RU2048574C1

RU2048574C1 - Alloy

Info

Publication number: RU2048574C1
Application number: RU93040857A
Authority: RU
Inventors: А.А. Кугушин; А.Д. Скоков; А.И. Трайно
Original assignee: Кугушин Александр Александрович
Priority date: 1993-08-11
Filing date: 1993-08-11
Publication date: 1995-11-20

Abstract

FIELD: nickel-base alloys applicable in manufacture of cast dental prostheses with ceramic coating. SUBSTANCE: alloy has the following qualitative and quantitative composition, mas. chromium 23-25; molybdenum 9- 10; silicon 1.4-1.9; iron 0.5-1; manganese 0.1-0.3; carbon 0.008-0.2; cerium 0.03-0.1; the balance, nickel. EFFECT: higher quality of dental prostheses due to improved fluidity, reduced casting shrinkage and increased adhesion with facing ceramics and high biological compatibility. 3 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к составам сплавов на никелевой основе, используемых для изготовления литых зубных протезов с керамическим покрытием. The invention relates to metallurgy, and more particularly to compositions of nickel-based alloys used for the manufacture of cast ceramic dentures.

Сплав на никелевой основе для изготовления литых зубных протезов с керамическим покрытием должен соответствовать комплексу физико-механических свойств, представленных в табл. 1 (международный стандарт ИСО 6871-89). The nickel-based alloy for the manufacture of cast ceramic dentures should correspond to the set of physicomechanical properties presented in Table. 1 (international standard ISO 6871-89).

Помимо свойств, указанных в табл. 1, никелевый сплав для зубных протезов должен образовывать на поверхности окисную пленку, которая прочно сцепляется с различными керамическими и ситалловыми покрытиями, а также имеет полную биологическую совместимость. Показатель сцепления характеризует стойкость зубных протезов, а биологическая совместимость определяет комфортность при эксплуатации зубного протеза и отсутствие побочных эффектов (привкус, головная боль и др). Оценку качества сцепления и биологической совместимости получают методом опроса пациентов с использованием 4-балльной оценочной шкалы. In addition to the properties indicated in table. 1, the nickel alloy for dentures should form an oxide film on the surface that adheres firmly to various ceramic and ceramic coatings, and also has full biological compatibility. The adhesion index characterizes the resistance of dentures, and biocompatibility determines the comfort during operation of the denture and the absence of side effects (taste, headache, etc.). Evaluation of adhesion quality and biological compatibility is obtained by interviewing patients using a 4-point rating scale.

Заданные значения температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) никелевого сплава соответствует ТКЛР керамики и ситаллов, применяемых в качестве облицовочных материалов. Соответствие значений ТКЛР в интервале температур 25-500^оС обеспечивает высокую технологичность изготовления и наилучшие эксплуатационные свойства зубных протезов.The specified values of the temperature coefficient of linear expansion (TEC) of the nickel alloy corresponds to the TEC of ceramics and ceramics used as facing materials. CTE matching values in the temperature range 25-500 ^{° C} provides high manufacturability, and the best performance of the denture.

Литейные свойства коррозионно-стойкой стали определены коэффициентом жидкотекучести К_жт и величиной литейной усадки L: первый коэффициент определяет степень заполнения опоки жидким металлом при отливке, а второй склонность стали к образованию усадочных раковин и пор при твердении слитка. При К_жт<1 и L>1,9 качество литых зубных протезов резко снижается.The casting properties of corrosion-resistant steel are determined by the fluidity coefficient _Kf and the size of the casting shrinkage L: the first coefficient determines the degree of filling of the flask with liquid metal during casting, and the second tendency of the steel to form shrink shells and pores during curing of the ingot. When K _WF <1 and L> 1.9, the quality of cast dentures is sharply reduced.

Известны зубопротезные литейные сплавы, имеющие следующий химический состав, мас. Хром 3,0-30,0 Молибден 0,1-6,0 Кремний 0,1-1,0 Железо 0,001-1,0 Углерод 0,001-0,1 Кобальт 25,0-27,0 Тантал 2,0-10,0 Никель 0-30,0 Титан 2,0-10,0 [1]
Недостатки известных сплавов состоят в их низкой жидкотекучести, высокой прочности и недостаточной пластичности, а также в том, что они образуют при отливке протеза литейную усадку. Это снижает качество литых зубных протезов. Кроме того, наличие 25-75% дефицитного дорогостоящего кобальта приводит к удорожанию зубного протеза в 2-5 раз.Known denture casting alloys having the following chemical composition, wt. Chromium 3.0-30.0 Molybdenum 0.1-6.0 Silicon 0.1-1.0 Iron 0.001-1.0 Carbon 0.001-0.1 Cobalt 25.0-27.0 Tantalum 2.0-10 0 Nickel 0-30.0 Titanium 2.0-10.0 [1]
The disadvantages of the known alloys are their low fluidity, high strength and insufficient ductility, as well as the fact that they form cast shrinkage during casting of the prosthesis. This reduces the quality of cast dentures. In addition, the presence of 25-75% of scarce expensive cobalt leads to a 2-5-fold increase in the cost of a denture.

Известен также стоматологический сплав следующего состава, мас. Хром 13,0-25,0 Молибден 3,0-7,0 Кремний 2,75-5,0 Марганец менее 5,0 Никель 20,0-40,0 Кобальт 30,0-60,0 Бор 0,1-1,0 [2]
Этот сплав также не соответствует комплексу свойств, приведенных в табл. 1, так как имеет меньший модуль упругости, большую прочность и твердость, низкую пластичность и большую литейную усадку, хотя показатель жидкотекучести близок к 1.Also known dental alloy of the following composition, wt. Chromium 13.0-25.0 Molybdenum 3.0-7.0 Silicon 2.75-5.0 Manganese less than 5.0 Nickel 20.0-40.0 Cobalt 30.0-60.0 Boron 0.1- 1,0 [2]
This alloy also does not correspond to the set of properties given in table. 1, since it has a lower modulus of elasticity, greater strength and hardness, low ductility and large casting shrinkage, although the fluidity index is close to 1.

Наиболее близким по своему химическому составу и свойствам к предлагаемому является сплав ЭП 758 [3] содержащий, мас. Хром 23,0-25,0 Молибден 16,0-18,0 Кремний не более 0,10 Железо не более 0,50 Марганец 0,15-0,50 Углерод не более 0,03 Ниобий 0,02-0,20 Сера не более 0,02 Фосфор не более 0,025 Никель Остальное
Однако механические и литейные свойства данного сплава не соответствуют требуемым, представленным в табл. 1. Из-за чрезмерной прочности и твердости механическая обработка отливок затруднена, биологическая совместимость сплава с организмом неудовлетворительна, а сами отливки имеют дефекты, обусловленные недостаточной жидкотекучестью и наличием усадочных раковин. Из-за несоответствия ТКЛР данного сплава и керамики имеет место растрескивание покрытия зубного протеза. Это приводит к снижению качества изделий.The closest in its chemical composition and properties to the proposed alloy is EP 758 [3] containing, by weight. Chromium 23.0-25.0 Molybdenum 16.0-18.0 Silicon no more than 0.10 Iron no more than 0.50 Manganese 0.15-0.50 Carbon no more than 0.03 Niobium 0.02-0.20 Sulfur no more than 0,02 Phosphorus no more than 0,025 Nickel The rest
However, the mechanical and casting properties of this alloy do not meet the requirements presented in the table. 1. Due to the excessive strength and hardness, the machining of castings is difficult, the biological compatibility of the alloy with the body is unsatisfactory, and the castings themselves have defects due to insufficient fluidity and the presence of shrinkage shells. Due to the inconsistency of the thermal expansion coefficient of this alloy and ceramic, cracking of the denture coating occurs. This leads to a decrease in product quality.

Целью изобретения является повышение качества зубных протезов за счет улучшения жидкотекучести сплава, снижения литейной усадки и улучшения сцепления с облицовочной керамикой при обеспечении высокой биологической совместимости. The aim of the invention is to improve the quality of dentures by improving the fluidity of the alloy, reducing casting shrinkage and improving adhesion to facing ceramics while ensuring high biological compatibility.

Это достигается тем, что в сплав дополнительно введен церий при следующем соотношении компонентов, мас. Хром 23,0-25,0 Молибден 9,0-10,0 Кремний 1,4-1,9 Железо 0,5-1,0 Марганец 0,1-0,3 Углерод 0,008-0,02 Церий 0,03-0,1 Никель Остальное
Известный и предложенный сплавы имеют следующие общие признаки: оба содержат хром, молибден, кремний, железо, марганец и углерод, причем содержание хрома, марганца, и углерода взаимно перекрываются, оба сплава также имеют никелевую основу.This is achieved by the fact that cerium is additionally introduced into the alloy in the following ratio of components, wt. Chromium 23.0-25.0 Molybdenum 9.0-10.0 Silicon 1.4-1.9 Iron 0.5-1.0 Manganese 0.1-0.3 Carbon 0.008-0.02 Cerium 0.03 -0.1 Nickel Else
The known and proposed alloys have the following common features: both contain chromium, molybdenum, silicon, iron, manganese and carbon, and the contents of chromium, manganese, and carbon are mutually overlapping, both alloys also have a nickel base.

Отличия предложенного сплава заключаются в том, что он содержит 9,0-10,0% молибдена, тогда как известный сплав содержит его 16,0-18,0% кремния в предложенном сплаве 1,4-1,9% а в известном меньше или равно 0,1% Содержание железа в предложенном сплаве 0,5-1,0% а в известном железа меньше или равно 0,5% Наконец, предложенный сплав содержит 0,03-0,1% церия, которого в известном сплаве нет. Следует также отметить, что известный сплав содержит 0,02-0,2% ниобия, а также серу и фосфор, отсутствующие в предложенном сплаве. The differences of the proposed alloy are that it contains 9.0-10.0% of molybdenum, while the known alloy contains 16.0-18.0% of silicon in the proposed alloy 1.4-1.9% and less in the known or equal to 0.1% The iron content in the proposed alloy is 0.5-1.0% and in the known iron is less than or equal to 0.5%. Finally, the proposed alloy contains 0.03-0.1% of cerium, which is not in the known alloy . It should also be noted that the known alloy contains 0.02-0.2% of niobium, as well as sulfur and phosphorus, which are absent in the proposed alloy.

Хром в данном сплаве обеспечивает его высокую коррозионную стойкость в ротовой полости, упрочняет сплав, способствует повышению его биологической совместимости. При содержании хрома менее 23,0% снижается прочность и твердость сплава, ухудшается его биологическая совместимость. Увеличение содержания хрома более 25,0% снижает литейные свойства сплава, что недопустимо. Chromium in this alloy ensures its high corrosion resistance in the oral cavity, strengthens the alloy, and contributes to its biological compatibility. When the chromium content is less than 23.0%, the strength and hardness of the alloy decreases, its biological compatibility deteriorates. An increase in the chromium content of more than 25.0% reduces the casting properties of the alloy, which is unacceptable.

Молибден введен в сплав для его упрочнения. Кроме того, содержание хрома, молибдена, кремния и никеля определяет значение ТКЛР. При содержании молибдена менее 9,0% прочность и твердость сплава ниже допустимого уровня, а ТКЛР не соответствует ТКЛР керамики. Увеличение содержания молибдена более 10% приводит к увеличению ТКЛР, снижению жидкотекучести сплава. Molybdenum is introduced into the alloy to harden it. In addition, the content of chromium, molybdenum, silicon and nickel determines the value of LTEC. When the molybdenum content is less than 9.0%, the strength and hardness of the alloy are below the permissible level, and the thermal expansion coefficient does not correspond to the thermal expansion coefficient of ceramics. An increase in the molybdenum content of more than 10% leads to an increase in the thermal expansion coefficient and a decrease in the fluidity of the alloy.

Кремний в данном сплаве обеспечивает заданные упругие свойства, а также жидкотекучесть расплава. При содержании кремния менее 1,4% имеет место ухудшение литейных свойств сплава и снижение модуля упругости, а увеличение его содержания более 1,9% приводит к увеличению литейной усадки, образованию пор и раковин в отливке, ухудшению прочности сцепления с керамикой. Silicon in this alloy provides the specified elastic properties, as well as the fluidity of the melt. When the silicon content is less than 1.4%, there is a deterioration in the casting properties of the alloy and a decrease in the elastic modulus, and an increase in its content of more than 1.9% leads to an increase in casting shrinkage, the formation of pores and shells in the casting, and a deterioration in the adhesion strength to ceramics.

Железо в данном сплаве позволяет обеспечить требуемый комплекс механических свойств, а также улучшить биологическую совместимость сплава с организмом. Снижение содержания железа менее 0,5% приводит к уменьшению его биологической совместимости, нестабильности значения ТКЛР в диапазоне температур 25-500^оС, увеличение содержания железа более 1,0% приводит к росту ТКЛР, что снижает качество протеза, покрытого керамикой.Iron in this alloy allows you to provide the required set of mechanical properties, as well as improve the biological compatibility of the alloy with the body. Reduced iron content less than 0.5% leads to a reduction of its biological compatibility, volatility CTE values in the temperature range 25-500 ^{° C,} increasing the iron content of more than 1.0% leads to an increase in coefficient of linear expansion, which reduces the quality of the prosthesis, coated ceramics.

Марганец в сплаве повышает его упругость, прочность, уменьшает вредное влияние возможных примесей серы. При содержании марганца менее 0,1% снижается прочность и твердость сплава, а его увеличение более 0,3% уменьшает его пластичность и жидкотекучесть, что недопустимо. Manganese in the alloy increases its elasticity, strength, reduces the harmful effect of possible sulfur impurities. When the manganese content is less than 0.1%, the strength and hardness of the alloy decreases, and an increase of more than 0.3% reduces its ductility and fluidity, which is unacceptable.

Углерод в данном сплаве является упрочняющим элементом. При содержании углерода менее 0,008% снижается его прочность, а попытка увеличения прочности за счет повышения содержания других упрочняющих элементов, в одних случаях, приводит к изменению значения ТКЛР, а, в других, ухудшает литейные свойства, а также оценку биологической совместимости сплава. Повышение содержания углерода более 0,02% приводит к снижению коррозионной стойкости, ухудшению технологичности производства зубных протезов. Carbon in this alloy is a reinforcing element. When the carbon content is less than 0.008%, its strength decreases, and an attempt to increase the strength by increasing the content of other reinforcing elements, in some cases, leads to a change in the thermal expansion coefficient, and, in others, worsens the casting properties, as well as an assessment of the biological compatibility of the alloy. An increase in carbon content of more than 0.02% leads to a decrease in corrosion resistance, a deterioration in the manufacturability of the production of dentures.

Церий в данном сплаве обеспечивает улучшение его биологической совместимости, повышение прочности сцепления с керамикой покрытия, модифицирование сплава в отливке. При содержании церия менее 0,03% снижается стойкость зубных протезов, ухудшается биологическая совместимость сплава. Увеличение содержания церия более 0,1% снижает жидкотекучесть сплава, ухудшает качество отливок и зубных протезов. Cerium in this alloy provides an improvement in its biological compatibility, increased adhesion to ceramic coatings, and modification of the alloy in the casting. When the cerium content is less than 0.03%, the resistance of dentures decreases, and the biological compatibility of the alloy deteriorates. An increase in cerium content of more than 0.1% reduces the fluidity of the alloy, worsens the quality of castings and dentures.

Сплав на никелевой основе для зубного протезирования выплавляли из чистых шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи, порошкообразный церий в никелевой капсуле вводили в сплав в последнюю очередь. Затем сплав разливали в изложницы, в вакууме. A nickel-based alloy for dental prosthetics was smelted from pure charge materials in a vacuum induction furnace, the cerium powder in a nickel capsule was introduced into the alloy last. Then the alloy was poured into the molds, in vacuum.

Охлажденные слитки зачищали, удаляли прибыльную и донную части, затем нагревали до 980^оС и прокатывали в прутки диаметром 12 мм. Готовые прутки резали в холодном состоянии на шайбы высотой 10 мм и подвергали галтовке и электрохимической полировке поверхности. Из части прутков изготавливали образцы для испытания физико-механических и литейных свойств, шайбы использовали для литья зубных протезов, покрытых облицовочной керамикой.The cooled ingots were cleaned, removed profitable and a bottom portion, then heated to 980 ^{° C} and then rolled into rods of 12 mm diameter. Finished rods were cold cut into washers 10 mm high and subjected to tumbling and electrochemical polishing of the surface. Samples for testing the physicomechanical and casting properties were made from part of the rods, washers were used for casting dentures coated with facing ceramics.

Химический состав исследованных сплавов на никелевой основе приведен в табл. 2, в табл. 3 их физико-механические, литейные свойства и показатели качества зубных протезов. The chemical composition of the investigated nickel-based alloys is given in table. 2, in table. 3 their physico-mechanical, casting properties and quality indicators of dentures.

Из табл. 3 следует, что наилучшим комплексом свойств при улучшении жидкотекучести, снижении литейной усадки, улучшении сцепления с облицовочной керамикой при обеспечении высокой биологической совместимости обладает предло- женный сплав (химический состав N 2-4). Зубные протезы из этого сплава имели наилучшее качество. В случае запредельных значений содержания элементов (составы 1, 5-11) имеет место ухудшение жидкотекучести, увеличение литейной усадки, ухудшение сцепления с облицовочной керамикой и биологической совместимости, что снижает качество литых зубных протезов. Сплав прототип (состав N 12) оказался не пригоден для изготовления литых зубных протезов, облицованных керамикой. From the table. 3 it follows that the proposed alloy has the best combination of properties for improving fluidity, reducing casting shrinkage, improving adhesion to facing ceramics while ensuring high biological compatibility (chemical composition N 2-4). Dentures made of this alloy were of the best quality. In the case of exorbitant values of the content of elements (compositions 1, 5-11), there is a deterioration in fluidity, an increase in casting shrinkage, a deterioration in adhesion to facing ceramics and biological compatibility, which reduces the quality of cast dentures. The prototype alloy (composition No. 12) was not suitable for the manufacture of cast dentures lined with ceramics.

Технико-экономические преимущества предложенного сплава состоят в том, что при содержании церия 0,03-0,1% кремния 1,4-1,9% железа 0,5-1,0% и регламентированном содержании остальных элементов, он обеспечивает требуемый уровень физико-механических и литейных свойств. За счет этого достигается повышение качества литых зубных протезов, облицованных керамикой. The technical and economic advantages of the proposed alloy are that when the cerium content is 0.03-0.1% silicon 1.4-1.9% iron 0.5-1.0% and the regulated content of the remaining elements, it provides the required level physical, mechanical and foundry properties. Due to this, an improvement in the quality of cast dentures lined with ceramics is achieved.

Применение предложенного сплава обеспечит рентабельность производства более 180% The use of the proposed alloy will ensure production profitability of more than 180%

Claims

ALLOY is mainly for the manufacture of cast dentures with a ceramic coating containing chromium, molybdenum, silicon, iron, manganese, carbon and nickel, characterized in that it additionally contains cerium in the following ratio of components, wt.

Chrome 23 25
Molybdenum 9 10
Silicon 1.4 1.9
Iron 0.5 1.0
Manganese 0.1 0.3
Carbon 0.008 0.02
Cerium 0.03 0.1
Nickel Else