CN115161516A

CN115161516A - 一种用于齿科专用钴铬合金粉末材料

Info

Publication number: CN115161516A
Application number: CN202210844190.XA
Authority: CN
Inventors: 王林; 李健
Original assignee: Jiaxing Digital 3d Intelligent Manufacturing Research Institute Co ltd
Current assignee: Jiaxing Digital 3d Intelligent Manufacturing Research Institute Co ltd
Priority date: 2022-07-18
Filing date: 2022-07-18
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2042-07-18
Also published as: CN115161516B

Abstract

本发明涉及一种用于齿科专用钴铬合金粉末材料，所述齿科专用钴铬合金粉末材料与现有技术相比，加入了Y及Yb元素，提升了材料的生物相容性，使粉末材料成型时的粒径分布更加趋近于使用标准，并且增强了材料的力学性能，焊接性能也得到提升，更加适应3D打印工艺的需求；同时还对合金离心雾化装置进行改进，在离心雾化装置中添加旋转稳定装置，以保证离心雾化盘在高速旋转过程中保持稳定，提高合金粉末的产品质量。

Description

一种用于齿科专用钴铬合金粉末材料

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种用于齿科专用钴铬合金粉末材料。

背景技术

牙齿病变及老化是导致其脱落或者拔除的最主要原因，牙齿的减少会对咀嚼功能以及面部外貌造成较大的影响，因此，为了保障牙科疾病患者及老年人的生活体验，研发牙齿修复体及替代品，有较大的社会效益。

现在通常通过加装假牙的方式来填充牙齿的缺失，假牙中除了模拟牙齿外观制作的烤瓷材料以外，更为重要的是假牙的基座，这类基座大多采用钴铬合金进行制作，其性质十分稳定，即便长期使用也很难被氧化腐蚀，对使用者的身体健康造成影响。

但由于口腔状态因人而异，并且每个人的牙床形态也不会完全相同，所以在制作假牙时都需要对患者的口腔形态进行测量，并且制作与之对应的假牙基座。这就使得假牙基座的制作需要单独进行，制作周期较长，并且合金材料使用锻造等传统方法成型时，很容易出现缺陷或者金属成分的析出，对患者的使用带来潜在风险。现有的3D打印技术为金属加工方式提供了新的思路，通过3D打印中的SLM技术可以实现金属粉末的分层堆积制造，制备出的成品近乎完全致密，质量可靠。

但是现有的钴铬合金材料在制作金属粉末及假牙基材时往往面临粉料粒径不一的问题，这不仅需要对钴铬合金的组分进行改进，而且需要对钴铬合金粉末的加工过程及加工设备进行设计，因为在现有的金属雾化手段中，离心雾化所制取的合金粉末质量相对较高；但是离心雾化装置的运行需要高速旋转，在旋转过程中很容易发现抖动或是偏转导致粉末成型质量差，影响后续使用。

因此，为了使现有的合金粉末适应3D打印的需求，提高假牙的质量及生产效率，需要提出一种新的齿科专用钴铬合金材料以及稳定装置。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种用于齿科专用钴铬合金粉末材料及稳定装置，解决现有齿科用钴铬合金粉末材料的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：主要包含Cr、Co、Si及B等元素，各元素按质量份数计为：Cr 28％-35％、Si 0.8％-1.8％、B 1.1％-1.8％、Y 2％-6％、Yb0.5％-0.8％、C 0.05％-0.15％、Mo 5％-6％、余量为Co；

所述齿科专用钴铬合金粉末材料的生产工艺包括以下步骤：

金属熔炼：按照上述配比以及成分进行原料调配，将配置好的原料放入电加热感应炉熔融并浇铸制成混合金属块；

雾化制粉：将混合金属块放入炼化池加热熔化成液体，混合金属液从炼化池底部的出液口流出至充满惰性气体的雾化腔，通过雾化腔中的离心雾化盘离心雾化冷却后制成金属粉末；金属粉末从雾化腔下方的出料口流出；

粉末筛选：对金属粉末进行筛分，选取粒度在270-900目之间的金属粉末，干燥后即得用于齿科专用的钴铬合金粉末材料。

优选的是，所述雾化腔中的填充的惰性气体为氦气或氩气。

优选的是，所述金属熔炼步骤中，混合金属块浇铸成细长条状。

优选的是，所述粉末筛选步骤中，筛选时使用超声振动筛进行振动筛选。

优选的是，所述粉末筛选步骤中，干燥时采用真空干燥法进行干燥，干燥温度为80-140℃。

一种用于齿科专用钴铬合金粉末材料的制备设备，包括炼化池及雾化腔，所述炼化池设置在雾化腔上方；所述雾化腔一侧设置有惰性气体罐，惰性气体罐通过气管与雾化腔连接；所述雾化腔底部设置有出料口；所述雾化腔中设置有离心雾化装置；所述离心雾化装置通过支架固定在雾化腔中；所述离心雾化装置包括离心雾化盘、驱动电机以及旋转稳定装置；

所述旋转稳定装置主要由上固定块、下固定块及连接法兰盘组成；所述上固定块中设置有上固定壳体以及上稳定管，所述上稳定管内表面一侧设置有开槽；所述下固定块中设置有下固定壳体、下稳定管以及内管，所述内管上设置有卡块，所述卡块形制与开槽对应；

所述上固定块与下固定块结合位置设置有连接法兰盘，所述连接法兰盘上设置有定位孔，上下固定块与法兰盘通过定位孔上的固定栓固定连接；

所述上稳定管的上端与离心雾化盘连接位置设置有缓冲限位环。

优选的是，所述炼化池的出液口正对离心雾化盘设置。

优选的是，所述上稳定管内壁上设置有阻尼层，增大上稳定管与内管之间的摩擦力。

本发明产生的有益效果是：

一、在原料中添加B、Si和Y，这几种组分加入熔炼之后可以降低产品对生物体的刺激性，减少假牙基材对口腔及牙床中细胞的刺激，尽可能降低材料引发佩戴者身体不适的可能性。

二、原料中添加有Y及Yb，这两类元素的原子体积较大，在混合金属原料中经过热加工后可以形成特定的析出体提高材料的结合强度，同时在金属离心雾化时可以帮助金属粉末成型，使粉末粒径更加规整，同时这两种材料的熔化点较低，也可以降低合金原料的整体熔点，帮助3D打印顺利进行。

三、在离心雾化装置中增加了保证离心雾化盘稳定转动的旋转稳定装置，通过固定块以及内管的配合将离心雾化盘的旋转轴限定在旋转稳定装置内，避免其在高速旋转过程中出现过度的偏移对金属雾化质量产生影响，并且在固定块之间设置有连接法兰盘以及卡槽限位装置进一步提高固定块的结合强度，保证离心雾化盘运转稳定。

四、利用固定块的分体组合结构以及固定块端部缓冲限位块缓和离心雾化盘转动时产生的振动，并且内管与上固定块之间的阻尼层可以吸收振动产生的能量，进一步阻止旋转振动对旋转稳定装置造成冲击。

附图说明

图1是合金粉末加工装置结构示意图；

图2是离心雾化装置结构示意图；

图3是旋转稳定装置结构示意图；

图4是旋转稳定装置剖面结构示意图；

图5是下固定块及内管结构示意图；

图中：1－炼化池；2－出液口；3－雾化腔；4－惰性气体罐；5－气管；6－离心雾化装置；7－支架；8－出料口；9－旋转稳定装置；10－驱动电机；11－离心雾化盘；12－上固定块；13－下固定块；14－连接法兰盘；15－上稳定管；16－下稳定管；17－内管；18－固定栓；19－卡块；20－缓冲限位环。

具体实施方式

如图1，一种用于齿科专用钴铬合金粉末材料的制备设备，包括炼化，1及雾化腔3，炼化池1设置在雾化腔3上方，其出液口2正对离心雾化装置6设置，保证熔融金属液可以顺利滴落在离心雾化装置6上进行雾化；在雾化腔3一侧设置有惰性气体罐4，惰性气体罐4通过气管5与雾化腔3连接，以便及时向雾化腔3中补充惰性气体，保证雾化腔3中的惰性气体气压，防止雾化出的金属粉末过度氧化，对后续的加工造成影响。雾化腔3的形状类似上大下小的到锥形，当金属液在雾化腔3中上部雾化冷却后，金属粉末可以通过设置在雾化腔3底部的出料口8自动流出，完成收料工序；

如图2，设置在雾化腔3中的离心雾化装置6主要包括离心雾化盘11、驱动电机10以及旋转稳定装置9，整个离心雾化装置6通过支架7固定在雾化腔3内部；其中驱动电机10设置在旋转稳定装置9下方，传动装置穿过旋转稳定装置9与离心雾化盘11连接；为了保证金属液的离心质量，得到合适粒度的金属粉末，所使用的驱动电机10的最高转速可达20000r/min，因此整个传动装置均设置在旋转稳定装置9内部以保证高速离心时离心雾化盘的旋转稳定。

如图3-5，旋转稳定装置9主要由上固定块12、下固定块13及连接法兰盘14组成；在上固定块12中设置有上固定壳体以及上稳定管15，所述上稳定管15内表面一侧设置有开槽；所述下固定块13中设置有下固定壳体、下稳定管16以及内管17，所述内管17上设置有卡块19，所述卡块19形制与开槽对应，同时在上稳定管15的内侧还涂覆有橡胶阻尼层，增大了上稳定管与内管之间的摩擦力，确保二者结合牢固的同时橡胶阻尼层也可以吸收驱动电机10高速旋转时产生的振动，使离心雾化装置6的运行更加平稳；在上稳定管15的上端与离心雾化盘11连接位置还设置有缓冲限位环20，进一步防止离心雾化盘11在转动时发生过度偏转，影响粉末质量。

连接法兰盘14设置在上固定块12与下固定块13的结合位置，连接法兰盘14上设置有多个定位孔，定位孔中通过固定栓18将上固定块12与下固定块13连接；上固定块12以及下固定块13通过开槽及卡块19形成牢固的结构配合，同时通过固定栓18使结合更加紧密，尽可能对离心雾化盘11旋转过程中可能出现的位移及偏转进行抑制，保证生产的金属粉末质量。

实施例1

首先对需要使用的原料进行称量，按照以下配比取用制作用于齿科专用钴铬合金粉末材料的原料：Cr 28％、Si 0.8％、B 1、Y 2％、Yb 0.5％、C 0.05％、Mo 5％、余量为Co；

金属熔炼：按照上述配比以及成分进行原料调配，将配置好的原料放入电加热感应炉熔融并浇铸制成细长条状金属块；

粉末筛选：使用超声振动筛对金属粉末进行筛分，选取粒度在270-900目之间的金属粉末，使用真空干燥装置在120℃下干燥50min后即得样品1。

实施例2

首先对需要使用的原料进行称量，按照以下配比取用制作用于齿科专用钴铬合金粉末材料的原料：Cr 32％、Si 1.3％、B 1.6％、Y 4％、Yb 0.6％、C 0.1％、Mo 5.5％、余量为Co；

粉末筛选：使用超声振动筛对金属粉末进行筛分，选取粒度在270-900目之间的金属粉末，使用真空干燥装置在120℃下干燥50min后即得用于样品2。

实施例3

首先对需要使用的原料进行称量，按照以下配比取用制作用于齿科专用钴铬合金粉末材料的原料：Cr 35％、Si 1.8％、B 1.8％、Y 6％、Yb 0.8％、C 0.15％、Mo 6％、余量为Co；

粉末筛选：使用超声振动筛对金属粉末进行筛分，选取粒度在270-900目之间的金属粉末，使用真空干燥装置在120℃下干燥50min后即得样品3。

对比例1

采用实施例1中的方法制得样品4，区别在于原料组分中没有加入B及Si。

对比例2

采用实施例1中的方法制得样品4，区别在于原料组分中没有加入Y。

对比例3

采用实施例1中的方法制得样品4，区别在于原料组分中没有加入Y及Yb。

之后对各实施例及对比例进行性能测试

首先对实施例及对比例中制备得到的合金粉末中的颗粒粒径占比进行统计，粒径占比主要分为三级，分别是15μm以下，15-50μm及50μm以上，各实施例及对比例中的粒径占比如表1

表1

从表1的粒径分布数据可以看出，本发明中实施例1-3及对比例1中制取的合金粉末在50μm以下的分布占比较多，当粉末原料的粒径低于50μm时，原料的流动性较好，适合进行3D激光打印制作。而对比例2-3中由于减少或完全去除了Y及Yb元素，其50μm以上的粒径占比明显增大，可见这两种元素对于粉末成型的粒径影响较大。

之后需要对各实施例及对比例中制取的合金粉末进行生物相容性、力学性能及焊接度等多项测试；其中生物相容性试验是将各合金粉末样品植入细胞悬液中进行共存增值试验，3天后统计悬液中的细胞增值率，以量化粉末对生物体的影响。力学性能测试需要将粉末材料制成标准样条后进行抗拉强度测试，最终各项测试数据如表2所示。

表2

	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2	对比例3
							细胞增值率(％)	92	93	94	67	84	81
焊接接触角(°)	8	10	7	32	16	27
							抗拉强度(MPa)	1078	1063	1057	884	813	687

从表2的数据中可以看出，在去除原料中的Si及B元素后，金属粉末的生物相容性大大下降，可见Si及B元素对材料生物相容性的影响较大，而Y及Yb元素的含量变化对细胞增值率也有一定的影响；并且这几类元素对于合金材料的焊接接触角大小也有显著的影响，在对其含量进行调整时，材料的焊接接触角明显增大；并且在去除Y及Yb元素时，使用合金材料制成的样条的抗拉强度大大降低。因此，表2中的数据表面本发明中的用于齿科专用钴铬合金粉末材料在混合了B、Si、Y及Yb元素后，对合金材料的各项关键性能均有显著的提升效果。

由此可见，本发明中用于齿科专用钴铬合金粉末材料在粉末粒径、生物相容性、焊接性能以及力学强度方面均有优异表现，相较于现有的合金组分来说也有比较大的提升，更加适应假牙基材的制作性能需求。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可做各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims

1.一种用于齿科专用钴铬合金粉末材料，其特征在于：主要包含Cr、Co、Si及B等元素，各元素按质量份数计为：Cr 28％-35％、Si 0.8％-1.8％、B 1.1％-1.8％、Y 2％-6％、Yb0.5％-0.8％、C 0.05％-0.15％、Mo 5％-6％、余量为Co；

所述齿科专用钴铬合金粉末材料的生产工艺包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种用于齿科专用钴铬合金粉末材料，其特征在于：所述雾化腔中的填充的惰性气体为氦气或氩气。

3.根据权利要求1所述一种用于齿科专用钴铬合金粉末材料，其特征在于：所述金属熔炼步骤中，混合金属块浇铸成细长条状。

4.根据权利要求1所述一种用于齿科专用钴铬合金粉末材料，其特征在于：所述粉末筛选步骤中，筛选时使用超声振动筛进行振动筛选。

5.根据权利要求1所述一种用于齿科专用钴铬合金粉末材料，其特征在于：所述粉末筛选步骤中，干燥时采用真空干燥法进行干燥，干燥温度为80-140℃。

6.制备权利要求1所述一种用于齿科专用钴铬合金粉末材料的设备，其特征在于：包括炼化池及雾化腔，所述炼化池设置在雾化腔上方；所述雾化腔一侧设置有惰性气体罐，惰性气体罐通过气管与雾化腔连接；所述雾化腔底部设置有出料口；所述雾化腔中设置有离心雾化装置；所述离心雾化装置通过支架固定在雾化腔中；所述离心雾化装置包括离心雾化盘、驱动电机以及旋转稳定装置；

7.根据权利要求6所述一种用于齿科专用钴铬合金粉末材料的制备设备，其特征在于：所述炼化池的出液口正对离心雾化盘设置。

8.根据权利要求6所述一种用于齿科专用钴铬合金粉末材料的制备设备，其特征在于：所述上稳定管内壁上设置有阻尼层，增大上稳定管与内管之间的摩擦力。