DE2362588A1

DE2362588A1 - Korrosionsbestaendige praezisionsgusslegierung

Info

Publication number: DE2362588A1
Application number: DE2362588A
Authority: DE
Inventors: Ronald Peter Dudek; Peter Kosmos; John Aloysius Tesk
Original assignee: Pfizer Inc
Current assignee: AUSTENAL INTERNATIONAL Inc CHICAGO ILL US
Priority date: 1972-12-22
Filing date: 1973-12-17
Publication date: 1974-07-04
Also published as: FR2211535B1; JPS49101218A; DE2362588C3; IL43842A; FR2211535A1; DE2362588B2; IE38669L; US3841868A; GB1415969A; IL43842A0; CA994129A; JPS5512089B2; CH585271A5; IE38669B1

Description

Korrosionsbeständige Präzisionsgußlegierung

Die Erfindung betrifft korrosionsbeständige Präzisionsgußlegierungen, die insbesondere zur Verwendung als Dentallegierungen brauchbar sind.

Metalle und Metalllegierungen werden in großem Ausmaß in der konservierenden und korrigierenden Zahnheilkunde für entfernbare Modellgußteile (removal restorations), Füllungen, Kronen und Brücken, orthodontische Anwendungsformen und dgl. verwendet. Dentallegierungen müssen strenge physikalische und chemische Anforderungen er-, füllen. Zuerst muß die chemische Natur der Legierung so sein, daß keine schädlichen physiologischen Wirkungen auf den Patienten oder auf den Operateur ausgeübt v/erden. Die Legierung muß rostfrei und beständig gegenüber Angriffen durch die verschiedenen sauren und alkalischen

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Substanzen, die natürlicherweise in Mund und in .Nahrungsmitteln und Getränken vorhanden sind, sein. Sie muß von Zahnärzten und von Zahntechnikern in die gewünschte Dental-Anwendungsform gebracht werden können, muß aber auch hart und fest genug sein, um Abnutzungen und Verformungen im Gebrauch zu widerstehen, und sie muß zu Präzisionsgußstücken gegossen werden können, die frei von Einschlüssen, Blasen und anderen Fehlern sind.

Ursprünglich waren Goldlegierungen die am meisten verwendeten und brauchbarsten Dentallegierungen. Die hohen Kosten und das knappe Vorkommen von Gold führten jedoch zur Entwicklung von Dentallegierungen, die hauptsächlich Kobalt und Chrom enthielten und daneben noch geringere Mengen an Wolfram, Nickel und anderen Metallen aufwiesen. Beispiele für diese Dentallegierungen auf der Basis von Kobalt und Chrom sind in den US-PSs 1 96I 626 und 2 134 beschrieben. Jüngere Arbeiten haben zur Entwicklung von Dentallegierungen geführt, die hauptsächlich Nickel und Chrom und daneben geringere Mengen an Molybdän, Eisen, Kupfer und anderen Metallen enthielten. Beispiele für diese Dentallegierungen auf der Basis von Nickel und Chrom sind in der US-PS 2 597 495 beschrieben. All diese bekannten Dentallegierungen besitzen in größerem oder geringerem Ausmaß die Eigenschaften, die für derartige Legierungen erforderlich und vorstehend beschrieben sind. Keine der bekannten Legierungen besitzt jedoch alle geforderten Eigenschaften in optimalem Ausmaß, daher besteht ein Bedürfnis, neue Dentallegierungen mit verbesserten Eigenschaften zu erforschen und zu entivickeln.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, neue Dentallegierungen mit optimalen physikalischen und chemischen

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Eigenschaften zu entwickeln.

Es wurde gefunden, daß der Zusatz einer geringen, jedoch bedeutenden Menge Zinn zu Dentallegierungen auf der · Basis von Nickel und Chrom zu einer merklichen Verbesserung der gewünschten Eigenschaften dieser Legierungen führt. Die Gegenwart von Zinn in der Dentallegierung setzt den Schmelzpunkt der Legierung herab und führt zu einer Verbesserung der Gießbarkeit, und das erhaltene Gußstück ist leicht auszuarbeiten und zu polieren und besitzt die gewünschte Festigkeit und Härte.

Die verbesserte korrosionsbeständige Legierung der vorliegenden Erfindung enthält in wesentlichen die folgenden Bestandteile: 15,0 bis 25,0 Gew.-% Chrom, 3,0 bis 6,0 Gew.-% Molybdän, 1,0 bis 4,0 Gew.-% Zinn, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Mangan, 0,5 bis 5,0 Gew.-% Kupfer, 1,0 bis 4,0 Gew.-% Silizium, bis zu 1,0 Gew.-% Aluminium, bis zu 1,0 Gew.-% Kobalt, bis zu 0,2 Gew.-% Kohlenstoff und als Rest (52,3 bis 79,0 Gew.-%) Nickel. Die erhaltene Legierung läßt sich zu Präzisionsgußstücken gießen, die frei von Einschlüssen, Blasen und anderen Fehlern sind, und die Legierung ist verhältnismäßig leicht zu bearbeiten, während sie angemessene Festigkeit und Härte besitzt.

Die korrosionsbeständige Legierung der vorliegenden Erfindung besteht hauptsächlich aus Nickel und Chrom und enthält daneben geringere, jedoch bedeutende, Mengen anderer Metalle, die die physikalischen Eigenschaften (z.B. ihren Schmelzpunkt, ihre Härte und Bearbeitbarkeit), der Grundlegierung modifizieren. Im allgemeinen kann das Verhältnis von Nickel zu Chrom in der Grundlegierung von

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etwa 2:1 bis etwa 5:1 schwanken, wobei ein bevorzugtes Verhältnis bei etv/a 3,5:1 liegt. Nickel ist der Hauptbestandteil der Legierung und wird verwendet, um ihr ihre Korrosionsbeständigkeit zu verleihen. Chrom, der andere Hauptbestandteil der Grundlegierung, verbessert die Korrosionsbeständigkeit der Legierung und ist auch ein feste Lösung/-Ausscheidung-Härter (solid solution/-precipitation hardener). Darüberhinaus wird eine geringe, aber bedeutsame, Menge Molybdän eingesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit der Legierung zu verbessern, und um als kräftiger feste Lösung/-Ausscheidung-Härter zu dienen. Eine geringe Menge Mangan wirkt als Schutz gegenüber möglichen Schwefelverunreinigungen, eine geringe Menge Silizium wirkt als Entoxidationsmittel und erniedrigt auch die Schmelztemperatur der Legierung, und .eine geringe Menge Kupfer wird zugesetzt, um die Oberflächenbearbeitung der gegossenen Legierung zu verbessern. Gegebenenfalls kann die Legierung geringe Mengen Kobalt und Aluminium enthalten, wobei das letztere als Entoxidationsmittel und als Ausscheidungs-Härter dient. Gewöhnlich ist in der Legierung eine sehr geringe Menge Kohlenstoff enthalten. Schließlich enthält die erfindungsgemäße Legierung eine geringe, jedoch bedeutsame Menge Zinn, die die Leichtflüssigkeit der geschmolzenen Legierung verbessert und auch zur Festigkeit und Härte der gegossenen Legierung beiträgt, ohne die Dehnung der Legierung unzweckmäßig zu vermindern.

Die relativen Mengen der verschiedenen in der neuen Legierung enthaltenen Elemente wurden als Ergebnis intensiver Untersuchungen bestimmt, um eine Legierung mit optimalen chemischen und physikalischen Eigenschaften zu

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erhalten. Im einzelnen wurde gefunden, daß die erfindungsgemäße Legierung 15 bis 25 Gew.-% Chrom, 3,0 bis 6,0 Gew. -% Molybdän, 1,0 bis 4,0 Gew.-,? Zinn, 0,5 bis 1,5 Gew.-Ji Mangan, 0,5 bis 5,0 Gew.-Si Kupfer, 1,0 bis 4,0 Gew.-% Silizium, bis zu 2,0 Gew.-% Aluminium, bis zu 1,0 Gew.-% Kobalt, bis zu 0,2 Gew.-% Kohlenstoff und als Rest (etwa 52,3 bis 79,0 Gew.-50 Nickel enthalten sollte. Es sei darauf hingexviesen, daß Aluminium, Kobalt und Kohlenstoff mögliche Bestandteile der Legierung sind, und weiter, daß Zinn ein wesentlicher Bestandteil der Legierung ist. Eine korrosionsbeständige Legierung, die die vorstehenden Bestandteile in den angegebenen Mengen enthält, kann leicht zu Präzisions-Gußstücken gegossen werden, die ihrerseits leicht bearbeitet werden können und die die notwendige Festigkeit und Härte für die vorgesehenen Anwendungsformen aufweisen. Insbesondere bewirkt die Gegenwart von Zinn in der Legierung eine bedeutende Verbesserung dieser wesentlichen Eigenschaften.

Die folgenden speziellen Beispiele beschreiben die Herstellung von bevorzugten Legierungen der Erfindung.

Eine Grundlegierung aus 68,25 Gewichtsteilen Nickel, 20,0 Gewichtsteilen Chrom, 4,5 Gewichtsteilen Molybdän und 1,25 Gewichtsteilen Mangan wurde durch Schmelzen der im wesentliehen reinen Bestandteile in einem Tiegel in einer inerten Atmosphäre hergestellt. Dann wurden zu der Legierungsschmelze 1,5 Gewichtsteile Kupfer, 2,5 Gewichtsteile Silizium und, besonders wichtig, 2,0 Gewic-htsteile Zinn zugegeben. Nachdem die geschmolzenen Bestandteile sorgfältig zu einer homogenen Schmelze gemischt worden waren, wurde die geschmolzene Legierung in eine Form oder Hülle aus feuerfestem Material gegossen, um ein gegossenes

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Metallformstück zu erhalten. Mehrere derartige Umhüllungs-Gußstücke wurden hergestellt. In jedem Fall war das erhaltene gegossene Metallformstück genau der Gestalt der Umhüllungsform angepaßt und enthielt keine Blasen, Einschlüsse oder sonstige Fehler. Das Legierungs-Formstück, das in der Umhüllungsform an der Luft abgekühlt wurde, hatte eine Härte B nach Rockwell von 83, eine 0,2 % Streckgrenze von 3^80 kg/cm und eine maximale Dehnung von 13 %· Wenn die Abkühlung dadurch beschleunigt wurde, daß man das zusammengesetzte Gebilde aus Legierungs-Formstück und Umhüllungsform mit Wasser abschreckte, hatte die Legierung eine Härte B nach Rockwell von 82, eine 0,2 % Streckgrenze von 2990 kg/cm und eine maximale Dehnung von 17 %. V/eitere Verminderungen der Härte B nach Rockwell und der 0,2 % Streckgrenze auf, Werte von 80 bzw. 2950 kg/cm unter gleichzeitiger Steigerung der maximalen Dehnung auf 25 % wurden erreicht, indem man das Legierungs-Formstück 30 Minuten lang bei 1O93°C temperte und anschließend die Legierung in V/asser abschreckte. Die allgemein guten Bearbeitungseigenschaften, die für die Legierung typisch sind, wenn sie an der Luft abgekühlt wurde, können daher durch die beiden vorstehenden Techniken oder ähnliche Behandlungen im Anschluß art das Gußverfahren verbessert werden. All diese physikalischen Eigenschaften zeigen eine wesentliche Verbesserung gegenüber den Eigenschaften ähnlicher, jedoch zinnfreier, korrosionsbeständiger Präzisionsgußlegierungen, die bisher bekannt sind.

Die vorstehende Legierung wurde durch den Zusatz von 1,0 Gew.-? Aluminium modifiziert, wobei das Aluminium als Entoxidationsmittel und als Ausscheidungs-Härtungsmittel diente. Andere Schmelzen der Legierung wurden durch

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den Zusatz von bis zu 2,0 Gew.-% Aluminium, und bis zu 1,0 Gew.-% Kobalt modifiziert. Einige Legierungsschmelzen enthielten bis zu 0,2 Gew.-$ Kohlenstoff. Alle besaßen die verbesserten physikalischen Eigenschaften, die für die erfindungsgemäßen Legierungen charakteristisch sind.

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Claims

Patentansprüche

1. Korrosionsbeständige, heiß bearbeitbare und härtbare Präzisionsgußlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen die folgenden Bestandteile enthält :

Chrom Molybdän Zinn Mangan Kupfer Silizium Aluminium Kobalt Kohlenstoff Nickel

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen die folgenden Bestandteile enthält:

Chrom . 20,0 Gew.-?

Molybdän · 4,5 Gew.-JS

Zinn 2,0 Gew.-?

Mangan 1,25 Gew.-?

Kupfer 1,5 Gew.-JS

Silizium 2,5 Gew.-?

Nickel Rest

3. Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich 1,0 Gew.-? Aluminium enthält.

15,0 - 25,0 Gew.-? 3,0 - 6,0 Gew.-? 1,0 - 4,0 Gew.-? 0,5 - 1,5 Sew.-? 0,5 - 5,0 Gew.-? 1,0 - 4,0 Gew.-? 0,0 - 1,0 Gew.-? 0,0 - 1,0 Gew.-? 0,0 - 0,2 Gew.-? Rest

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k. Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich bis zu 1,0 Gew.-% Kobalt enthält.

5. Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich bis zu 0,2 Gevj.-% Kohlenstoff enthält.

Für: Pfizer ine.

Dr.H.J.Wolff Rechtsanwalt

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