Способ получения сплава на основе кобальта для металлокерамических и бюгельных зубных протезов


 


Владельцы патента RU 2509816:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения сплавов на основе кобальта, предназначенных для каркасов металлокерамических и бюгельных зубных протезов. Способ получения сплава на основе кобальта включает выплавку в вакуумно-индукционной печи и разливку в вакууме на прутки в разъемные изложницы, имеющие квадратный или круглый профиль со стороной квадрата или диаметром не более 12 мм, соответственно. Выплавляют сплав, содержащий, мас.%: углерод 0,03-0,30, кремний 0,7-2,5, марганец 0,25-1,0, хром 27,5-30,5, молибден 3,5-6,0, никель не более 0,5, железо не более 0,3, бор 0,03-0,10, кобальт и неизбежные примеси - остальное, отношение содержания кремния к содержанию углерода в котором составляет [%Si]/[%C]≥4,0. Снижается твердость сплава и улучшается его обрабатываемость и полируемость при сохранении уровня механических, коррозионных и литейных свойств. Снижается также трудоемкость при изготовлении сплава. 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к способам получения сплавов на основе кобальта, предназначенных для каркасов металлокерамических одиночных коронок, мостовидных и бюгельных зубных протезов.

Эти сплавы должны соответствовать установленным медико-биологическим и санитарно-гигиеническим требованиям, а также иметь следующий комплекс свойств:

- высокие литейные характеристики, обеспечивающие высокоточное литье тонкостенных изделий;

- пониженный температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) близкий к ТКЛР наносимой керамической массы и прочную окисную пленку на своей поверхности, обеспечивающие надежное соединение с керамикой;

- повышенные прочностные свойства: в соответствии со стандартами международным ИСО 6871-1-94 «Стоматологические литейные сплавы на металлической основе. Часть 1. Сплавы на основе кобальта» и Российским ГОСТ Р 51389-99 «Заготовки из коррозионностойких сплавов на основе кобальта для ортопедической стоматологии», предел текучести сплавов на кобальтовой основе для зубного протезирования должен быть более 500 Н/мм2, чтобы иметь возможность изготавливать из них нагруженные каркасы бюгельных протезов;

- хорошо обрабатываться стоматологическими абразивами и полироваться;

- иметь высокую коррозионную стойкость, не токсичность и биосовместимость с тканями ротовой полости.

Известен способ получения сплава для заготовок зубных протезов, включающих плавку высокочистых шихтовых материалов под защитным шлаком при удельной мощности 3-5 кВт на 1 кг шихты в течение 20-25 минут; разливку в кварцевую трубку вакуумным всасыванием, при этом один конец трубки через шлак погружается под уровень сплава на глубину не менее 40 мм, а через другой конец разряжением поднимают металл в трубке на высоту не менее 400 мм и при этом сплав содержит, мас.%:

хром 25,0-28,60
молибден 5,20-5,90
кремний 0,66-0,90
углерод 0,40-0,80
марганец 0,20-0,50
кобальт Остальное

(Патент РФ 2331687 МПК C22C 19/07, опубл. 20.08.2008 г.).

Сплав предназначен для изготовления каркасов зубных коронок и мостов с последующей облицовкой керамическими материалами, у которых ТКЛР составляет (13,5÷14,5)×10-6 К-1 в интервале температур 250-550°C.

Высокое содержание в этом сплаве углерода до 0,8% резко ухудшает его обрабатываемость стоматологическими абразивами и полируемость, повышая при этом трудоемкость изготовления металлических каркасов из данного сплава.

Из описания способа получения сплава следует, что разливка металла осуществляется в дорогостоящие кварцевые трубки, при этом часть трубки, погруженная в расплав, теряет свои свойства и удаляется, таким образом, она не может быть использована многократно, что дополнительно повышает себестоимость сплава.

Наиболее близким по совокупности признаков является способ получения сплава на основе кобальта для зубного протезирования, включающий выплавку в вакуумно-индукционной печи на чистой шихте, разливку плавки в вакууме в слиток, нагрев слитка в термической печи и ковку слитка на молоте на пруток, резка прутка на мерные заготовки ~ 15 грамм, при этом сплав содержит, 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 связана следующими зависимостями:

[%C]+[%Cr]+[%Mo]=32,5÷36,0

[%Si]+[%Mn]=1,0÷2,0

(Патент РФ №2224810, описание, МПК8 C22C 19/7, A61K 6/04, опубликован 27.02.2004 г. - прототип)

Способ-прототип является достаточно трудоемким, т.к. требует проведения дополнительных технологических операций (нагрева высокотемпературного до 1180°C слитка и ковки его на пруток), а также привлечения дополнительного металлургического оборудования (термических печей и молота), при этом повышаются и временные, и энергозатраты.

Кроме того, сплав, полученный по способу-прототипу, с повышенными механическими характеристиками имеет и высокую твердость HV10~400, которая затрудняет его обрабатываемость и полируемость, повышая тем самым трудоемкость изготовления зубных протезов.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в оптимизации способа получения стоматологического сплава на основе кобальта, который может применяться как для металлокерамических, цельнолитых одиночных коронок и небольших мостовидных зубных протезов, так и для каркасов бюгельных протезов (например, с замковым креплением), т.е. универсального, что существенно, в случае одновременного применения обоих видов протезирования (съемного и несъемного) у одного пациента, при этом исключается образование гальванической пары во рту при применении сплавов с разной металлической основой, и, что, особенно, важно для пациентов с проявлением аллергической реакции на никелевые сплавы, которые традиционно используются для металлокерамических конструкций (как более легко обрабатываемые и с меньшими значениями ТКЛР).

Технический результат изобретения состоит в снижении трудоемкости способа получения сплава и, как следствие, снижении его себестоимости, как при изготовлении стоматологического сплава (за счет уменьшения: технологических операций и применяемого металлургического оборудования), так и при изготовлении из него зубных протезов (за счет снижения твердости сплава и улучшения его обрабатываемости и полируемости). Кроме того, расширяются области применения сплава в ортопедической стоматологии за счет его универсальности, при сохранении уровня механических, коррозионных и литейных свойств.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения сплава на основе кобальта для металлокерамических и бюгельных зубных протезов, включающем выплавку в вакуумно-индукционной печи, разливку в вакууме, согласно изобретению, разливку ведут на прутки в разъемные изложницы, имеющие квадратный или круглый профиль со стороной квадрата или диаметром не более 12 мм, соответственно, при этом выплавляют сплав, содержащий следующие компоненты, мас.%:

углерод 0,03-0,30
кремний 0,7-2,5
марганец 0,25-1,0
хром 27,5-30,5
молибден 3,5-6,0
никель не более 0,5
железо не более 0,3
бор 0,03-0,10
кобальт и неизбежные примеси остальное,

при этом отношение содержания кремния к содержанию углерода связано следующей зависимостью:

[%Si]/[%C]≥4,0

Таким образом, предложенный способ получения сплава включает выплавку в вакуумно-индукционной печи и разливку в вакууме в разъемные изложницы многократного применения из дешевой углеродистой стали с внутренними квадратными или круглыми профилями со стороной квадрата или диаметром не более 12 мм для получения прутков, соответственно, квадратного или круглого сечения, минуя стадии получения слитка и его высокотемпературной деформации на пруток, для которой требуются термические печи, кузнечное или прокатное оборудование. В результате применения изобретения снижается себестоимость изготовления сплава, обусловленная отсутствием необходимости использования дополнительных металлургического оборудования и энергозатрат, а также сокращается длительность технологического процесса.

Ограничение размера внутреннего профиля изложницы позволяет получать после резки прутка мерные заготовки как небольшого размера, так и веса, удобные для последующего литья из них зубных протезов в зуботехнических лабораториях.

Содержание углерода в сплаве менее 0,03% не целесообразно, так как снижаются литейные и прочностные характеристики, а его содержании в сплаве свыше 0,30% приводит к повышению твердости, что увеличивает трудоемкость при изготовлении металлокерамических зубных протезов.

Содержание кремния менее 0,7% не обеспечивает литейные свойства и коррозионную стойкость, а легирование кремнием свыше 2,5% приводит к снижению механических характеристик.

При содержании в сплаве марганца менее 0,25% не обеспечивается достаточная жидкотекучесть сплава при литье, а свыше 1,00% - снижается пластичность.

Снижение содержания хрома в сплаве менее 27,5% уменьшают его прочность и коррозионную стойкость, а повышение его содержания свыше 30,5% увеличивает твердость и ухудшает обрабатываемость сплава.

Молибден в количестве менее 3,5% не обеспечивает коррозионную стойкость, прочность и низкий уровень ТКЛР, а его содержание свыше 6,0% приводит к снижению пластичности сплава и полируемости, а также повышает температуру плавления.

Использование зубных протезов из сплавов с содержанием никеля более 0,5% может привести к возникновению аллергических реакций в организме пациентов «чувствительных» к никелю.

Железо в количестве более 0,3% ухудшает качество окисной пленки, ответственной за прочность металлокерамического соединения.

Легирование сплава бором в количестве менее 0,03% - не эффективно, а его содержание 0,03-0,10% увеличивает прочность и пластичность сплава за счет равномерного распределения в его структуре избыточных фаз и обеспечивает создание на поверхности сплава при технологическом отжиге более плотной окисной пленки, повышающей его сцепляемость с керамикой; увеличение содержания бора свыше 0,10% ухудшает обрабатываемость сплава.

Экспериментально установлено, что при соотношении в сплаве [%Si]/[%C]≥4,0 снижается температура плавления сплава и увеличивается его жидкотекучесть, необходимые для непосредственного разлива слитка сразу в пруток, а если это соотношение менее указанного значения ухудшаются обрабатываемость и полируемость сплава, а также его сцепляемость с керамикой.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. Сплав выплавляли в вакуумно-индукционной печи ПИВК на чистой шихте с разливкой в вакууме в прямоугольную разъемную изложницу с целью получения литых прутков диаметром 12 мм и длиной 200 мм. После охлаждения на воздухе полученные литые прутки разрезали на мерные цилиндрические заготовки весом по ~ 15 грамм, из которых методом центробежного литья 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.

Прочность металлокерамического соединения исследовали методом 3-х точечного изгиба по ГОСТ Р 51736-2001 «Металлокерамика стоматологическая для зубного протезирования».

Химические составы предложенного и известного сплавов представлены в таблице 1, механические свойства и ТКЛР (в интервале температур 20°C-500°C) - в таблице 2.

Из приведенных данных следует, что прочность и пластичность предложенного сплава находятся практически на уровне прототипа; предназначенного для каркасов бюгельных протезов, что свидетельствует о надежном применении нового сплава в том числе и для бюгельного протезирования; а более низкие значения твердости способствуют лучшей обрабатываемости и полируемости металла и, следовательно, снижают трудоемкость изготовления зубных протезов из этого сплава.

Полученные пониженные значения ТКЛР (менее 14,4×10-6 град-1) обеспечивают прочное сцепление предложенного сплава с большинством импортных и отечественных керамических масс.

Исследование литейных характеристик, коррозионной стойкости, прочности металлокерамического соединения, токсикологические и клинические испытания показали, что сплав соответствует своему медицинскому назначению и может применяться как для несъемных металлокерамических, цельнолитых, так и съемных бюгельных протезов

Таким образом, предложенный способ получения сплава по сравнению с прототипом является более технологичным, а полученный сплав - универсальный в применении и менее трудоемкий в изготовлении зубных протезов.

Таблица 1
Химический состав сплавов на основе кобальта, полученных предложенным и известным способами
Сплав Массовая доля, %; Со и неизбежные примеси - остальное Отношение %Si/%C
С Si Mn Cr Mo Ni Fe В Y
1 Предложенный 0,23 0,95 0,38 28,0 5,8 0,48 0,28 0,027 - 4,1
2 Предложенный 0,15 1,58 0,70 30,5 3,9 0,23 0,14 0,052 - 10,5
3 Предложенный 0,09 2,47 0,78 29,4 4,7 0,34 0,05 0,086 - 27,4
4 Известный (прототип) 0,39-0,49 0,68-1,1 0,36-0,61 28,0-29,3 4,8-5,6 0,28-0,39 0,16-0,23 0,002-0,015 0,003-0,010 1,7-2,2
Таблица 2
Физико-химические свойства сплавов на основе кобальта, полученных предложенным и известным способами
Сплав σ0,2, МПа δ, % HV ТКЛР, α×10-6 град-1
1 Предложенный 631 7,5 330 14,0
2 Предложенный 662 6,4 350 14,2
3 Предложенный 639 6,8 340 14,1
4 Известный 640-670 6,5-8,5 390-410 -

Способ получения сплава на основе кобальта для металлокерамических и бюгельных зубных протезов, включающий выплавку в вакуумно-индукционной печи и разливку в вакууме, отличающийся тем, что разливку ведут на прутки в разъемные изложницы, имеющие квадратный или круглый профиль со стороной квадрата или диаметром не более 12 мм, соответственно, при этом выплавляют сплав, содержащий следующие компоненты, мас.%:

углерод 0,03-0,30
кремний 0,7-2,5
марганец 0,25-1,0
хром 27,5-30,5
молибден 3,5-6,0
никель не более 0,5
железо не более 0,3
бор 0,03-0,10
кобальт и неизбежные примеси остальное,

отношение содержания кремния к содержанию углерода в котором составляет [%Si]/[%C]≥4,0.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к обработке лент из аморфно-нанокристаллических сплавов, и может быть использовано, например, при изготовлении деталей в электронике и приборостроении.

Изобретение относится к металлургии, к составам коррозионностойких инварных сплавов, и может быть использовано в авиационной, криогенной технике, судостроении, а также для создания конструкций и приборов наземного, морского базирования, работающих в условиях повышенной влажности и морского тумана.
Изобретение относится к коррозионно-стойким сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления цельнолитых и металлокерамических зубных коронок и мостовидных протезов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе кобальта, упрочняемым азотированием. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к тонким лентам, выполненным из аморфного термомагнитного материала методом закалки из расплава литьем плоского потока расплава на поверхность охлаждающего тела.
Изобретение относится к сплавам на основе кобальта, содержащем редкоземельный элемент, который может быть использован в качестве катализатора для очистки газообразных выбросов от токсичной примеси углерода.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам антифрикционных материалов на основе кобальта, которые могут быть использованы в машиностроении. .
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в производстве электромагнитных компонентов и устройств, в частности высокочастотных импульсных трансформаторов типов So, Upo и Uko, в системах телекоммуникаций с цифровыми линиями связи ISDN, трансформаторах тока электронных счетчиков электроэнергии, противопожарных датчиках.
Изобретение относится к металлургии, в частности к составам литейных сплавов на основе кобальта, которые могут быть использованы для изготовления лопаток турбореактивных двигателей.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению литых сплавов на основе кобальта. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения высокопористых ячеистых материалов (ВПЯМ). Может использоваться для изготовления фильтров, шумопоглотителей, носителей катализаторов, теплообменных систем, конструкционных материалов, работающих в условиях высоких температур, может найти применение в энергетике, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению сплавов алюминия с редкоземельными металлами. Способ получения лигатуры алюминий-скандий включает расплавление алюминия, алюминотермическое восстановление скандия из исходной шихты, содержащей фторид скандия, хлорид калия и фторид натрия под покровным флюсом и последующую выдержку полученного расплава.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к модифицированию сплавов на основе золота, предназначенных для изготовления ювелирных изделий. Для повышения измельчения структуры сплавов золота при их модифицировании вводят рутений в расплав перед кристаллизацией сплава в виде лигатуры серебро-рутений.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошка сплава на основе элементов 4 группы периодической таблицы. Может использоваться в пироиндустрии при получении запальных устройств, в качестве газопоглотителей в вакуумных трубках, в лампах, в вакуумной аппаратуре и в установках для очистки газов.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым антифрикционным материалам для сильноточных скользящих контактов. Может использоваться для изготовления токосъемных щеток, например, униполярных генераторов или токосъемных башмаков, контактирующих с рельсом туннельной железной дороги.

Изобретение относится к металлургии, в частности к внепечной обработке расплавов стали, чугуна и цветных металлов. Состав включает материал, содержащий карбонаты кальция, бария и стронция, при этом он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: СаО 16,0-40,0, ВаО 10,0-24,0, SrO 2,5-11,5, СО2 18,0-30,0, SiO2 2,0-15,0.

Изобретение относится к области производства новых разлагаемых металлических материалов, таких как разлагаемые сплавы на основе алюминия, и к способам получения продуктов из разлагаемых в среде ствола нефтепромысловой скважины алюминиевых сплавов, применимых на нефтепромыслах при разведке, добыче и испытаниях нефтяных месторождений.
Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к модифицированию легированного чугуна с шаровидным графитом, который используют в качестве быстроизнашивающихся деталей, например, мелющих элементов рудо- и углеразмольных мельниц.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов, упрочненных нанодисперсными частицами. Упрочняющие нанодисперсные частицы оксида циркония вводят в расплав на основе сплава алюминий-магний.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к подбору состава материала при производстве изделий из порошковых металлических композиционных материалов с заданным физико-механическим свойством.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к композиционным материалам на основе алюминия, и может быть использовано в качестве конструкционного материала для деталей, работающих в условиях высоких механических и тепловых нагрузок, например для поршней форсированных двигателей внутреннего сгорания, работающих при температурах их нагрева 350°C и выше. Порошковый композиционный материал содержит, мас.%: кремний - 12,05…14,65, никель - 2,80…3,40, железо - 1,50…1,70, оксид алюминия - 1,05…1,30, углерод - 1,35…1,65, алюминий - остальное. Материал имеет пониженный коэффициент температурного линейного расширения при одновременно высоких жаропрочности и износостойкости. 4 ил., 3 табл.
Наверх