Сплавы неблагородных металлов

07 Июня в 10:19 7728 0


Кобальт-хромовые сплавы

Со — Сг сплавы впервые в стоматологической практике начали использоваться в 30-х годах, и с этого времени они успешно заменяют золотосодержащие сплавы IV типа при изготовлении каркасов частичных зубных протезов, прежде всего благодаря их относительно низкой стоимости, что является существенным фактором при изготовлении таких больших отливок.

Состав

Сплав содержит кобальт (55 — 65%) и хром (до 30%). Другие основные легирующие элементы — молибден (4 — 5%) и реже титан (5%) (Таблица 3.3.6). Кобальт и хром формируют твердый раствор с содержанием хрома до 30%, что является пределом растворимости хрома в кобальте; избыток хрома образует вторую хрупкую фазу.

В целом, чем выше содержание хрома, тем устойчивее сплав к коррозии. Поэтому производители стараются максимально увеличить количество хрома, не допуская образования второй хрупкой фазы. Молибден вводят для образования мелкозернистой структуры материала путем создания большего количества центров кристаллизации во время процесса затвердевания. Это имеет дополнительное преимущество, так как молибден вместе с железом дают существенное упрочнение твердого раствора. Тем не менее, зерна имеют довольно большие размеры, хотя их границы очень трудно определить из-за грубой дендритной структуры сплава.

Углерод, присутствующий только в небольших количествах, является чрезвычайно важным компонентом сплава, поскольку незначительные изменения в его количественном содержании могут существенно изменить прочность, твердость и пластичность сплава. Углерод может сочетаться с любым другим легирующим элементом с образованием карбидов. Тонкий слой карбидов в структуре может значительно повысить прочность и твердость сплава. Однако, слишком большое количество карбидов может привести к чрезмерной хрупкости сплава. Это представляет проблему для зубного техника, которому необходимо гарантировать, что во время плавки и литья сплав не абсорбировал излишнее количество углерода. Распределение карбидов также зависит от температуры литья и степени охлаждения, т.к. единичные кристаллы карбидов по границам зерен лучше, чем их сплошной слой вокруг зерна.

Свойства

Для зубного техника работа с этими сплавами труднее, чем с золотосодержащими сплавами, поскольку перед литьем, их нужно нагреть до очень высоких температур. Температура литья этих сплавов в пределах 1500-1550°С, а связанная с ней литейная усадка равна примерно 2%.

Эту проблему в основном решили с появлением оборудования для индукционного литья и огнеупорных формовочных материалов на фосфатной основе.

Точность отливки страдает при таких высоких температурах, что значительно ограничивает использование этих сплавов, в основном для изготовления частичных зубных протезов.

Эти сплавы трудно полировать обычным механическим способом из-за их высокой твердости. Для внутренних поверхностей протезов, непосредственно прилегающих к тканям полости рта, применяется метод электролитической полировки, чтобы не снизить качество прилегания протеза, но внешние поверхности приходится полировать механическим способом. Преимущество такого способа в том, что чисто отполированная поверхность сохраняется более длительное время, что является существенным достоинством для съемных зубных протезов.

Недостаток пластичности, усугубляемый включениями углерода, представляет собой особую проблему, и в частности потому, что эти сплавы склонны к образованию пор при литье. При сочетании эти недостатки могут приводить к поломкам кламмеров съемных протезов.

Тем не менее, существует несколько свойств этих сплавов, которые делают их почти идеальными для изготовления каркасов частичных зубных протезов. Модуль упругости Со — Сг сплава обычно равен 250 ГПа, в то время как для сплавов, рассмотренных ра нее, этот показатель находится в диапазоне 70 — 100 ГПа. Такой высокий модуль упругости имеет преимущество в том, что протез, и особенно плечи кламмера, могут быть изготовлены с более тонким поперечным сечением, сохраняя при этом необходимую жесткость.

Сочетание такого высокого показателя модуля упругости с плотностью, которая приблизительно вполовину ниже, чем у золотосодержащих сплавов, значительно облегчают вес отливок. Это, несомненно, большое преимущество для комфортности пациента. Добавление хрома обеспечивает получение коррозионностойких сплавов, которые применяют для изготовления многих имплантатов, включая бедренные и коленные суставы. Поэтому можно с уверенностью утверждать, что эти сплавы обладают высокой степенью биосовместимости.

Некоторые сплавы также содержат никель, который добавляют производители при получении сплава ш усиления вязкости и снижения твердости. Однако никель известный аллерген, и его применение может вызывать аллергические реакции слизистой полости рта.

Титановые сплавы

Интерес к титану с точки зрения использования его при изготовлении съемных и несъемных зубных протезов появился одновременно с внедрением титано

вых стоматологических имплантатов. Титан обладает целым рядом уникальных свойств, в том числе высокой прочностью при низкой плотности и биосовместимостью. Кроме того, предполагали, что, если для изготовления коронок и мостовидных протезов, опирающихся на титановые имплантаты, использовать другой металл, а не титан, это может привести к гальваническому эффекту.

Открытие элемента титана связывают с именем Reverend William Gregor в 1790, но первый образец чистого титана был получен лишь в 1910 году. Чистый титан получают из титановой руды (например, рутила) в присутствии углерода или хлора. Полученный в результате нагревания TiCl4 восстанавливается расплавленным натрием с образованием титановой губки, которая затем плавится в условиях вакуума или в среде аргона для получения заготовки (слитка) металла.

Состав

В клиническом аспекте наибольший интерес представляют две формы титана. Это технически чистая форма титана и сплав титана — 6% алюминий — 4% ванадий.

Технически чистый титан

Титан — металл, склонный к аллотропическим или полиморфным превращениям, с гексагональной плотноупакованной структурой (а) при низких температурах и структурой ОЦК (Р) при температуре выше 882С. Чистый титан фактически является сплавом титана с кислородом (до 0,5%). Кислород находится в растворе, так что металл является единственной кристаллической фазой. Такие элементы, как кислород, азот и углерод обладают большей растворимостью в гексагональной плотноупакованной структуре а-фазы, чем в кубической структуре 3-фазы. Эти элементы формируют промежуточные твердые растворы с титаном и способствуют стабилизации а-фазы. Такие элементы, как молибден, ниобий и ванадий, выступают в качестве Р-стабилизаторов.



Сплав титан - 6% алюминий - 4% ванадий

При добавлении к титану алюминия и ванадия в небольших количествах, прочность сплава становится выше, чем у чистого титана Ti. Считается, что алюминий является а-стабилизатором, а ванадий выступает в качестве В-стабилизатора. Когда их добавляют к титану, температура, при которой происходит переход гх—Р, понижается настолько, что обе и формы могут существовать при комнатной температуре. Таким образом, Ti — 6% Al — 4% V имеет двухфазную структуру а— и 3-зерен.

Свойства

Чистый титан это белый блестящий металл, который обладает низкой плотностью, высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Он пластичный и является легирующим элементом для многих других металлов. Сплавы титана широко применяются в авиационной промышленности и в военной области благодаря высокой прочности на разрыв (-500 МПа) и способности выдерживать воздействие высоких температур. Модуль упругости чистого титана тех.ч.Т равен ПО ГПа, т.е. вдвое ниже модуля упругости нержавеющей стали и кобальт-хромового сплава.

Свойства при растяжении чистого титана Tex.4.Ti в значительной степени зависят от содержания кислорода, и хотя предел прочности при растяжении, показатель постоянной деформации и твердость увеличиваются с повышением концентрации кислорода, все это происходит за счет снижения пластичности металла.

Путем легирования титана алюминием и ванадием возможно получение широкого спектра механических свойств сплава, превосходящих свойства технически чистого титана тех.ч.Тг Такие сплавы титана являются смесью а— и Р-фаз, где ос-фаза относительно мягкая и пластичная, а Р-фаза жестче и тверже, хотя и обладает некоторой пластичностью. Таким образом, меняя относительные пропорции фаз можно получить большое разнообразие механических свойств.

Для сплава Ti — 6% Al —4% V можно добиться более высокой прочности при растяжении (-1030 МПа), чем для чистого титана, что расширяет область применения сплава, в том числе при воздействии больших нагрузок, например, при изготовлении частичных зубных протезов.

Важным свойством титановых сплавов является их усталостная прочность. Как чистый титан тех.ч.Т1, так и сплав Ti — 6% Al — 4%V имеют четко определенный предел усталости с кривой S — N (напряжение — число циклов), выравнивающейся после 10 — 10 циклов знакопеременного напряжения, величина которого устанавливается на 40-50% ниже предела прочности на растяжение. Таким образом, тех. ч. Ti не следует применять в случаях, где требуется усталостная прочность выше 175 МПа. Наоборот, для сплава Ti — 6% Al — 4% V этот показатель составляет примерно 450 МПа.

Как известно, коррозия металла является основной причиной разрушения протеза, а также возникновения аллергических реакций у пациентов под воздействием выделяющихся токсичных компонентов. Титан стал широко использоваться именно потому, что это один из самых устойчивых к коррозии металлов. В полной мере эти качества можно отнести и к его сплавам. Титан обладает высокой реакционной способностью, что является в данном случае его сильной стороной, поскольку оксид, образующийся на поверхности (ТЮ2), чрезвычайно стабилен, и он оказывает пассивирующий эффект на весь остальной металл. Высокая устойчивость титана к коррозии в биологической области применения хорошо изучена и подтверждена многими исследованиями.

Литье титановых сплавов представляет серьезную технологическую проблему. Титан имеет высокую температуру плавления (~1670°С), что затрудняет компенсацию усадки отливки при охлаждении. В связи с высокой реакционной способностью металла, литье необходимо выполнять в условиях вакуума или в инертной среде, что требует использования специального оборудования. Другая проблема заключается в том в том, что расплав имеет тенденцию вступать в реакцию с литейной формой из огнеупорного формовочного материала, образуя слой окалины на поверхности отливки, что снижает качество прилегания протеза. При конструировании протезов, опирающихся на имплантаты (супраструктуры) следует выдерживать очень жесткий допуск для получения хорошего прилегания к имплантату. В противном случае можно нарушить ретенцию имплантата в кости. В титановых отливках также часто можно наблюдать внутреннюю пористость. Поэтому используются и другие технологии для изготовления зубных протезов из титана, например, такие как CAD/САМ-технологии в сочетании с прокаткой и методом искровой эрозии.

Некоторые свойства сплавов неблагородных металлов, рассмотренных выше, представлены в Таблице 3.3.7.

stomatologicheskoe_materialovedenie_table_3.3.7.jpg

Выводы

В настоящее время в стоматологии используется множество различных сплавов. Для того чтобы сделать рациональный выбор из существующего многообразия сплавов с высоким содержанием золота или друга типов сплавов, врачу-стоматологу, как никогда раньше, необходимо обладать знаниями о природе сплавов, их физических и механических свойствах.

Стоимость сплава является существенной частьюв сумме затрат на протезирование. Однако, недорогие сплавы, как правило, требуют дополнительных расходов на изготовление протезов и в конечном итоге меньшая стоимость сплава часто нивелируется повышенной стоимостью производства протеза. Важно также отметить, что высокое содержание золота в сплаве открывает большую возможность изготовления высококачественного зубного протеза.

Клиническое значение

Полную ответственность за выбор материалов для изготовления зубных протезов несет врач-стоматолог, а не зубной техник.

Основы стоматологического материаловедения
Ричард ван Нурт

Похожие статьи
показать еще
 
Стоматология и ЧЛХ