СПЛАВ Российский патент 1995 года по МПК C22C19/05 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к составам сплавов на никелевой основе, используемых для изготовления литых зубных протезов с керамическим покрытием.

Сплав на никелевой основе для изготовления литых зубных протезов с керамическим покрытием должен соответствовать комплексу физико-механических свойств, представленных в табл. 1 (международный стандарт ИСО 6871-89).

Помимо свойств, указанных в табл. 1, никелевый сплав для зубных протезов должен образовывать на поверхности окисную пленку, которая прочно сцепляется с различными керамическими и ситалловыми покрытиями, а также имеет полную биологическую совместимость. Показатель сцепления характеризует стойкость зубных протезов, а биологическая совместимость определяет комфортность при эксплуатации зубного протеза и отсутствие побочных эффектов (привкус, головная боль и др). Оценку качества сцепления и биологической совместимости получают методом опроса пациентов с использованием 4-балльной оценочной шкалы.

Заданные значения температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) никелевого сплава соответствует ТКЛР керамики и ситаллов, применяемых в качестве облицовочных материалов. Соответствие значений ТКЛР в интервале температур 25-500^оС обеспечивает высокую технологичность изготовления и наилучшие эксплуатационные свойства зубных протезов.

Литейные свойства коррозионно-стойкой стали определены коэффициентом жидкотекучести К_жт и величиной литейной усадки L: первый коэффициент определяет степень заполнения опоки жидким металлом при отливке, а второй склонность стали к образованию усадочных раковин и пор при твердении слитка. При К_жт<1 и L>1,9 качество литых зубных протезов резко снижается.

Известны зубопротезные литейные сплавы, имеющие следующий химический состав, мас. Хром 3,0-30,0 Молибден 0,1-6,0 Кремний 0,1-1,0 Железо 0,001-1,0 Углерод 0,001-0,1 Кобальт 25,0-27,0 Тантал 2,0-10,0 Никель 0-30,0 Титан 2,0-10,0 [1]
Недостатки известных сплавов состоят в их низкой жидкотекучести, высокой прочности и недостаточной пластичности, а также в том, что они образуют при отливке протеза литейную усадку. Это снижает качество литых зубных протезов. Кроме того, наличие 25-75% дефицитного дорогостоящего кобальта приводит к удорожанию зубного протеза в 2-5 раз.

Известен также стоматологический сплав следующего состава, мас. Хром 13,0-25,0 Молибден 3,0-7,0 Кремний 2,75-5,0 Марганец менее 5,0 Никель 20,0-40,0 Кобальт 30,0-60,0 Бор 0,1-1,0 [2]
Этот сплав также не соответствует комплексу свойств, приведенных в табл. 1, так как имеет меньший модуль упругости, большую прочность и твердость, низкую пластичность и большую литейную усадку, хотя показатель жидкотекучести близок к 1.

Наиболее близким по своему химическому составу и свойствам к предлагаемому является сплав ЭП 758 [3] содержащий, мас. Хром 23,0-25,0 Молибден 16,0-18,0 Кремний не более 0,10 Железо не более 0,50 Марганец 0,15-0,50 Углерод не более 0,03 Ниобий 0,02-0,20 Сера не более 0,02 Фосфор не более 0,025 Никель Остальное
Однако механические и литейные свойства данного сплава не соответствуют требуемым, представленным в табл. 1. Из-за чрезмерной прочности и твердости механическая обработка отливок затруднена, биологическая совместимость сплава с организмом неудовлетворительна, а сами отливки имеют дефекты, обусловленные недостаточной жидкотекучестью и наличием усадочных раковин. Из-за несоответствия ТКЛР данного сплава и керамики имеет место растрескивание покрытия зубного протеза. Это приводит к снижению качества изделий.

Целью изобретения является повышение качества зубных протезов за счет улучшения жидкотекучести сплава, снижения литейной усадки и улучшения сцепления с облицовочной керамикой при обеспечении высокой биологической совместимости.

Это достигается тем, что в сплав дополнительно введен церий при следующем соотношении компонентов, мас. Хром 23,0-25,0 Молибден 9,0-10,0 Кремний 1,4-1,9 Железо 0,5-1,0 Марганец 0,1-0,3 Углерод 0,008-0,02 Церий 0,03-0,1 Никель Остальное
Известный и предложенный сплавы имеют следующие общие признаки: оба содержат хром, молибден, кремний, железо, марганец и углерод, причем содержание хрома, марганца, и углерода взаимно перекрываются, оба сплава также имеют никелевую основу.

Отличия предложенного сплава заключаются в том, что он содержит 9,0-10,0% молибдена, тогда как известный сплав содержит его 16,0-18,0% кремния в предложенном сплаве 1,4-1,9% а в известном меньше или равно 0,1% Содержание железа в предложенном сплаве 0,5-1,0% а в известном железа меньше или равно 0,5% Наконец, предложенный сплав содержит 0,03-0,1% церия, которого в известном сплаве нет. Следует также отметить, что известный сплав содержит 0,02-0,2% ниобия, а также серу и фосфор, отсутствующие в предложенном сплаве.

Хром в данном сплаве обеспечивает его высокую коррозионную стойкость в ротовой полости, упрочняет сплав, способствует повышению его биологической совместимости. При содержании хрома менее 23,0% снижается прочность и твердость сплава, ухудшается его биологическая совместимость. Увеличение содержания хрома более 25,0% снижает литейные свойства сплава, что недопустимо.

Молибден введен в сплав для его упрочнения. Кроме того, содержание хрома, молибдена, кремния и никеля определяет значение ТКЛР. При содержании молибдена менее 9,0% прочность и твердость сплава ниже допустимого уровня, а ТКЛР не соответствует ТКЛР керамики. Увеличение содержания молибдена более 10% приводит к увеличению ТКЛР, снижению жидкотекучести сплава.

Кремний в данном сплаве обеспечивает заданные упругие свойства, а также жидкотекучесть расплава. При содержании кремния менее 1,4% имеет место ухудшение литейных свойств сплава и снижение модуля упругости, а увеличение его содержания более 1,9% приводит к увеличению литейной усадки, образованию пор и раковин в отливке, ухудшению прочности сцепления с керамикой.

Железо в данном сплаве позволяет обеспечить требуемый комплекс механических свойств, а также улучшить биологическую совместимость сплава с организмом. Снижение содержания железа менее 0,5% приводит к уменьшению его биологической совместимости, нестабильности значения ТКЛР в диапазоне температур 25-500^оС, увеличение содержания железа более 1,0% приводит к росту ТКЛР, что снижает качество протеза, покрытого керамикой.

Марганец в сплаве повышает его упругость, прочность, уменьшает вредное влияние возможных примесей серы. При содержании марганца менее 0,1% снижается прочность и твердость сплава, а его увеличение более 0,3% уменьшает его пластичность и жидкотекучесть, что недопустимо.

Углерод в данном сплаве является упрочняющим элементом. При содержании углерода менее 0,008% снижается его прочность, а попытка увеличения прочности за счет повышения содержания других упрочняющих элементов, в одних случаях, приводит к изменению значения ТКЛР, а, в других, ухудшает литейные свойства, а также оценку биологической совместимости сплава. Повышение содержания углерода более 0,02% приводит к снижению коррозионной стойкости, ухудшению технологичности производства зубных протезов.

Церий в данном сплаве обеспечивает улучшение его биологической совместимости, повышение прочности сцепления с керамикой покрытия, модифицирование сплава в отливке. При содержании церия менее 0,03% снижается стойкость зубных протезов, ухудшается биологическая совместимость сплава. Увеличение содержания церия более 0,1% снижает жидкотекучесть сплава, ухудшает качество отливок и зубных протезов.

Сплав на никелевой основе для зубного протезирования выплавляли из чистых шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи, порошкообразный церий в никелевой капсуле вводили в сплав в последнюю очередь. Затем сплав разливали в изложницы, в вакууме.

Охлажденные слитки зачищали, удаляли прибыльную и донную части, затем нагревали до 980^оС и прокатывали в прутки диаметром 12 мм. Готовые прутки резали в холодном состоянии на шайбы высотой 10 мм и подвергали галтовке и электрохимической полировке поверхности. Из части прутков изготавливали образцы для испытания физико-механических и литейных свойств, шайбы использовали для литья зубных протезов, покрытых облицовочной керамикой.

Химический состав исследованных сплавов на никелевой основе приведен в табл. 2, в табл. 3 их физико-механические, литейные свойства и показатели качества зубных протезов.

Из табл. 3 следует, что наилучшим комплексом свойств при улучшении жидкотекучести, снижении литейной усадки, улучшении сцепления с облицовочной керамикой при обеспечении высокой биологической совместимости обладает предло- женный сплав (химический состав N 2-4). Зубные протезы из этого сплава имели наилучшее качество. В случае запредельных значений содержания элементов (составы 1, 5-11) имеет место ухудшение жидкотекучести, увеличение литейной усадки, ухудшение сцепления с облицовочной керамикой и биологической совместимости, что снижает качество литых зубных протезов. Сплав прототип (состав N 12) оказался не пригоден для изготовления литых зубных протезов, облицованных керамикой.

Технико-экономические преимущества предложенного сплава состоят в том, что при содержании церия 0,03-0,1% кремния 1,4-1,9% железа 0,5-1,0% и регламентированном содержании остальных элементов, он обеспечивает требуемый уровень физико-механических и литейных свойств. За счет этого достигается повышение качества литых зубных протезов, облицованных керамикой.

Применение предложенного сплава обеспечит рентабельность производства более 180%

Изобретение относится к составам сплавов на никелевой основе, используемых для изготовления литых зубных протезов с керамическим покрытием. Сплав содержит следующие компоненты, мас. хром 23 25; молибден 9 10; кремний 1,4 1,9; железо 0,5 1; марганец 0,1 - 0,3; углерод 0,008 0,2; церий 0,03 0,1; никель остальное. Применение сплава позволяет повысить качество зубных протезов за счет улучшения жидкотекучести, снижения литейной усадки и улучшения сцепления с облицовочной керамикой при обеспечении высокой биологической совместимости. 3 табл.

СПЛАВ преимущественно для изготовления литых зубных протезов с керамическим покрытием, содержащий хром, молибден, кремний, железо, марганец, углерод и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит церий при следующем соотношении компонентов, мас.

Хром 23 25
Молибден 9 10
Кремний 1,4 1,9
Железо 0,5 1,0
Марганец 0,1 0,3
Углерод 0,008 0,02
Церий 0,03 0,1
Никель Остальное