склонностью к образованию горячих трещин (вследствие меньшего содержания РЗМ, причем только в форме равномерно распределенных по объему мелких неметаллических включений), лучшей обрабатываемостью (вследствие пониженной твердости и отсутствия в составе В, точнее карбида В) и более благоприятными значениями предела текучести σ_0,2 и КТР (вследствие более высокого содержания Мо), а также пластичности удлинения δ и сужения площади поперечного сечения Ψ (вследствие высокой чистоты и однородности сплава, гарантируемой технологией его производства).

Технология выплавки сплава обеспечивает:
высокую однородность сплава по химическому составу;
высокую коррозионную стойкость и повышенную пластичность (вследствие высокой чистоты металла);
устранение горячих трещин в цельнолитых каркасах и хорошее сцепление с керамикой (вследствие оптимального количества мелких, равномерно распределенных по объему неметаллических включений с РЗМ);
низкие затраты при получении заготовок малого развеса для стоматологии.

Изобретение относится к области металлургии сплавов, используемых для металлокерамического протезирования в стоматологии (цельнолитые каркасы для облицовки керамикой). Изобретение позволяет обеспечить оптимальное сочетание свойств, предъявляемых в металлокерамическом протезировании к литейным сплавам. Указанное преимущество по сравнению с известными сплавами достигается следующим соотношением компонентов, мас.%: хром 21-30, молибден 8-10, кремний 2,1-5,0, углерод 0,001-0,1, лантан и/или церий 0,001-0,1, никель - остальное. 2 табл.

ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ ДЛЯ СТОМАТОЛОГИИ, содержащий хром, молибден, кремний, углерод и РЗМ, отличающийся тем, что он в качестве РЗМ содержит лантан и/или церий при следующем соотношении компонентов, мас.

Хром 21 30
Молибден 8 10
Кремний 2,1 5,0
Углерод 0,001 0,1
Лантан и/или церий 0,001 0,1
Никель Остальное