Деформируемый сплав на основе кобальта для зубного протезирования Российский патент 2004 года по МПК C22C19/07 A61K6/04 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к коррозионно-стойким сплавам на основе кобальта, предназначенным для отливки каркасов бюгельных и цельнолитых зубных протезов, а также других изделий, для которых необходимы высокие прочность, твердость, упругость и пластичность.

Известен сплав для зубных протезов, содержащий, мас.%:

Углерод 0-0,3

Кремний 1,0-2,0

Марганец 0-1,5

Хром 20-35

Молибден 2,0-8,0

Железо 0,3-2,0

Церий и/или иттрий 0,3-1,5

Кобальт и неизбежные примеси Остальное

(Патент ФРГ № 3436118, МПК С 22 С 19/07, опубл. 30.05.1985 г.).

Этот сплав имеет следующие механические свойства:

Предел текучести, σ_0,2, МПа 350-570

Относительное удлинение δ₅, % 4,1-16,4

Твердость по Виккерсу HV 10 270-310

В соответствии с международным стандартом ISO 6871-1-94 “Стоматологические литейные сплавы на металлической основе. Часть 1. Сплавы на основе кобальта” и Российским стандартом ГОСТ Р 51389-99 “Заготовки из коррозионно-стойких сплавов на основе кобальта для ортопедической стоматологии” для обеспечения надежности зубных протезов предел текучести сплавов в литом состоянии должен быть не менее 500 МПа при удлинении не менее 3,0%. Кроме того, в вышеупомянутых стандартах указаны следующие требования к химическим составам: Σ Cr+Со+Ni≥85%, при этом Сr≥25%, а Мо≥4%.

Однако, как показала практика ортопедической стоматологии, для каркасов бюгельных протезов предел текучести кобальтового сплава должен быть не менее 600 МПа, а твердость по Виккерсу не менее 350 HV 10.

Как следует из приведенных выше свойств, данный сплав не отвечает современным требованиям, предъявляемым к стоматологическим сплавам для высоконагруженных бюгельных протезов.

Кроме того, содержание железа до 2,0% может привести к увеличению усадки сплава при литье и не обеспечит получение точной отливки ажурных каркасов бюгельных протезов.

Известен сплав для зубных протезов на основе кобальта, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,4-0,5

Кремний 0,1-1,0

Марганец 0,01-0,6

Хром 28-30

Молибден 4,5-6,0

Ванадий 0,01-0,3

Ниобий 0,01-0,3

Кобальт Остальное

при этом отношение содержания хрома к сумме концентраций ванадия и ниобия определяется выражением

[%Ск]:([%V]+[%Nb])=50÷150

(Патент РФ №2151588 МПК А 61 К 6/04 С 22 С 19/07, опубл. 27.06.2000 г.).

Данный сплав в соответствии с описанием изобретения имеет следующие механические свойства:

Предел прочности σ_в, МПа ~840

Предел текучести, σ_0,2, МПа ~665

Относительное удлинение, δ, % ~7,6

Твердость HV 10 ~420

Этот сплав имеет повышенный уровень механических характеристик по сравнению с первым аналогом и близок по химическому составу к предлагаемому объекту изобретения.

Из описания этого аналога следует

- сплав поставляется в мерных заготовках, получаемых непосредственно методом литья в вакуумной индукционной печи,

- содержит в своем составе упрочняющие добавки ванадия и ниобия.

Однако при производстве зубопротезного сплава по другой технологической схеме с использованием деформации при металлургическом переделе, как предполагает объект изобретения, а именно: выплавка слитка в вакуумной индукционной печи, его горячая пластическая деформация методом свободной ковки или прокатки на пруток с последующей резкой прутка на небольшие мерные заготовки, удобные для литья зубных протезов, - в этом случае легирование сплава ванадием и ниобием - будет затруднять пластическую деформацию металла в горячем состоянии, что неизбежно приведет к снижению выхода годного при металлургическом переделе.

Кроме того, в составе сплава не указано (не оговорено) содержание таких элементов как никель и железо, которые являются спутниками кобальта в шихте и непременно присутствуют в его составе как примеси.

Известно, что никель в сплаве может привести к возникновению в организме пациента аллергических реакций, а железо - к увеличению усадки сплава при отливке зубных протезов.

Наиболее близким аналогом по совокупности элементов является сплав для зубных протезов на основе кобальта, содержащий следующие компоненты, мас.%:

Углерод 0-0,4

Кремний 0,1-5,0

Марганец 0,01-8,0

Хром 25-35

Молибден 1,0-8,0

Ниобий 0,1-5,0

Никель 0-0,3

Железо 0-1,0

Кобальт и неизбежные примеси Остальное

Сплав может дополнительно содержать медь в количестве 0,1-5,0 мас.% (Международная заявка WO 85/04576, МПК А 61 К 6/04, опубл. 24.10.1985 г. - прототип).

Свойства сплава следующие:

Предел текучести, σ_0,2, Н/мм² 560-680

Относительное удлинение, δ, % 5-11

Твердость HV 10 290-410

Данный сплав, так же как и предыдущий, обладает достаточно высоким уровнем механических свойств, однако тоже содержит в своем составе ниобий и может содержать медь до 5% каждого, которые снижают высокотемпературную технологическую пластичность сплава при металлургическом переделе от слитка на пруток.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании сплава на основе кобальта для зубных протезов, сочетающего следующий комплекс свойств:

- высокотемпературную технологическую пластичность, обеспечивающую хорошую деформируемость металла при металлургическом переделе (от слитка до прутка) с использованием методов ковки и/или прокатки;

- высокие литейные и механические, в том числе прочностные, характеристики;

- коррозионную стойкость и нетоксичность.

Техническим результатом изобретения является увеличение выхода годного при горячем переделе до 75-80% при сохранении высокого уровня механических и литейных свойств, а также коррозионной стойкости.

Указанный технический результат достигается тем, что сплав для зубного протезирования, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, железо, кобальт и неизбежные примеси, согласно изобретению дополнительно содержит иттрий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,35-0,50

Кремний 0,6-1,3

Марганец 0,3-0,8

Хром 27,5-30,0

Молибден 4,0-6,0

Никель Не более 0,6

Железо Не более 0,4

Иттрий 0,001-0,020

Бор 0,001-0,020

Кобальт и неизбежные примеси Остальное

при этом содержания углерода, хрома, молибдена, а также кремния и марганца, связаны следующими зависимостями:

[%С]+[%Сr]+[%Мо]=32,5÷36,0

[%Si]+[%Mn]=1,0÷2,0

При содержании углерода менее 0,35% снижается твердость сплава, а увеличение содержания углерода свыше 0,5% приводит к его охрупчиванию и ухудшению обрабатываемости.

Снижение содержания кремния менее 0,6% не обеспечивает коррозионную стойкость и литейные свойства сплава, а увеличение содержания кремния свыше 1,3% нецелесообразно, так как может привести к образованию легкоплавких эвтектик и охрупчиванию сплава.

Содержание марганца менее 0,3% не обеспечивает жидкотекучесть сплава, а свыше 0,8% - ухудшает его механические характеристики.

Хром при его содержании в сплаве менее 27,5% не обеспечивает необходимую твердость и высокую коррозионную стойкость сплава, а свыше 30% - снижает характеристики пластичности.

Содержание молибдена в количестве менее 4% - не соответствует требованиям стандартов на стоматологические кобальтовые сплавы (см. выше), а в количестве свыше 6% увеличивает температуру плавления сплава.

Содержание в сплаве никеля более 0,6% может привести к возникновению аллергических реакций при использовании зубных протезов пациентами, особо чувствительными к никелю.

Железо в количестве более 0,4% увеличивает усадку сплава при литье.

Микролегирование бором и иттрием в количествах менее 0,001% неэффективно, а свыше 0,020% нецелесообразно, но в указанных пределах от 0,001 до 0,020% каждого обеспечивают получение литой структуры сплава с относительно чистыми границами зерен, что дополнительно увеличивает способность сплава к горячей пластической деформации и тем самым увеличивает выход годного при металлургическом переделе.

Сумма легирующих элементов углерода, хрома и молибдена менее 32,5% не обеспечивает получение высоких прочностных характеристик, а свыше 36,0% - приводит к снижению горячей деформируемости и выхода годного при металлургическом переделе сплава.

Легирование кремнием и марганцем в сумме менее 1,0% - неэффективно, а свыше 2,0% ухудшает деформируемость сплава в горячем состоянии.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Сплавы отливали со строгим режимом технологии в вакуумно-индукционной печи на чистой шихте с разливкой в слиток. Слиток после высокотемпературного нагрева ковали на молоте на пруток, который впоследствии резали на мерные заготовки по ~15 грамм. Из этих заготовок центробежно-литым способом по технологии, принятой в зубопротезных лабораториях стоматологических клиник, отливали в соответствии с ИСО 6871-1-94 и ГОСТ Р 51389-99 образцы, которые затем испытывали по методикам, рекомендованным в вышеупомянутых стандартах.

Химический состав и свойства предложенных и известного сплавов приведены соответственно в таблицах 1 и 2.

Прочностные и пластические свойства предложенных сплавов соответствуют уровню свойств прототипа (см. таблицу 2).

Горячая пластическая деформация сплава от слитка до прутка показала, что выход годного для предложенных составов №1-3 составил 75-80%, что на 30% выше этого же показателя для известного сплава (прототипа).

Проведенные коррозионные, санитарно-химические и токсикологические испытания предложенного сплава показали, что он полностью отвечает всем современным требованиям, предъявляемым к сплавам для зубного протезирования.

Таким образом, предложенный сплав по механическим характеристикам не уступает прототипу и по технологичности при металлургическом переделе его превосходит.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к коррозионно-стойким сплавам на основе кобальта, предназначенным для отливки каркасов бюгельных и цельнолитых зубных протезов, а также других изделий, для которых необходимы высокие прочность, твердость, упругость и пластичность. Техническим результатом изобретения является увеличение выхода годного при горячем переделе до 75-80% при сохранении высокого уровня механических и литейных свойств, а также коррозионной стойкости. Сплав содержит углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, железо, кобальт и неизбежные примеси, иттрий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,35-0,50, кремний 0,6-1,3, марганец 0,3-0,8, хром 27,5-30,0, молибден 4,0-6,0, никель не более 0,6, железо не более 0,4, иттрий 0,001-0,020, бор 0,001-0,020, кобальт и неизбежные примеси остальное, при этом содержания углерода, хрома, молибдена, а также кремния и марганца связаны следующими зависимостями: [%C]+[%Cr]+[%Мо]=32,5÷36,0, [%Si]+[%Mn]=1,0÷2,0. 2 табл.

Сплав на основе кобальта для зубного протезирования, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, железо, отличающийся тем, что для повышения горячей деформируемости он дополнительно содержит иттрий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,35-0,50

Кремний 0,6-1,3

Марганец 0,3-0,8

Хром 27,5-30,0

Молибден 4,0-6,0

Никель Не более 0,6

Железо Не более 0,4

Иттрий 0,001-0,020

Бор 0,001-0,020

Кобальт и неизбежные примеси Остальное

при этом суммарное содержание углерода, хрома и молибдена, а также кремния и марганца связаны следующими зависимостями:

[%С]+[%Сr]+[%Мо]=32,5÷36,0;

[%Si]+[%Mn]=1,0÷2,0.