KR830002744B1

KR830002744B1 - The nonprecious alloy for teeth

Info

Publication number: KR830002744B1
Application number: KR1019820001318A
Authority: KR
Inventors: 신명철; 이규환
Original assignee: 임관; 한국과학기술원
Priority date: 1982-03-02
Filing date: 1982-03-02
Publication date: 1983-12-10
Also published as: KR830009243A

Abstract

내용 없음.No content.

Description

Non-precious Metal Dental Prosthetic Alloy for Ceramic Materials

본 발명은 치과용으로 사용되는 독성이 없으며, 도재와의 용착성이 우수하고, 융점이 낮으며, 합금을 용해할 때 순간적으로 용탕이 형성되는 도재소부용 비귀금속 치과보철 합금에 관한 것이다.The present invention relates to a non-precious metal dental prosthetic alloy for ceramic parts, which has no toxicity for dental use, excellent weldability with ceramic materials, low melting point, and molten metal is instantaneously formed when the alloy is dissolved.

도재소부(陶材燒付)란 통상 금속에 도재를 소성, 부착시키는 것을 말하며, 도재소부용 보철합금이라 함은 도재가 갖는 치아와 유사한 색감과 금속이 갖는 주조의 정밀성 및 강도를 결합한 치과 보철용 합금을 말한다.A ceramic material part refers to baking and attaching a ceramic material to a metal, and a prosthetic alloy for a metal material part is used for dental prosthetics that combines the color similar to that of the ceramic and the precision and strength of the casting of the metal. Says an alloy.

치과용의 도재소부용 비귀금속보 철합금(이하 보철합금)은 인체에 직접 사용되기 때문에 독성이 없어야함은 물론 융점이 낮아 일반 기공소에서 산소-프로판가스 토치(torch)로 쉽게 용해할 수 있어야 하며, 도재와의 결합성이 우수하여야 하며, 기계가공성이 좋고, 경제성이 있어야하는 등의 여러가지 특성을 가져야 한다. 이러한 보철합금으로는 비교적 최근까지 금, 백금, 팔라듐 등이 주성분인 귀금속 계통의 것이 주류를 이루어 왔다. 그러나 1968년 미국의 금태환 제조의 철폐와 더불어 급등하기 시작한 국제 금 가격 때문에 보다 저렴한 합금의 개발이 절실하게 요청되었으며 이 필요성에 의하여 귀금속을 대용할 비귀금속 보철합금으로 베릴륨이 0.1-3.0% 포함된 니켈-크롬 합금들이 발명되었다. 베릴륨은 보철합금의 융점을 낮추는데 큰 역할을 하나 인체에 매우 유독한 것으로 기공소에서 용해 및 연마가공시에 베릴륨 산화물이 석출되어 인체에 치명적인 해독을 주기 때문에 각국에서는 베릴륨이 포함된 보철합금의 사용을 금지하기에 이르렀다. 따라서 베릴륨이 함유되지 않은 니켈-크롬합금들이 발명되어 특허를 받았는 바, 이들은 다음과 같다.Non-precious metal prosthetic alloys (hereinafter referred to as prosthetic alloys) for dental pottery use must be non-toxic because they are used directly on the human body, and they must be easily dissolved by oxygen-propane gas torch in general laboratories due to their low melting point. It should have good characteristics such as good bonding with ceramics, good machinability and economical efficiency. As such prosthetic alloys, relatively precious metals such as gold, platinum, and palladium have been mainstream until recently. However, due to the international gold price that began to surge in 1968 along with the abolition of US gold conversion, the development of cheaper alloys is urgently needed, and the need for nickel containing 0.1-3.0% of beryllium as a non-precious metal prosthetic alloy to replace precious metals. Chrome alloys have been invented. Beryllium plays a major role in lowering the melting point of prosthetic alloys, but it is very toxic to humans. Beryllium oxides are precipitated during dissolution and polishing process in laboratories. Therefore, the use of prosthetic alloys containing beryllium is prohibited in each country. It came to the following. Therefore, nickel-chromium alloys containing no beryllium have been invented and patented.

1) 프랑스 특허 74-33,438(R. Mayer, 1974)1) French Patent 74-33,438 (R. Mayer, 1974)

2) 미국특허 3,914,867(C,R. Manning, 1974)2) US Patent 3,914,867 (C, R. Manning, 1974)

3) 독일공개 특허공보 2,517,477(R.E. Phelbs, 1975)3) German Patent Publication No. 2,517,477 (R.E. Phelbs, 1975)

4) 미국특허 4,038,074 (D.M Davitz, 1976)4) US Patent 4,038,074 (D.M Davitz, 1976)

5) 미국특허 4,053,308 (J.A. Tesk, 1974)5) U.S. Patent 4,053,308 (J.A. Tesk, 1974)

6) 독일공개 특허공보 2,713,755 (L. Rademacher, 1977)6) German Patent Publication No. 2,713,755 (L. Rademacher, 1977)

7) 일본공개 특허공보 54-9115 (Ninomiya, 1977)7) Japanese Patent Publication 54-9115 (Ninomiya, 1977)

위의 특허중 1),2),3)4) 및 7)의 특허는 보철합금의 융점을 낮추기 위해 보론을 첨가함으로써 융점의 강하에는 큰 성과를 얻었으나 도재와의 용착성은 개선시키지 못하였다. 6)의 특허는 스트론튬, 지르코늄 등의 미량 원소를 첨가하여 도재와의 융착성을 증가시켰으나 보론 등의 융점 강하 원소가 첨가되어 있지 않아 융점이 높은 결점이 있다. 6)의 특허는 도재와의 용착성을 증가시키기 위하여 희토류 원소인 세륨을 0.2-0.6% 첨가시켰으나, 세륨은 단체 상태에서 매우 고가의 금속이어서 합금의 가격이 높아지며, 아울러 이 특허에서는 알루미늄과 티탄이 첨가되지 않아 강도가 약한 결점 등이 있다.Among the above patents, the patents of 1), 2), 3) 4) and 7) have achieved great results in the melting of the melting point by adding boron to lower the melting point of the prosthetic alloy, but did not improve the weldability with the porcelain. The patent of 6) added trace elements such as strontium and zirconium to increase fusion with porcelain, but it has a high melting point because no melting point dropping elements such as boron are added. The patent of 6) added 0.2-0.6% of rare earth element cerium in order to increase the adhesion with ceramic materials, but since the cerium is a very expensive metal in a single state, the price of the alloy increases, and in this patent, aluminum and titanium There is a drawback of weak strength due to no addition.

본 발명은 이와 같은 종래의 보철합금이 갖고 있는 문제점을 해결하기 위한 것으로 고가의 세륨 단일금속 대신에 가격이 매우 저렴한 희토류 원소의 복합체인 미시메탈(misch metal)을 첨가하여 도재와의 용착성을 증가시키고, 석출 경화 원소인 알루미늄 및 티탄을 첨가하여 항복강도 및 인장강도를 증가시켰으며, 보론을 첨가하여 융점을 강하시키고, 몰리브덴을 첨가하여 열팽창 계수를 조절함으로써 치과용 보철합금으로 요구되는 특성을 만족시킬 수 있는 합금을 완성하게 되었다.The present invention is to solve the problems of the conventional prosthetic alloy, and instead of expensive cerium single metal, it is possible to increase the weldability with porcelain by adding a very inexpensive rare earth element complex, a misch metal. The yield strength and tensile strength were increased by adding aluminum and titanium as precipitation hardening elements, and the melting point was lowered by adding boron, and the thermal expansion coefficient was adjusted by adding molybdenum to satisfy the characteristics required for dental prosthetic alloy. The alloy that can be made is completed.

본 발명의 보철합금의 조성 및 그 효과를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.The composition of the prosthetic alloy of the present invention and its effects will be described in more detail as follows.

니켈기 합금에 있어서의 각성분 원소의 효과는 매우 복잡하게 작용을 하므로 그 함량이 각각의 특정 범위를 초과하거나 미달하는 경우에는 오히려 역효과를 일으키게 된다. 따라서 본 발명자는 실험을 거듭하여 크롬 18-21%, 몰리브덴 4-7%, 실리콘 1.0-4.0%, 알루미늄 0.5-3%, 망간 0.1%이하, 철 1.0-2.0%, 보론 0.2-1.5%, 미시메탈 0.2-1.5%, 탄소 0.03%, 티탄 0.1-0.5%, 나머지는 니켈로 구성되어 있는 본 발명의 보철합금을 완성하였다. 이 중 미시메탈은 세륨을 주성분 (40-60%)으로 하고 기타 란탄(La), 네오디뮴(Nd), 프리세오디뮴(Pr)등으로 구성된 회토류 원소들로 이루어져 있다. 본 발명의 보철합금의 성분 원소의 조성범위를 위와 같이 제한한 이유는 다음과 같다.Since the effect of each component element in the nickel-based alloy is very complicated to work, if the content exceeds or falls below each specific range, the effect is rather adverse. Therefore, the inventors have repeatedly experimented with chromium 18-21%, molybdenum 4-7%, silicon 1.0-4.0%, aluminum 0.5-3%, manganese 0.1% or less, iron 1.0-2.0%, boron 0.2-1.5%, micro The prosthetic alloy of the present invention consisting of 0.2-1.5% of metal, 0.03% of carbon, 0.1-0.5% of titanium, and the rest of nickel was completed. Among these, the micrometal is composed of rare earth elements composed of cerium as the main component (40-60%) and other lanthanum (La), neodymium (Nd), and preseodymium (Pr). The reason for limiting the composition range of the component elements of the prosthetic alloy of the present invention is as follows.

니켈은 본 합금의 기본이 되는 원소로서 합금의 빛깔이 백금 계통의 밝은 백색을 내게하며, 도재와 그 열팽창 계수가 크게 차이나지 않으므로 도재 소부 후 냉각시 도재가 합금으로부터 박리되는 것을 막는 효과가 있으며 상기와 같은 특성을 얻기 위하여는 니켈 함량이 59.4-75.0%의 범위가 가장 우수하다.Nickel is a basic element of this alloy, and the color of the alloy gives bright white color of platinum system, and since the ceramic and its coefficient of thermal expansion are not significantly different, it has the effect of preventing the ceramic from peeling off from the alloy when the ceramic is baked after baking. In order to obtain the same characteristics, the nickel content of 59.4-75.0% is the best.

크롬은 본 합금을 부동태화시켜 합금의 산화를 억제하고 니켈에 고용되어 합금을 강화시킴으로써 강도 증가에 이바지 한다. 그 양이 적으면 부동태 효과가 낮아 구간내에서 산화의 위험이 따르고 그 양이 많으면 주조성이 나빠지며 취약해지므로 그 함량이 18-21% 범위의 것이 이들 목적에 가장 적합하다.Chromium contributes to the increase in strength by passivating the alloy to inhibit oxidation of the alloy and to be dissolved in nickel to strengthen the alloy. Smaller amounts have a lower passivation effect, which leads to a risk of oxidation in the section, and higher amounts are poorly castable and weaker, so the content in the range of 18-21% is most suitable for these purposes.

몰리브덴은 본 합금의 열 팽창 계수를 작게하여 도재소부후 냉각시 도재의 박리를 막는 역할을 하며, 아울러 본 합금의 입간부식과 공식(孔蝕)을 막는 효과가 있다. 그러나 7%이상 함유되면 주조물에 균열이 발생되기 쉽고, 또 2%이하이면 그 효과가 없어지므로 그 양을 2-7%의 범위로 제한하여야 한다.Molybdenum has a small thermal expansion coefficient of the alloy to prevent the peeling of the porcelain during cooling after the ceramic material, and also has the effect of preventing the intergranular corrosion and formula of the alloy. However, if the content is more than 7%, the casting is likely to be cracked, and if it is less than 2%, the effect is lost, so the amount should be limited to the range of 2-7%.

실리콘은 용탕의 유동성을 좋게하여 주조성이 뛰어나게 할 뿐만 아니라 탈산제로서의 역할을 한다. 그러나 1% 이하에서는 그 효과가 미미하며 4% 이상이면 용해시 다량의 비금속 개재물을 형성시키므로 그 양을 1-4%의 범위로 제한하여야 한다.Silicone not only improves the flowability of the molten metal to excellent castability, but also acts as a deoxidizer. However, at less than 1%, the effect is insignificant, and if more than 4%, a large amount of non-metallic inclusions are formed upon dissolution, so the amount should be limited to the range of 1-4%.

망간도 합금의 유동성을 좋게하며 탈산제와 탈황제로서 역할을 한다. 그러나 본 발명에서는 탈산제 역할을 하는 원소가 많이 있으므로 그 양을 0.0-0.1%로 제한하여 비금속개재물의 형성을 막도록 하였다.Manganese also improves the fluidity of the alloy and acts as a deoxidizer and desulfurizer. However, in the present invention, since there are many elements that act as deoxidizers, the amount is limited to 0.0-0.1% to prevent the formation of non-metallic inclusions.

철은 크롬과 함께 본 합금 계에 고용되어 강도증가에 이바지하나 다량 첨가되면 도재를 착색시키므로 2%이하로 제한하며 1% 이하에서는 그 효과가 미미하므로 1-2%의 조성 범위에 두어야 한다.Iron is added to the alloy system together with chromium to contribute to the increase in strength, but when added in a large amount, it is limited to less than 2% because the coloring of ceramic materials is limited.

보론은 본 합금의 융점 강하에 이바지하는 주요원소로 융점강하의 효과는 0.2% 이하에서는 그 효과가 미미하고, 그 양이 증가할수록 효과는 커지나 1.5% 이상 첨가되면 합금의 연신율이 떨어지며 취약해지므로 0.2-1.5%의 범위로 제한하여야 한다.Boron is the main element contributing to the melting point drop of this alloy. The effect of the melting point drop is less than 0.2%, and the effect increases as the amount is increased, but when added more than 1.5%, the elongation of the alloy decreases and becomes weak. It should be limited to the range of -1.5%.

알루미늄과 티탄은 니켈과 감마 프라임이라는 상(相)을 형성시켜 본 보철 합금의 기지에 석출됨으로써 보철합금의 강도증가에 이바지 한다. 그러나 그 양이 너무 많을 경우 합금의 경도가 너무 강하여 보철되지 않은 상대편 치아에 무리를 준다.Aluminum and titanium form a phase of nickel and gamma prime to precipitate at the base of the prosthetic alloy, thereby contributing to the increase in the strength of the prosthetic alloy. However, if the amount is too large, the hardness of the alloy is so strong that it unreasonably affects the non-prosthetic teeth.

아울러 기공소에서 본 합금을 용해할때 쉽게 산화되어 용탕 위에 질긴 산화물막을 형성시켜 주조 결함의 원인이 된다. 그러나 그 양이 너무 적으면 충분한 강도가 나오지 않는다. 따라서 본 발명에서는 그 양을 알루미늄의 경우 0.5-3%, 티탄의 경우는 0.1-0.5% 사이로 제한하여야 한다. 회토류 원소의 복합체인 미시메탈은 본 발명의 주요한 첨가 원소로서 세륨 40-60%. 기타란탄, 네오디뮴, 프라세오디뮴 등의 회토류 원소로 구성되어 있으며 바스트나사이트(Bastnasite)를 제련한 합금이다.In addition, when the alloy is dissolved in the laboratory, it is easily oxidized to form a tough oxide film on the molten metal, which causes casting defects. But if the amount is too small, there is not enough strength. Therefore, in the present invention, the amount should be limited to 0.5-3% for aluminum and 0.1-0.5% for titanium. Misimetal, a complex of rare earth elements, is the main additive element of the present invention. It is composed of rare earth elements such as guitar lanthanum, neodymium and praseodymium, and is an alloy obtained by smelting bustnasite.

미시메탈은 첨가되는 원소들 중 산화성향이 가장 높으므로 진공중에서 용해하여 합금화시키지 않으면 전량 산화되어 비금속 개재물로 변한다. 이울러 진공에서 합금화 되어도 1.5% 이상 첨가되면 본 합금을 기공소에서 용해할 때 산화가 될 위험이 많다. 따라서 1.5% 이하가 적당하며, 0.2% 이하에서는 도재와의 용착성에 영향을 주지 못하므로 0.2-1.5%의 범위로 제한하여야 한다.Micrometals have the highest oxidation tendency among the elements to be added, so that unless they are dissolved and alloyed in a vacuum, they are completely oxidized into non-metallic inclusions. In addition, even if alloyed in vacuum, if added more than 1.5% there is a high risk of oxidation when the alloy is dissolved in the laboratory. Therefore, less than 1.5% is appropriate, and less than 0.2% should not be limited to the range of 0.2-1.5% because it does not affect the weldability with porcelain.

이상의 조성을 갖는 본 발명의 보철합금은 유독한 베릴륨을 함유하지 않으므로 인체에 해가 없으며 미시메탈, 보론 및 알루미늄의 복합 첨가로도 재와의 용착성이 뛰어나며, 융점이 낮고 합금이 용해될 때 순간적으로 용탕이 형성되는 등의 장점을 갖고 있다. 이하 본 발명의 실시예는 이러한 장점을 더욱 명백히 예시하여 줄 것이나 본 발명의 범위가 이에 제한받는 것은 아니다.Since the prosthetic alloy of the present invention having the above composition does not contain toxic beryllium, it is harmless to the human body, and has excellent weldability with ash even with the addition of micrometal, boron, and aluminum, and has a low melting point and momentarily when the alloy is dissolved. It has advantages such as the formation of molten metal. The following examples of the present invention will more clearly illustrate these advantages, but the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예]EXAMPLE

무게비로 니켈 69부, 몰리브덴 5.5부 및 철 1.0부를 용량 10KHz, 50Kw의 진공유도로에 냉각상태로 장입하여 10^-3Torr 이하로 진공분위기를 조성한 후에 용해를 시작하여 용탕이 형성되면 실리콘 3.4부와 망간 0.07부를 첨가하여 용탕에 녹아있는 산소를 제거한다. 그 후에 크롬 19.6부를 첨가하여 완전히 용락되면 0.7부의 보론을 첨가한 후에 티탄 0.01부 및 알루미늄 0.5부를 첨가한 후에 최후로 미시메탈 0.2부를 장입하여 용해를 끝낸다. 용해가 끝난 용탕을 진공상태에서 정밀 주조용 주형에 주입하여 최종 제품을 만든다.By weight ratio, 69 parts of nickel, 5.5 parts of molybdenum, and 1.0 parts of iron were charged in a vacuum flow path with a capacity of 10 KHz and 50 Kw in a cool state to form a vacuum atmosphere of 10 ^-3 Torr or less. Add 0.07 parts of manganese to remove oxygen dissolved in the molten metal. Thereafter, when 19.6 parts of chromium is added and completely dissolved, 0.7 parts of boron is added, followed by 0.01 parts of titanium and 0.5 parts of aluminum. After melting, the molten metal is poured into a precision casting mold in a vacuum to produce a final product.

상기와 같이 제조된 합금을 기공소에서 사용하는 산소-푸로판 가스 토치를 이용하여 용해한 후 미국 치과의사협회 규격 14번에서 정해진 방법대로 인장시편을 제조하여, 기계적 성질(항복강도, 인장강도, 연신율을 측정하였다.The alloy prepared as described above was dissolved using an oxygen-furopane gas torch used in a laboratory, and tensile specimens were prepared according to the method specified in the American Dental Association No. 14, and mechanical properties (yield strength, tensile strength, elongation) were measured. Measured.

도재와의 용착성을 조사하기 위한 시험으로는 5×2×20mm의 판재로 합금을 주조한 후 통상의 도재 소부방식으로 도재를 올린후 합금과 도재와의 경계면에 전단력을 가하여 이때 파괴되는 강도를 측정하여 도재의 접합강도로 삼는 방식을 택하였다.In order to test the weldability with porcelain, cast the alloy with 5 × 2 × 20mm plate, and then raise the porcelain by the normal porcelain baking method, apply shear force to the interface between the alloy and porcelain, The measurement was taken as the bonding strength of the porcelain.

상기의 시험방법으로 측정된 본 발명합금과 타 발명합금의 기계적 성질의 특성을 표 1에 나타내었다.Table 1 shows the characteristics of the mechanical properties of the present invention alloy and the other invention alloy measured by the above test method.

[표 1]TABLE 1

본 발명품과 타 발명품과의 특성 비교Comparison of characteristics between the present invention and other inventions

표 1을 비교 검토하여 보면 도재 소부용 치과 합금이 가지고 있어야 할 성질중 무엇보다도 중요한 도재와의 접합강도는 본 발명품이 가장 뛰어남을 알 수 있으며, 아울러 융점이 1250℃로 매우 낮으므로 통상의 산소-푸로판 가스로도 쉽게 용해할 수 있을 뿐 아니라 항복 강도와 인장강도가 높으므로 얇은 변연부를 가진 관의 제작에는 본 발명품이 가장 적합한 것을 알 수 있다.The comparative examination of Table 1 shows that the present invention has the best bonding strength with ceramics, which is important among all the properties that dental alloys for ceramic materials should have, and the melting point is very low at 1250 ° C. Not only can it be easily dissolved with purophane gas, but the yield strength and tensile strength are high, so it can be seen that the present invention is most suitable for the manufacture of a tube having a thin margin.

이 외에도 본 합금은 용해시 용탕이 순간적으로 형성 되므로 종래의 합금에서 적절한 주조시간을 정하기 어려운 단점을 개선하였으며 인체에 유독한 베릴륨이 함유되어 있지 않아 베릴륨 공해로 부터 기공사, 의사 환자를 보호하여 줄 수 있기 때문에 국민 보건의 향상에도 크게 기여할 수 있는 장점이 있다.In addition, this alloy improves the shortcomings of difficult casting time in conventional alloys because molten metal is formed instantaneously when it is dissolved. Since it does not contain toxic beryllium, it can protect technicians and doctors from beryllium pollution. Because of this, there is an advantage that can greatly contribute to the improvement of public health.

Claims

Chromium 18-20%, Molybdenum 4-7%, Silicon 1.0-4.0%, Aluminum 0.5-3%, Manganese 0.1% or less, Iron 1.0-2.0%, Boron 0.2-1.5%, Carbon 0.03%, Micrometal 0.2-1.5 Non-precious metal dental prosthetic alloys for ceramic mill parts consisting of%, titanium 0.1-0.5%, and the rest.