CN117385257A - 一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金及其制备方法 - Google Patents
一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117385257A CN117385257A CN202311471481.XA CN202311471481A CN117385257A CN 117385257 A CN117385257 A CN 117385257A CN 202311471481 A CN202311471481 A CN 202311471481A CN 117385257 A CN117385257 A CN 117385257A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- wire
- heat treatment
- steps
- dental orthopedic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 67
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 title claims abstract description 37
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 21
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims abstract description 14
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 238000012937 correction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 abstract description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- HZEWFHLRYVTOIW-UHFFFAOYSA-N [Ti].[Ni] Chemical compound [Ti].[Ni] HZEWFHLRYVTOIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 description 6
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003239 periodontal effect Effects 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 206010061274 Malocclusion Diseases 0.000 description 2
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 2
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 2
- 229910010380 TiNi Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 210000000214 mouth Anatomy 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000002379 periodontal ligament Anatomy 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 210000003296 saliva Anatomy 0.000 description 1
- 229910001285 shape-memory alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/16—Remelting metals
- C22B9/18—Electroslag remelting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/07—Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
本发明公开了一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金及其制备方法，该合金包括下述以质量百分比计的组分：Co 26～49％，Mo 9～29％，Cr 4～17％，Ga 7～30％，Ge 11～33％，采用真空感应熔炼+电渣重熔方法制备铸锭，锻造+拉拔获得丝材，丝材进一步循环热处理工艺制备得到。本发明的合金具有良好的超弹性效应、良好的耐腐蚀性、无有害离子溶出，可以有效提高牙齿矫形的效果和安全性。
Description
技术领域
本发明属于形状记忆合金领域，具体涉及一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金及其制备方法。
背景技术
正畸固定矫治器广泛应用于各类错颌畸形矫正，能够精确控制牙齿三维方向的位置。弓丝是正畸固定矫治器的重要组成部分，在正畸治疗过程中，矫治力由弓丝产生，通过托槽、牙齿、牙周膜，最后传输到牙槽骨，使牙齿移动并传递到牙周，引起组织改建。由于牙周组织受到的矫治力大小主要取决于弓丝，因此，理想的正畸弓丝需要具有优异的形状记忆效应和超弹性，进而对牙周组织释放柔和而持续的矫治力。可见，选择合适的材料制作弓丝是矫治成功的基础。
目前临床中应用较多的是具有形状记忆效应、超弹性和生物相容性的镍钛合金弓丝。经过不断的研发与改良，现有根据相变温度分类的三代镍钛弓丝，分别是第一代普通镍钛弓丝、第二代超弹性镍钛弓丝以及第三代热激活镍钛弓丝，这三代镍钛弓丝可以在口腔温度下表现出不同特性，目前已被广泛应用于正畸临床治疗。但是，镍钛弓丝存在诸如超弹性变形量小、释放镍元素易致敏等问题，直接影响错颌畸形矫正效果。因此，迫切需要研发一种超弹性变形量大、元素离子溶出少的新型合金弓丝。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金及其制备方法，该合金具有良好的超弹性效应、良好的耐腐蚀性、无有害离子溶出，可以有效提高牙齿矫形的效果和安全性。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金，包括下述以质量百分比计的组分：Co 26～49％，Mo 9～29％，Cr4～17％，Ga7～30％，Ge 11～33％。进一步的，合金成分的优选范围为：Co 27～29％，Mo 17～23％，Cr 8～12％，Ga 15～22％，Ge 20～27％。
具体的，所述牙齿矫形丝用Co基超弹性合金，其典型优选成分如下述以质量百分比计的组分：
(1)Cr8％，Mo23％，Ga 15％，Ge 27％，余量为Co；
(2)Cr 10％，Mo 20％，Ga 19％，Ge 24％，余量为Co；
(3)Cr 12％，Mo 17％，Ga 22％，Ge 20％，余量为Co。
所述牙齿矫形丝用Co基超弹性合金的制备方法，包括下述步骤：
(1)采用按质量百分比计的组分体系：Co 26～49％，Mo 9～29％，Cr 4～17％，Ga7～30％，Ge 11～33％，通过真空感应熔炼+电渣重熔的工艺制备出合金铸锭；
(2)将合金铸锭进行锻造、拉拔，制备出合金丝；
(3)对合金丝进行循环热处理以改善组织和提高超弹性效应；
(4)对合金丝进行化学抛光，去除表面氧化皮，获得牙齿矫形丝用Co基超弹性合金。
步骤(3)中，采用循环热处理的工艺为：①加热至1000℃～1150℃，保温0.5～1.5h；②随炉冷却，降温至700℃～900℃，保温0.5～1.5h；③将步骤①、②再重复4-14次；④水冷。
本发明的原理是：(1)本发明通过创新性的合金设计，以Co为基础，添加Cr、Mo、Ga、Ge等合金元素，形成了有序的体心立方(BCC)Heusler结构，在承受应力的时候发生应力诱发马氏体相变，转变为密排六方(HCP)结构，应力诱发相变带来额外的变形，宏观上表现出超弹性。(2)由于该合金独特的有序结构，本发明进一步开展循环热处理工艺，使得合金BCCHeusler结构的有序化程度进一步提高，稳定超弹性性能。(3)合金中的Cr、Co、Mo元素均为易钝化元素，且含量在58％以上，在溶液中可形成具有良好保护作用的钝化膜，避免离子的溶出，保证了合金的耐腐蚀性。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
(1)本发明中的合金具有良好的室温超弹性，用于牙齿矫形丝时可获得较为柔和的矫治力。
(2)本发明的Co基合金耐腐蚀性优良，在模拟唾液中，Cr离子、Co离子、Mo离子、Ga离子、Ge离子的离子溶出量均未达到检出限，溶出几乎为零，无毒副作用。
(3)与现有TiNi合金丝材相比，本发明不含致敏、致畸元素Ni，用于牙齿矫形丝时具有良好的生物相容性。
(4)本发明的合金在生物医用领域尤其是牙齿矫形领域具有良好的技术应用与市场前景。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但是，不以任何形式限制本发明。应该指出的是，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，本发明还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金，包括下述以质量百分比计的组分：Mo 23％，Cr 8％，Ga 15％，Ge 27％，余量为Co。
牙齿矫形丝的制造方法为：根据合金重量比通过真空感应熔炼+电渣重熔的工艺制备出合金铸锭，通过锻造拉拔制备出丝材，对丝材进行循环热处理，热处理工艺为：①加热至1000℃，保温1h；②随炉冷却，降温至700℃，保温1h；③将步骤①、②再重复4次；④水冷。热处理后通过化学抛光去除表面氧化层。热处理前后的丝材材料性能见表1。
实施例2
一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金，包括下述以质量百分比计的组分：Mo 20％，Cr 10％，Ga 19％，Ge 24％，余量为Co。
牙齿矫形丝的制造方法为：根据合金重量比通过真空感应熔炼+电渣重熔的工艺制备出合金铸锭，通过锻造拉拔制备出丝材，对丝材进行循环热处理，热处理工艺为：①加热至1100℃，保温1h；②随炉冷却，降温至800℃，保温1h；③将步骤①、②再重复9次；④水冷。热处理后通过化学抛光去除表面氧化层。热处理前后的丝材材料性能见表1。
实施例3
一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金，包括下述以质量百分比计的组分：Mo 17％，Cr 12％，Ga 22％，Ge 20％，余量为Co。
牙齿矫形丝的制造方法为：根据合金重量比通过真空感应熔炼+电渣重熔的工艺制备出合金铸锭，通过锻造拉拔制备出丝材，对丝材进行循环热处理，热处理工艺为：①加热至1150℃，保温1h；②随炉冷却，降温至900℃，保温0.5h；③将步骤①、②再重复14次；④水冷。热处理后通过化学抛光去除表面氧化层。热处理前后的丝材材料性能见表1。
实施例4
一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金，包括下述以质量百分比计的组分：Mo 29％，Cr 4％，Ga 30％，Ge 11％，余量为Co。
牙齿矫形丝的制造方法为：根据合金重量比通过真空感应熔炼+电渣重熔的工艺制备出合金铸锭，通过锻造拉拔制备出丝材，对丝材进行循环热处理，热处理工艺为：①加热至1000℃，保温0.5h；②随炉冷却，降温至700℃，保温1h；③将步骤①、②再重复4次；④水冷。热处理后通过化学抛光去除表面氧化层。热处理前后的丝材材料性能见表1。
实施例5
一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金，包括下述以质量百分比计的组分：Mo 9％，Cr17％，Ga 7％，Ge 33％，余量为Co。
牙齿矫形丝的制造方法为：根据合金重量比通过真空感应熔炼+电渣重熔的工艺制备出合金铸锭，通过锻造拉拔制备出丝材，对丝材进行循环热处理，热处理工艺为：①加热至1150℃，保温1h；②随炉冷却，降温至900℃，保温1.5h；③将步骤①、②再重复14次；④水冷。热处理后通过化学抛光去除表面氧化层。热处理前后的丝材材料性能见表1。
实施例6
一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金，包括下述以质量百分比计的组分：Mo 16％，Cr 8％，Ga 12％，Ge 15％，余量为Co。
牙齿矫形丝的制造方法为：根据合金重量比通过真空感应熔炼+电渣重熔的工艺制备出合金铸锭，通过锻造拉拔制备出丝材，对丝材进行循环热处理，热处理工艺为：①加热至1120℃，保温1.5h；②随炉冷却，降温至760℃，保温1h；③将步骤①、②再重复7次；④水冷。热处理后通过化学抛光去除表面氧化层。热处理前后的丝材材料性能见表1。
实施例7
一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金，包括下述以质量百分比计的组分：Mo 27％，Cr 6％，Ga 15％，Ge 16％，余量为Co。
牙齿矫形丝的制造方法为：根据合金重量比通过真空感应熔炼+电渣重熔的工艺制备出合金铸锭，通过锻造拉拔制备出丝材，对丝材进行循环热处理，热处理工艺为：①加热至1050℃，保温1h；②随炉冷却，降温至840℃，保温1h；③将步骤①、②再重复11次；④水冷。热处理后通过化学抛光去除表面氧化层。热处理前后的丝材材料性能见表1。
测试例：对实施例1～7的牙齿矫形丝用Co基超弹性合金进行性能测试，其结果详见表1。
表1实施例1～7的牙齿矫形丝用Co基超弹性合金的性能测试
由表1可知，本发明的牙齿矫形丝用Co基合金具备良好的超弹性，体现了本发明合金元素设计与循环热处理工艺的巨大优势；而且本发明无有害离子溶出，提高使用安全性。
以上所述仅为本发明的实施例，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金，其特征在于：包括下述以质量百分比计的组分：Co 26～49％，Mo 9～29％，Cr 4～17％，Ga 7～30％，Ge 11～33％。
2.根据权利要求1所述的牙齿矫形丝用Co基超弹性合金，其特征在于：包括下述以质量百分比计的组分：Co 27～29％，Mo 17～23％，Cr 8～12％，Ga 15～22％，Ge 20～27％。
3.根据权利要求1所述的牙齿矫形丝用Co基超弹性合金，其特征在于：其组分为下述(1)～(3)中以质量百分比计的任一组：
(1)Cr 8％，Mo 23％，Ga 15％，Ge 27％，余量为Co；
(2)Cr 10％，Mo 20％，Ga 19％，Ge 24％，余量为Co；
(3)Cr 12％，Mo 17％，Ga 22％，Ge 20％，余量为Co。
4.一种权利要求1所述的牙齿矫形丝用Co基超弹性合金的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)采用按质量百分比计的组分体系：Co 26～49％，Mo 9～29％，Cr 4～17％，Ga 7～30％，Ge 11～33％，通过真空感应熔炼+电渣重熔的工艺制备出合金铸锭；
(2)将合金铸锭进行锻造、拉拔，制备出合金丝；
(3)对合金丝进行循环热处理；
(4)对合金丝进行化学抛光，去除表面氧化皮，获得牙齿矫形丝用Co基超弹性合金。
5.根据权利要求4所述的牙齿矫形丝用Co基超弹性合金的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述循环热处理的工艺为：①加热至1000℃～1150℃，保温0.5～1.5h；②随炉冷却，降温至700℃～900℃，保温0.5～1.5h；③将步骤①、②再重复4～14次；④水冷。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311471481.XA CN117385257A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311471481.XA CN117385257A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117385257A true CN117385257A (zh) | 2024-01-12 |
Family
ID=89437181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311471481.XA Pending CN117385257A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117385257A (zh) |
-
2023
- 2023-11-07 CN CN202311471481.XA patent/CN117385257A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Thompson | An overview of nickel–titanium alloys used in dentistry | |
| Tabassum et al. | Nickel-titanium rotary file systems: what’s new? | |
| Roach | Base metal alloys used for dental restorations and implants | |
| CN101768685B (zh) | 一种生物医用钛铌基形状记忆合金及其制备、加工和应用方法 | |
| JPH10501719A (ja) | 生体適合性で低モジュラスの歯科用デバイス | |
| JP2012045386A (ja) | 形状記憶合金歯科用アーチの形状設定 | |
| Kotha et al. | An overview of orthodontic wires | |
| EP0622067B1 (en) | Titanium orthodontic applicances | |
| Maroof et al. | Superelastic and shape memory equi-atomic nickel-titanium (Ni-Ti) alloy in dentistry: a systematic review | |
| CN111057909A (zh) | 含钛的钴铬合金及其制备方法和应用 | |
| Iijima et al. | Orthodontic brackets | |
| Brantley et al. | Heat treatment of dental alloys: A review | |
| JP2644285B2 (ja) | 生体埋入用Ｎｉ−Ｔｉ系形状記億合金インプラントの表面処理方法 | |
| CN117385257A (zh) | 一种牙齿矫形丝用Co基超弹性合金及其制备方法 | |
| JP4547797B2 (ja) | 生体用Ｔｉ合金およびその製造方法 | |
| CN104745878B (zh) | 一种中等强度柔性窄滞后的NiTiWCu四元合金及其制备方法和应用 | |
| Rokaya et al. | Alloys for endodontic files and hand instruments | |
| Phukaoluan et al. | Effect of the addition of 3% Co in NiTi alloy on loading/unloading force | |
| Nanda et al. | Biomechanics in orthodontics | |
| EP0449894B1 (en) | Orthodontic treatment | |
| Shen et al. | Nickel‐Titanium Metallurgy | |
| Yoneyama et al. | Super-elastic property of Ti-Ni alloy for use in dentistry | |
| Nakai et al. | Dental Metallic Materials | |
| WO1999037825A1 (en) | High tungsten, silicon-aluminum dental alloy | |
| Auricchio et al. | On the mechanics of superelastic orthodontic appliances |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |