Литейный сплав для стоматологии

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никеля, используемым для изготовления зубных коронок, протезов, бюгелей. Предложен сплав для стоматологии, содержащий хром, молибден, углерод и никель, при этом он дополнительно содержит ниобий и кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%: Cr 22,1-23,4, Мо 8,8-9,6, Nb 3,3-3,7, Co 3,0-4,0, С 0,1-0,2, Ni остальное. Технический результат - оптимальное сочетание свойств сплава стоматологических изделий, в частности прочностных характеристик и коррозионной стойкости. 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам, используемым в стоматологии для изготовления литейной технологией зубных коронок, протезов, бюгелей и т.д.

Сплав на никелевой основе для стоматологии должен отвечать следующему комплексу требуемых свойств:

- хорошая 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 высокое значение δ при растяжении);

- прочное сцепление между керамикой и цельнолитым каркасом и соответствующая величина коэффициента термического расширения (КТР) в диапазоне температур 20-600°С, т.к. КТР сплава должен несколько превышать значение КТР керамики с тем, чтобы обеспечить требуемый уровень сжимающих напряжений в керамике после обжига отливок, облицованных керамикой;

- невысокая температура плавления, высокая жидкотекучесть, заполнение тонких сечений, отсутствие горячих трещин и усадки;

- высокая коррозионная стойкость и отсутствие токсичности сплава в среде полости рта;

- 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;

- возможность легкой механической обработки отлитых каркасов;

- и, наконец, низкая стоимость и доступность используемых материалов и процессов.

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

Известен сплав (патент Германии №3609132, МПК А 61 К 6/04, С 22 С 19/05, 1987) (см. табл.1), содержащий 0,01-0,05% С, 0,8-2,0% Fe, 0-1,0% Со, 0,5-2,0% Si, 24,0-32,0% Cr, 7,0-11,0% Mo, 0-0,3% В, 0,1-0,45 Се, 0,1-0,5% Al, остальное Ni. Этот сплав имеет высокую пластичность. Однако повышение пластичности происходит за счет снижения остальных механических характеристик. Несмотря на введение бора, который за счет образования карбидов должен увеличить твердость и прочность, малое содержание углерода не позволяет образовывать достаточное количество карбидов. Кроме того, такое пониженное содержание углерода приводит к ухудшению технологических свойств. Чему способствует и высокое содержание хрома. Алюминий в сплаве образует интерметаллидные соединения, которые упрочняют сплав. Но такое упрочнение имеет свои минусы - алюминий образует тугоплавкие соединения, которые повышают температуру плавления сплава, что приводит к усложнению технологии плавки.

Известен сплав (патент Германии №3630321, МПК А 61 К 6/04, 1988) (см. табл.1), содержащий 0-0,12% С, 0,3-1,8% Si, 15,0-28,0% Cr, 6,0-16,0% Mo, 0,2-3,5% Nb, 0,1-1,5% Се или(и) La, 0-5,0% Fe или(и) Со или(и) Mn, остальное Ni. Сплав также обладает высокой пластичностью, но повышение пластичности достигается за счет снижения других механических свойств. Высокое содержание хрома, молибдена, марганца, железа приводит к снижению не только предела текучести и твердости, но и увеличению значения КТР, снижению жидкотекучести. Попытка упрочнить сплав ниобием не удалась из-за низкого содержания этого элемента.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является известный сплав (патент РФ №2048574, МПК С 22 С 19/05, 1995) (см. табл.1), содержащий 23,0-25,0% Cr, 9,0-10,0% Mo, 1,4-1,9% Si, 0,5-1,0% Fe, 0,1-0,3% Mn, 0,008-0,2% С, 0,03-0,1% Се, остальное Ni. Сплав обладает более высокой пластичностью, что приводит к понижению прочности, способности протезов сохранять форму и твердости. Высокое содержание железа увеличивает КТР.

Общим недостатком известных сплавов является высокое содержание в них редкоземельных металлов (РЗМ) (церия и лантана), введение или однородное распределение которых в литых сплавах весьма затруднительны. Адгезионная способность сплава возрастает пропорционально увеличению РЗМ в сплаве, но одновременно и с ее возрастанием увеличивается вероятность появления горячих трещин, что особенно сказывается в тонкостенных сечениях литых каркасов.

Поэтому задачей изобретения является повышение комплекса свойств, в частности прочностных, коррозионных и технологических характеристик.

Поставленная задача достигается тем, что литейный сплав для стоматологии, содержащий хром, молибден, углерод и никель, отличающийся от прототипа тем, что он дополнительно содержит ниобий и кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Cr	22,1-23,4
Мо	8,8-9,6
Nb	3,3-3,7
Co	3,0-4,0
С	0,1-0,2
Ni	Остальное

Хром в данном сплаве обеспечивает его высокую коррозионную стойкость в ротовой полости, упрочняет сплав, способствует повышению его биологической совместимости. Известно, что содержание хрома много меньше 23,0% снижает прочность и твердость, а его увеличение более 25,0% снижает литейные качества, что недопустимо.

Молибден содержится в сплаве для его упрочнения. При содержании молибдена более 10% снижается жидкотекучесть и повышается КТР, что приводит к снижению литейных свойств, а также снижается прочность сцепления металла с керамикой.

Углерод в данном сплаве обеспечивает упрочнение. Содержание углерода в сплаве должно быть не менее 0,1%, при содержании, меньшем указанного, снижается прочность. Попытка упрочнить сплав за счет других элементов приводит к изменению КТР и ухудшению литейных свойств.

Введение кобальта в данном сплаве повышает пластичность, а введенный в сплав ниобий играет роль интерметаллидного упрочнителя, который повышает прочностные свойства сплава. Кроме того, он не влияет на прочность сцепления металла с керамикой, а также повышает коррозионную стойкость сплава.

Сплав на никелевой основе для зубного протезирования выплавляли из чистых шихтовых материалов по стандартной технологии. Сплав выплавляли из следующих шихтовых материалов:

- Никель электролитический марки Н0 - ГОСТ 849-97

- Хром алюмотермический марки Х0 - ГОСТ 5905-79

- Молибден металлический в штабиках МШ-В - ТУ 48-19-73-86

- Кобальт металлический марки К1 - ГОСТ 123-98

- Ниобий металлический в штабиках НБШ000 - ГОСТ 16100-79

- Углерод (электродный бой) - ГОСТ 4426-79

Предложенный материал опробован для изготовления литых металлокерамических зубных протезов и мостов. Химический состав и свойства предложенного сплава см. в табл.2.

При сравнительных исследованиях установлено, что предложенный материал имеет хорошие плавильные и литейные свойства, удовлетворительно обрабатывается медицинским инструментом, имеет качественную прочную связь с керамикой, светлый цвет и нетоксичен. При сравнительных испытаниях известных и предложенного материала установлено, что предел прочности (σ_в), твердость по Виккерсу (HV10) выше в 2-3 раза у предложенного материала, чем у аналогов (см. табл.2).

Таким образом, установлено, что применение предложенного материала позволяет повысить качество и надежность стоматологических изделий из-за высокого уровня твердости, прочности и предела текучести, а также лучшего сцепления со слоями керамики и более низкой токсичностью.

Литейный сплав для стоматологии, содержащий хром, молибден, углерод и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ниобий и кобальт, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Cr	22,1-23,4
Мо	8,8-9,6
Nb	3,3-3,7
Со	3,0-4,0
С	0,1-0,2
Ni	Остальное