CN109536782B

CN109536782B - 一种医疗用高韧性钴铬合金

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Publication number: CN109536782B
Application number: CN201811609785.7A
Authority: CN
Inventors: 吴滨; 张敬霖; 于一鹏; 卢凤双; 张建生; 张建福
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-08-14
Anticipated expiration: 2038-12-27
Also published as: CN109536782A

Abstract

本发明属于精密合金功能材料领域，特别涉及一种医疗用高韧性钴铬合金；该合金可用作骨科铸造合金，包括牙科烤瓷合金、烤瓷支架恢复体等。其化学组成成分按质量百分比为Cr 24.0‑29.0％，Mo 4.0％‑8.0％，Fe 1.3‑2.0，Ti 0.2‑0.8％，Mn 0.1‑0.5％，P≤0.010％，S≤0.010％，其余为Co。本发明提供的钴铬合金，密度为8.2g/cm³；屈服强度≥650MPa，最高可超过700MPa；维氏硬度≥390kgf/mm²；伸长率≥18％；比国产传统烤瓷铸造合金高出近6倍；同时，加工性能良好，可以广泛应用于生物医学领域。

Description

一种医疗用高韧性钴铬合金

技术领域

本发明属于精密合金功能材料领域，特别涉及一种医疗用高韧性钴铬合金，用于骨科铸造合金、牙科烤瓷合金、烤瓷支架恢复体等。

背景技术

非贵金属合金由于密度小、机械性能优良、抗腐蚀好等特点，逐渐应用于口腔铸造修复。Ni-Cr合金由于生物相容性等问题，广受诟病。近年来，生物相容性安全的钴铬生物烤瓷合金成为欧美患者非贵金属烤瓷修复的首选。钴铬生物烤瓷合金兼具硬度高、塑性好、不易腐蚀等特点。同时，打磨方便，长桥和卡扣不易变形。但进口的钴铬生物烤瓷合金价格相对较贵不易在国内大量推广应用。

国内市场近年来也出现替代品，某钴铬合金成分为：Cr 29％，Mo 6％，Fe 2.0％，P≤0.010％，S≤0.010％，其余为Co；其力学性能方面：密度为8.3g/cm³；屈服强度500MPa；维氏硬度为360kgf/mm²；伸长率3％。该合金在屈服强度和硬度方面可以有所保障，然而韧性很差，不及进口产品平均水平的50％。此外，中国发明专利No.201210595082.X，(申请日2012.12.26)公开了‘一种抗菌钴铬合金烤瓷义齿’，其钴铬合金的组成以重量百分数计由下列组份组成：Cr 27.5-28.5，Mo 9.5-11.5，W 3-5，Mn 2.5-3.5，Nb1.5-2.5，Si 1-2，Ag0.8-1.2，Cu 1.5-2.5，Ce 0.5-0.7，余量为Co；该钴铬合金的抗拉强度高于960MPa左右，屈服强度高于730MPa左右，维氏硬度高于550HV左右。现有技术中兼顾材料轻量高韧性的烤瓷合金，至今还未见报道。

发明内容

本发明的目的是得到一种医疗用高韧性钴铬合金，可克服现有牙科合金的不足，通过改变化学成分，铸造法制备合金，得到一种高韧性钴烤瓷铬合金。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种医疗用高韧性CoCr合金，该钴铬合金的化学成分按质量百分比为：Cr 24.0-29.0％，Mo 4.0％-8.0％，Fe 1.3-2.0％，Ti 0.2-0.8％，Mn 0.1-0.5％，P≤0.010％，S≤0.010％，其余为Co。

优选地，该钴铬合金的化学成分按质量百分比为：Cr 24.0-28.9％，Mo 5.0％-8.0％，Fe 1.3-2.0％，Ti 0.5-0.8％，Mn 0.1-0.5％，P≤0.010％，S≤0.010％，其余为Co。

所述钴铬合金具有如下力学性能：密度为8.2g/cm³；屈服强度≥650MPa，最高可超过700MPa；维氏硬度≥390kgf/mm²；伸长率≥18％。

优选地，所述钴铬合金具有如下力学性能：密度为7.9-8.2g/cm³；屈服强度≥650-710MPa；维氏硬度391-400kgf/mm²；伸长率18-19.5％。

所述钴铬合金具有细密枝晶结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明与现有技术(中国发明专利No.201210595082.X)相比，合金成分进行了简化，去除了W、Nb、Si、Ag、Cu和Ce，增加了Fe和Ti，这样可以得到细枝晶的金相组织，最终产品的力学性能在韧性和伸长率方面有很大改善，屈服强度略有降低，该发明与现有技术相比，组织结构得到进一步细化，细化的枝晶大大提高了合金的韧性，综合性能有明显改善，完全可以满足烤瓷牙科合金的性能需要。本发明得到的烤瓷合金，密度为8.2g/cm3，具备轻量型合金的特点；屈服强度≥650MPa，最高可超过700MPa；维氏硬度≥390kgf/mm²；可以满足反复咬合摩擦部位的拉伸和牙釉质硬度匹配要求；伸长率≥18％，比国产传统烤瓷铸造合金高出近6倍，有利于支架使用过程中的调整以及使用寿命的延长。同时具备良好的加工性能。

附图说明

附图为本发明医疗用高韧性钴铬合金的细密枝晶金相结构图，其中：图1放大倍数为200倍，图2放大倍数为500倍。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。

本发明的医疗用高韧性钴铬合金化学组成成分按质量百分比为：Co 58.0-62.0％，Cr 24.0-29.0％，Mo 4.0％-8.0％，Fe 1.3-2.0％，Ti 0.2-0.8％，Mn 0.1-0.5％，P≤0.010％，S≤0.010％。

上述各元素的作用及组成成分的依据如下：

Co含量：58.0-66.0％，Co是合金的主要元素，Co与Cr合金化后形成FCC结构的α相(固溶体)，或存在少量的HCP结构的ε相，失去铁磁性，质地强韧，耐腐蚀，性能优良，室温下为密排六方晶格。可强化合金。

Cr含量：24.0-29.0％，Cr能有效地提高钴基合金的强度和硬度。提高合金的抗腐蚀性和抗变色性，是固溶强化剂，并能降低合金的膨胀系数。但是它和陶瓷的溶着强度弱，Cr含量过高会降低合金的铸造性能，所以要控制Cr含量，保持合金塑形。

Mo含量：4.0％-8.0％，作为大原子半径的元素，Mo合金的加入可以产生固溶强化，从而增加合金硬度。同时，Mo合金的加入还会阻止晶粒长大，提高合金疲劳性能和耐蚀性能。

Fe含量：1.3-2.0％，提高合金的弹性和硬度，降低膨胀系数，有助于金属与陶瓷基体的结合。

Ti含量：0.2-0.8％，在合金中加入少量Ti可促进枝晶细化、提高合金的综合性能。

Mn含量：0.1-0.5％，Mn合金可改善合金的流动性和铸造性能，但含量过多会影响合金的硬度。

实施例

采用本发明化学组成成分的高韧性钴铬合金，其化学成分如表1如示(实施例1、实施例2和实施例3)。为了方便对比，将现有技术制备的钴铬合金(对比例)也同时列入表1中。

表1熔炼合金的化学成分(wt.％)

	Co	Cr	Mo	Fe	Ti	Mn	P	S
									实施例1	60.3	28.9	7.8	2.0	0.5	0.5	0.010	0.010
实施例2	65.2	24.4	8.0	1.6	0.5	0.3	0.008	0.009
									实施例3	66.0	26.8	5.0	1.3	0.8	0.1	0.009	0.008
对比例	63.0	29.0	6.0	2.0	-	-	0.01	0.01

上述成分的合金力学性能如表2所示，说明改变成分组成能够明显改善合金的力学性能。本发明涉及的功能合金，密度为8.2g/cm³。屈服强度≥650MPa，最高可超过700MPa；维氏硬度≥390kgf/mm²；伸长率≥18％；比国产传统烤瓷铸造合金高出近6倍。同时具备良好的加工性能。

表2不同成分合金力学性能

综上，本发明通过合理的成分设计，制备了一种高韧性钴铬合金。本发明涉及的功能合金，密度为8.2g/cm^3；屈服强度≥650MPa，最高可超过700MPa；维氏硬度≥390kgf/mm²；伸长率≥18％；比国产传统烤瓷铸造合金高出近6倍。同时具备良好的加工性能，将广泛应用于生物医学领域。

Claims

1.一种医疗用高韧性铸造烤瓷CoCr合金，其特征在于：该钴铬合金的化学成分按质量百分比为：Cr 24.0-29.0％，Mo 4.0％-8.0％，Fe 1.3-2.0％，Ti 0.2-0.8％，Mn 0.1-0.5％，P≤0.010％，S≤0.010％，其余为Co；

所述钴铬合金具有细密枝晶结构；

所述钴铬合金具有如下力学性能：密度为7.9-8.2g/cm³；屈服强度650-710MPa；维氏硬度391-400kgf/mm²；伸长率18-19.5％。

2.根据权利要求1所述的钴铬合金，其特征在于：该钴铬合金的化学成分按质量百分比为：Cr 24.0-28.9％，Mo 5.0％-8.0％，Fe 1.3-2.0％，Ti 0.5-0.8％，Mn 0.1-0.5％，P≤0.010％，S≤0.010％，其余为Co。