Вы здесь

Основные сведения о сплавах

Чистые металлы в большинстве случаев не обеспечивают требуемого комплекса механических и технологических свойств, поэтому редко применяются при изготовлении изделий. Способность металлов к взаимному растворению и образованию соединений различного типа позволяет получать большое количество сплавов с заданным сочетанием полезных свойств. Все стоматологические конструкционные металлы представляют собой многокомпонентные сплавы. В большинстве случаев входящие в состав элементы в жидком состоянии полностью растворимы друг в друге. При кристаллизации сплавов могут образоваться механические смеси, твердые растворы и химические соединения (рис. 35).

Структура и строение элементарной ячейки пространственной кристаллической решетки различных сплавов из металлов А и Б

Механическая смесь. Сплав в виде механической смеси возникает в тех случаях, когда металлы обладают полной взаимной нерастворимостью в твердом состоянии и не образуют химических соединений. Атомы каждого металла образуют отдельные кристаллические решетки и затвердевший сплав состоит из механической смеси зерен каждого компонента. При образовании механической смеси, когда каждый элемент кристаллизируется самостоятельно, свойства сплава получаются средними между свойствами компонентов. Механические смеси образуют свинец и сурьма, кадмий и висмут. Механические смеси образуются также, когда компоненты сплава обладают ограниченной растворимостью или образуют химические соединения.



Расположение атомов в твердых растворах

Твердый раствор. Сплавы этой группы образуются элементами, которые взаимно растворимы как в жидком, так и в твердом состоянии. Твердым раствором называется однородное кристаллическое тело, в котором в решетку основного металла — растворителя — входят атомы растворенного вещества. Твердый раствор, как и чистый металл, имеет одну кристаллическую решетку. Атомы растворенного металла могут размещаться в узлах общей решетки или между ними (рис. 36). В межатомном пространстве находится углерод и другие элементы. Растворимость в твердом состоянии может быть ограниченной и неограниченной. Твердые растворы, например, образуют системы никель — хром, никель — медь.

Химические соединения. Особый характер металлической связи в сплавах приводит к образованию химических соединений, имеющих переменный состав. Характерной особенностью металлического химического соединения являются образование металлической решетки, отличающейся от решеток образующих элементов, и существенное изменение всех свойств. При изучении процессов, происходящих в металлах и сплавах и их превращениях, пользуются следующими понятиями: система, фаза, компонент. Фазой называется однородная по химическому составу и кристаллическому строению часть системы, отделенная от других частей системы поверхностью раздела. Система — это совокупность фаз, находящихся в равновесии при определенных условиях. Компонентами именуются вещества, образующие систему. Ими могут быть элементы (металлы, неметаллы) или устойчивые химические соединения. Для изготовления цельнолитых конструкций съемных зубных протезов используются сплавы золота с платиной и палладием, серебряно-палладиевые и кобальтохромовые сплавы. Для изготовления несъемных зубных протезов в СССР широко используют нержавеющие стали типа 1Х18Н9Т.

Металлы и сплавы

Нержавеющие стали. К нержавеющим относят стали, устойчивые против коррозии в атмосфере, речной и морской воде. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей определяется ее физико-химическим состоянием, зависящим от химического состава и термической обработки.

В СССР внедрение нержавеющей стали в стоматологическую практику началось в 30-х годах. Из неблагородных сплавов нержавеющая сталь пока остается единственным материалом для изготовления штампованных зубных коронок, а также других штампованных и гнутых частей зубных протезов. Нержавеющая сталь пригодна для отливки промежуточных звеньев в несъемном зубном протезе. Применение нержавеющих сталей оправдано при изготовлении стоматологических конструкций, функциональный характер которых не требует изготовления их из сплавов высокой упругости и твердости. Из нержавеющих сталей при соответствующих условиях формовки, плавки и литья можно изготовлять полукоронки и другие виды микропротезов. В этом отношении большие возможности открывает использование высокочастотного литья. Изготовляют и цельнолитые несъемные зубные мостовидные протезы вместе с опорными коронками.

Химический состав нержавеющих сталей должен обеспечить следующие ее свойства:

  • 1) образование поверхностной защитной пленки;
  • 2) однородность внутреннего строения;
  • 3) отсутствие фазовых превращений, которые могут быть причиной образования микротрещин;
  • 4) технологичность.

Основными компонентами нержавеющих сталей являются железо, хром и никель.

Железо Fe в природе встречается главным образом в виде окислов и сернистых соединений. Это металл синевато-серебристого цвета. Плотность его 7,86 г/см3, температура плавления 1535°С. Чистое железо — очень пластичный и мягкий металл, имеющий твердость по шкале Мооса 4,5 МН/м2, по Бринеллю 600—700 МН/м2. При нагрузке 250 Н железная проволока сечением 1 мм2 разрывается, удлиняясь на 50% первоначальной длины. В химическом отношении железо является активным металлом. Во влажной атмосфере оно быстро корродирует, покрываясь толстым слоем окиси. Водные растворы кислот и солей вызывают интенсивное разрушение железа. В зависимости от температуры железо может существовать в четырех аллотропических модификациях: α, β, γ и σ.

Сплав железа, содержащий от 1,7 до 4,5% углерода, называется чугуном. При содержании углерода от 0,1 до 1,7% получаются стали. Железо образует с углеродом твердые растворы, которые имеют исключительное значение для структуры и свойств сплава. Путем термической обработки можно фиксировать определенные твердые растворы углерода в железе и их сочетание. Твердый раствор углерода (0,02%) в α-модификации железа (Feα) называется ферритом, в γ-железе (Feγ) — аустенитом (2,14%). Углерод может вступать в химическое соединение с железом, образуя карбид железа Fe3C, именуемый цементитом. Механическая смесь феррита с цементитом образует структуру перлита в сплаве. Твердый пересыщенный раствор углерода в α-железе называется мартенситом. При температуре выше 721 °С образуется аустенитная структура. Уже отмечалось, что лучшими свойствами отличаются сплавы типа твердых растворов, поэтому различными технологическими приемами стремятся сохранить аустенитную структуру при обычных температурах эксплуатации зуботехнического изделия. В стоматологической практике железо находит применение только как компонент нержавеющих и углеродистых сталей, из которых изготовляются зуботехнические изделия и инструменты.

Хром Сг в природе встречается в виде различных соединений. Получают его из хромистого железняка (хромит). Хром — белый металл с синеватым оттенком. Плотность его 7,2 г/см3 температура плавления 1910°С. Хром обладает высокой твердостью (9 МН/м2 по шкале Мооса, 2170—2360 МН/м2 по Бринеллю) и повышенной хрупкостью. Важным свойством хрома является его высокая коррозионная стойкость. С кислородом он соединяется только при высоких температурах, образуя Сг2O3 и СгO3. Оксиды хрома находят применение в зубопротезной технике. С углеродом хром образует ряд соединений — карбидов Сг3С2, Сг4С и Сг5С2. Эти стойкие, очень твердые вещества образуются в сплавах железа и повышают твердость и хрупкость сплава. Введение хрома в сплав способствует образованию защитной пленки на поверхности сплава, что- повышает его коррозионную стойкость. В зубопротезной практике хром применяется как компонент нержавеющих и кобальтохро-мовых сплавов.

Никель Ni в природе встречается в виде различных соединений (гарньерит, никелевый блеск и др.). Он представляет собой блестящий серебристо-белого цвета металл. Плотность его 8,9 г/см3, температура плавления 1455 °С. В чистом виде никель отличается высокой пластичностью (тягучий, ковкий, хорошо вальцуется в тонкие листы и вытягивается в тонкую проволоку). Твердость по Моосу 5 МН/м2, по Бринеллю 680— 780 МН/м2. В химическом отношении никель малоактивный элемент, В зубопротезной технике применяется в конструкционных сплавах и припоях. Введение никеля в сплавы повышает их технические характеристики, улучшает технологические свойства и механические показатели.

Легирующее действие никеля обусловлено главным образом его склонностью образовывать с другими металлами твердые растворы.

Кобальт Со встречается в природе в виде различных соединений — сульфидов, арсенидов и др. Плотность кобальта 8,65—8,79 г/см3, температура плавления 1480 °С. Металл обладает высокими механическими свойствами. Твердость отоженного кобальта по Бринеллю 1320 МН/м2. В химическом отношении это малоактивный металл. В зубопротезной технике используется как компонент кобальтохромовых сплавов. Для придания определенных механических, физических или химических свойств в сплавы вводят легирующие элементы. Стали, содержащие в сумме до 3—5% легирующих добавок, принято считать низколегированными, 5—10% — среднелегированными, 10% и более — высоколегированными. Таким образом, в качестве конструкционных металлов в стоматологии используют высоколегированные стали.

Физико-химические и механические свойства определяются влиянием легирующих элементов в критических точках на образование твердых растворов с железом и стойких карбидных или интерметаллических соединений, на величину зерен.

Легирующие добавки делят на две группы:

  • 1) элементы, образующие с железом твердые растворы с высокими значениями прочности, температуры рекристаллизаций и плавления, а также затрудняющие протекание в сплаве диффузионных процессов (никель, хром, марганец, молибден, вольфрам);
  • 2)    элементы, образующие в стали, помимо твердых растворов, молекулярные соединения с прочной кристаллической решеткой (хром, молибден, вольфрам,титан, ниобий, ванадий).

Полезное влияние легирующих элементов на структуру и свойства стали сводится в основном к следующему:

  • 1) повышение устойчивости переохлажденного аустенита, снижение критической скорости закалки, снижение остаточных напряжений, исключение коробления деталей;
  • 2) упрочнение стали;
  • 3)    уменьшение склонности к росту зерна при кристаллизации и при нагреве в интервале температур термической обработки;
  • 4)    снижение активности диффузионных процессов, приводящее к повышению устойчивости закаленных сталей.

Важнейшие легирующие элементы при их добавке раздельно в сталь влияют на ее свойства следующим образом.

Состав и механические свойства некоторых нержавеющих сталей

Никель после соответствующей термической обработки сообщает стали тонкую структуру, определяющую высокую пластичность и вязкость, а также увеличивает прокаливаемость, уменьшает склонность к росту зерна при нагреве. Повышает коррозионную стойкость сплава.

Марганец Мn увеличивает прочность, прокаливаемость стали, ускоряет процесс цементации. Марганец является хо-рошим поглотителем, понижает температуру плавления и способствует удалению вредных сернистых соединений в сплаве.

Хром Сг придает сплаву красивую окраску, упрочняет сталь в результате растворения в железной основе и образования карбидов, повышает твердость сплава, устойчивость к кислотам и коррозии.

Молибден Мо оказывает сильное влияние одновременно на свойства твердого раствора и карбидной фазы, увеличивает прокаливаемость. Вводится в нержавеющие стали для улучшения межкристаллитной структуры. Придает сплаву мелкозернистость, что имеет большое значение для повышения прочности изделий, особенно мелких, какими являются элементы цельнолитного съемного зубного протеза.

Кремний Si вместе с марганцем придает сплаву жид-котекучесть и улучшает его литейные свойства. Выше оптимальных количеств (0,5%) появляется хрупкость сплава.

Ванадий V резко уменьшает склонность стали к росту зерна при нагреве, увеличивает стойкость к снижению твердости. Ванадий раскисляет сталь и улучшает ее свариваемость вследствие связывания углерода с карбидом.

Титан Ti и ниобий Nb повышают устойчивость против межкристаллитной коррозии за счет образования карбидов.

Титан способствует также образованию мелкозернистой структуры литых изделий. В табл. 18 приведены состав и механические свойства некоторых нержавеющих сталей.

Свойства. Нержавеющие стали представляют собой в основном сплавы железа и углерода с хромом, который сообщает им высокую коррозионную стойкость. Легирование некоторыми элементами (никель, титан, ниобий, марганец, кремний и др.) улучшает коррозионные и технологические свойства сплавов^ что позволяет применять их в ортопедической стоматологии. В основу обозначения легированных сталей положена буквенно-цифровая система. Легирующие элементы обозначаются русскими буквами. Цифры с левой стороны букв означают среднее содержание углерода: если две цифры — в сотых долях процента, если одна — десятых долях процента. Если цифра отсутствует, то содержание углерода в сплаве около 1%. Цифры после букв показывают примерное содержание легирующих металлов в процентах. Для марок легированных сталей установлены следующие буквенные обозначения легирующих элементов: С (кремний), Р (марганец), М (молибден). Например, марка 1Х18Н9Т означает, что данный сплав, кроме железа, содержит углерода и титана до 1%, хрома 18%, никеля 9%.

Вредными примесями в нержавеющей стали являются сера и фосфор, которые вызывают хрупкость стали при обработке на холоду (сера) и в горячем состоянии (фосфор). Допускается содержание этих примесей около 0,02%.

Основным легирующим элементом всех нержавеющих сталей является хром. Содержание хрома в сплаве для обеспечения его коррозионной устойчивости должно быть не менее 12— 13%. Соотношение между количеством хрома и углерода в сплаве определяет структуру сплава и, следовательно, его коррозионную стойкость. Углерод образует с хромом прочные химические соединения — карбиды. При выпадении карбидов твердый раствор вблизи их образования обедняется хромом. Возникающая неоднородность структуры приводит к снижению коррозионной устойчивости сплава.

Нержавеющие стали принято делить на две группы — хромистые и хромоникелевые. В цртопедической стоматологии нашли применение только хромоникелевые стали. Они обладают лучшими механическими и технологическими свойствами, чем хромистые, так как введение никеля повышает пластичность стали, придает ей мелкозернистую структуру и облегчает обработку давлением. Кроме того, весьма существенно, что хромоникелевые стали проявляют значительно большую коррозионную стойкость в растворах поваренной соли, кислот и в полости рта. Химическая стойкость хромоникелевых сталей связана с образованием пассивирующей пленки на их поверхности. Повышение содержания углерода способствует повышению твердости сплава, но при этом возникают благоприятные условия для снижения коррозионной устойчивости.

Наряду с высокими механическими и технологическими «свойствами аустенитным хромоникелевым сталям присущи недостатки. .При медленном охлаждении или длительном нагревании стали в температурном диапазоне 450—850°C из твердого раствора выпадают карбиды хрома Сг4С, Сг2С2 и Сг5С2. Вблизи таких областей твердый раствор обедняется хромом. Если содержание хрома в твердом растворе ниже 11,7%, то сталь теряет свою коррозионную стойкость. Поскольку выделение карбидов происходит по границам зерен, сталь приобретает склонность к опасной межкристаллитной коррозии. При пайке или сварке аустенитных хромоникелевых сталей необходимо учитывать возможность межкристаллитной коррозии. Опасным местом при пайке или сварке сталей обычно является зона, расположенная на расстоянии 3—5 мм от шва, так как в ней создаются благоприятные термические условия (450—850 °С) для образования карбидов хрома. В целях предотвращения межкристаллитной коррозии в хромоникелевые стали вводят титан или ниобий. Карбиды хрома могут возникать в сплаве только .при содержании углерода более 0,02%. Однако изготовление сталей с таким малым содержанием углерода связано с большими технологическими трудностями. Кроме того, низкоуглеродистые стали обладают плохими механическими показателями. В состав стали вводят элементы (титан, ниобий, тантал), обладающие большей склонностью, чем хром, к образованию карбидов с углеродом стали.

Таким образом, введение в сталь титана в пятикратном количестве по отношению к углероду предотвращает межкристаллитную коророзию, поскольку в этом случае хром не расходуется на образование карбидов.

Нержавеющие стали имеют высокую усадку при литье — до 3% и недостаточный предел пропорциональности — около 300 НМ/м2, что в два с половиной раза меньше, нем у кобальтохромового сплава. Этот показатель имеет существенное значение для сплавов, используемых для цельнолитых объемных зубных протезов, так как определяет величину нагрузки, вызывающую остаточную деформацию материала. Это значит, что низкий показатель предела пропорциональности нержавеющей стали приводит к деформации дуг и плохой фиксации кламмеров в протезах.

Лучшими литейными качествами, чем сталь 1Х18Н9Т (жид-котекучесть, плотность отливок и внешний вид), обладает сплав Х25Н19С2. Повышенная текучесть обусловлена тем, что сталь содержит почти в 3 раза больше кремния, а ее плотность и внешний вид — увеличенным количеством хрома и никеля. Нержавеющая сталь износоустойчива, легко штампуется и хорошо паяется припоем. После полировки она приобретает металлический блеск с серебристым оттенком. Механические свойства нержавеющей стали резко меняются после холодной деформации и наклепа. Сталь не обладает магнитными свойствами, под воздействием холодной обработки (нагартованная) становится слабо магнитной.

Для уменьшения твердости нагартованное изделие (например, гильзы) подвергается закалке в воде после нагрева при температуре около 1100°С. Нагрев осуществляется в течение 6—8 мин. Охлаждение надо производить быстро, так как медленное охлаждение не только снижает твердость, но, наоборот,, повышает ее за счет выделения карбидов хрома. Кроме того, создаются условия для межкристаллитной коррозии. Твердость нержавеющих сталей по шкале Мооса 5 МН/м2, плотность 7,2—7,8 г/см3, температура плавления 1400—1450 °С.

Хромоникелевые стали по коррозионной стойкости вполне пригодны для целей зубопротезирования. Они устойчивы в полости рта, во всех органических кислотах и щелочах. Устойчивость их против коррозии снижается с увеличением содержания углерода и уменьшением количества хрома, а также в результате холодной деформации (штамповка коронок). Влияние содержания хрома проявляется не монотонно, а скачкообразно. Холодная деформация и наклеп сопровождаются распадом твердого раствора с образованием карбидов хрома. Хорошо-отполированный протез меньше подвергается коррозии. Механические характеристики нержавеющей стали значительно превосходят показатели золотых сплавов. Например, твердость по Бринеллю золота 916-й пробы 330 МН/м2, а стали 1Х18Н9Т — 1450—1800 МН/м2, прочность на разрыв — соответственно 270 и 560—750 МН/м2.

Термическая обработка. Термической обработкой называются процессы теплового воздействия по определенным режимам с целью изменения структуры и свойств сплава. Такой обработке могут подвергаться металлы и сплавы, в которых возможны полиморфные превращения или в результате холодной обработки возник наклеп. На результат термической обработки оказывают влияние следующие факторы: время (скорость) и температура нагрева, продолжительность выдержки и время (скорость) охлаждения. Процесс термической обработки обычно изображают в виде графика в координатах температура — время (рис. 37). Различают следующие основные виды термической обработки: закалку, отжиг, отпуск и нормализацию.

Графики основных операций термической обработки

Закалка — термическая обработка металлов и сплавов, состоящая в нагреве сплава выше критической точки, выдержке при температуре нагрева и при последующем охлаждении с такой скоростью, которая обеспечивает образование неравновесной структуры.

При закалке отмечается не только высокий уровень твердости, но и повышенная хрупкость (рис. 37, 3).

Отжиг состоит в нагреве выше критической точки, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении (обычно в печи). При отжиге создаются условия для наиболее полного протекания процессов диффузии, в результате чего получается разновесная структура сплава (рис. 37, 1).

Отпуск заключается в нагреве закаленной стали до минимума температуры ниже критической точки. По мере повышения температуры отпуска диффузионные процессы интенсифицируются, что приводит к постепенному превращению неравновесной структуры закаленной стали в относительно равновесную структуру отпущенной стали. Последняя отличается от закаленной •стали меньшими внутренними напряжениями, большей пластичностью, вязкостью, меньшей твердостью (рис. 37, 4).

Нормализация (рис. 37, 2) заключается в нагреве выше критической точки, выдержке и охлаждении на воздухе. В результате нормализации структура стали становится менее неравновесной, чем после отжига. Это сообщает нормализованному металлу по сравнению с отожженным несколько большую прочность и твердость при незначительно пониженной пластичности. Основной целью отжига и нормализации является либо образование однородной равновесной структуры сплава, определяющей лучшую способность подвергаться тому или иному виду обработки, либо улучшение механических свойств по сравнению с термически необработанными сплавами.

Отжиг и нормализация чаще всего применяются для отливок и штамповок. Термин «закалка» в применении к нержавеющим сталям не означает повышения их твердости, а характеризует лишь быстрое охлаждение изделий, нагретых до 1100—1200 °С, при котором получается устойчивая аустенитная структура. Такая структура нержавеющих сталей по своим механическим показателям является лучшей. Однако при медленном охлаждении она неустойчива вследствие протекания диффузионных процессов. При температуре ниже 875 °С твердый раствор распадается, образуя перлитную структуру — механическую смесь феррита с цементом. При нагревании охлажденной до комнатной температуры стали в ней протекают в обратной последовательности все структурные изменения. Поскольку нержавеющие стали обладают оптимальными механическими и химическими показателями при аустенитной структуре, термическая обработка нержавеющей стали сводится к фиксации аустенитной структуры. Это достигается быстрым охлаждением в воде изделий из нержавеющей стали, нагретой до температуры 1100—1200 °С. При быстром охлаждении распад не успевает произойти и сохраняется аустенитная структура. В зубопротезной практике термическую обработку нержавеющих сталей осуществляют для снятия наклепа (уменьшения твердости), после механической обработки, штамповки и ковки, а также с .целью исправления структуры после литья или сварки изделия. Термическую обработку (отжиг) для снятия наклепа проводят, нагревая изделие до 500 °С с последующим медленным охлаждением на воздухе.

Применение. Нержавеющая сталь используется в ортопедической стоматологии в основном для изготовления несъемных протезов. В настоящее время литье изделий для несъемного зубопротезирования составляет около 90—93% от общего зубопротезного литья. С целью облегчения работы зубных техников нержавеющую сталь выпускают в виде различных заготовок: гильз, дуг, литых зубов, проволоки, лент, кламмеров. Из нержавеющей стали можно отливать промежуточные звенья в несъемном зубном протезе. После термической обработки поверхность протеза из нержавеющей стали покрывается черной окисной пленкой — окалиной. Перед шлифовкой и полировкой окалину удаляют обработкой химическими реактивами (отбелами).

Литье зуботехнических изделий из нержавеющей стали сопряжено с рядом трудностей:

  • 1) необходима высокая температура плавления стали (1400—1450 °С). Лучшие результаты достигаются при использовании высокочастотного литья;
  • 2) для литья требуется тугоплавкий формовочный материал;
  • 3) сталь легко окисляется при плавлении;
  • 4) в отливках часто образуются раковины.

Кобальтохромовые сплавы. Впервые кобальтохромовый сплав был введен в стоматологическую практику под названием Vitallium в 1933 г. Erde и Prange. Виталлиум (виталлий) создан в результате исследований Haynes, занимавшегося разработкой жаростойкого сплава для запальных свечей автомобиля. Кобальтохромовый сплав (КХС) отечественного производства по составу и свойствам идентичен сплаву марки ЛК-4, применяемому в авиационной промышленности. Высокие эксплуатационные, технологические и физико-механические свойства кобальтохромовых сплавов явились причиной того, что за последние 25 лет в стоматологии золотоплатиновый сплав стал вытесняться кобальтохромовыми сплавами для изготовления цельнолитых конструкций съемных протезов. Кобальтохромовые сплавы под различными торговыми марками (виталлиум, виптам, визил, вирилиум, тираниум, оралиум, рубанит, тикониум и др.) выпускаются многими фирмами Европы и США.

Состав. Основными компонентами кобальтохромовых сплавов являются хром, кобальт и никель, общее содержание которых в сплаве должно быть не менее 85%. Этот процент содержания Со, Cr, Ni не только определяет группу сплавов, но и гарантирует от коррозии в условиях полости рта. Свойства кобальтохромовых сплавов модифицируют добавкой легирующих элементов: молибдена, никеля, железа, кремния, углерода, ванадия, меди, бериллия, алюминия. Влияние легирующих элементов на свойства сплавов опнсано при рассмотрении составов нержавеющих сталей. Примерный состав кобальтохромовых сплавов: 60—65% кобальта, 25—30% хрома, 4,5—5,5% молибдена, 3—4% никеля, 0,5—0,6% марганца, 0,3—0,5% кремния, 0,2—0,3%) углерода, 0,5—0,7% железа, 0,2—0,7% алюминия, 0— 1,2% бериллия.

Составы некоторых кобальтохромовых сплавов

Для стоматологических целей медицинская промышленность выпускает кобальтохромовый сплав марки КХС (см. табл. 19). Коррозионное сопротивление сплава обеспечивается в основном высоким содержанием хрома, образующего пассивирующую пленку на поверхности сплава. Кобальт придает сплаву твердость. Для получения мелкокристаллической структуры и усиления прочности вводится молибден. Для сохранения свойств металла при различных его обработках необходимо оптимальное количество углерода. В качестве карбидообразующего элемента применяется вольфрам, который связывает избыток углерода. Марганец, кремний и железо улучшают качество отливок, повышает жидкотекучесть. В табл. 19 приведены составы некоторых кобальтохромовых сплавов.

Свойства. Кобальтохромовые сплавы по температуре плавления принято классифицировать на два типа:

  • 1) сплавы с температурой плавления ниже 1316 °С;
  • 2) сплавы, имеющие температуру плавления выше 1316 °С.

Для отливки изделий из сплавов второй группы применять формовочные материалы на гипсовой основе нельзя. Широкое внедрение кобальтохромовых: сплавов обусловлено их высокими физико-механическими свойствами, относительно малой плотностью и отличной жидкотекучестью, позволяющей отливать ажурные зуботехнические изделия высокой прочности. Кобальтохромовые сплавы имеют ряд существенных преимуществ перед благородными сплавами.

Например, модуль упругости золотоплатинового сплава 1•10-3 МН/м2 в 2,5 раза ниже модуля упругости сплава КХС. Следовательно, в протезе, изготовленном из золотоплатинового сплава, отдельные конструктивные элементы должны примерно в 2,5 раза быть усилены за счет увеличения сечения. Иначе, например, дуга будет чрезмерно податливой и не обеспечит надлежащего распределения нагрузки на опорные зубы. Плотность золотоплатинового сплава (20 г/см3) в 2,5 раза выше, чем у сплава КХС. Высокий модуль упругости и меньшая плотность позволяют изготовлять более легкие и более прочные протезы из кобальтохромовых сплавов. Твердость сплава КХС по Бринеллю 2500 МН/м2, а золотоплатиновых сплавов 300 МН/м2, т. е. кобальтохромовые сплавы более чем в 8 раз тверже. Протезы из КХС устойчивее против истирания и длительнее сохраняют зеркальный блеск поверхности приданный полировкой.

Сплав КХС обладает хорошими литейными свойствами, жидкотекучестью, не ликвирует (не происходит внутрикристал-лической ликвации при охлаждении). Сплав отличается твердостью, прочностью и упругостью. Прочность при растяжении 700 МН/м2, твердость по Бринеллю 2500 МН/м2, плотность 8 г/см3. Температура плавления сплава (точка на линии ликвидуса) 1458°С, температура затвердения сплава (точка на линии солидуса) 1393°С. Таким образом, температурный интервал кристаллизации сплава составляет 65°С. Отливка из сплава КХС для повышения жидкотекучести проводится с перегревом не менее 100°С. Сплав выдерживает перегрев до 200 °С, при котором структура отливки не ухудшается. Большой температурный интервал отливки облегчает получение качественного литья. Свободная усадка кобальтохромовых сплавов достигает 1.8—2%. Усадка не является однозначной величиной и зависит от сложности конфигурации отливки, прочности и температуры формы и температуры расплавленного металла при заливке его в форму. За счет технологических приемов часть усадки может быть скомпенсирована, и конечная усадка деталей зуботехнических протезов может составлять только десятые доли процента. Сплав КХС относится ко второй группе кобальтохромовых сплавов. Поскольку его температура плавления (1450°С.) выше 1316 °С, при отливках зуботехнических изделий из него необходимо применять формы из силикатных формовочных материалов. Свойства кобальтохромовых сплавов приведены в табл. 20.

Физико-механические свойства некоторых кобальтохромовых сплавов

Термическая обработка. Каркас бюгельного протеза во время жевания подвергается многократному изгибу, поэтому, помимо прочности и твердости, должен обладать необходимыми эластичными (пружинными) свойствами. Это может быть достигнуто только термической обработкой. Предлагаемые режимы термической обработки кобальтохромовых зуботехнических изделий различными авторами часто противоречивы. Теоретически и экспериментально наиболее обоснованы режимы термообработки, предложенные В. П. Панчоха.

Влияние термической обработки на свойства отливок из КХС

В табл. 21 приведены данные, полученные В. П. Панчохой при исследовании влияния температурно-временных режимов на физико-механические свойства отливок из сплава КХС. Анализ этих данных позволяет сделать ряд практических выводов для термообработки. При медленном охлаждении отливок наблюдается низкий предел выносливости (265 МН/м2), что объясняется их повышенной хрупкостью (твердость по Бринеллю 2610 МН/м2). В микроструктуре сплава возникают карбиды, расположенные по границам зерен. При быстром охлаждении в воде происходит аустенизация и не образуются эвтектоидные участки и карбиды. При этом удлинение увеличивается с 3,8 (медленное охлаждение) до 8,5%. Низкое значение удлинения свидетельствует о тенденции сплава к остаточным деформациям при нагрузках. Зуботехнические кобальтохромовые сплавы не склонны давать остаточную деформацию при значении текучести выше 460 МН/м2. Оптимальный набор свойств сплава получается при температурио-временном режиме III (рис. 38).

График усталости образцов КХС

Исходя из особенностей технологии изготовления бюгельных протезов, согласно которой необходима механическая обработка отлитых каркасов, их припасовка на модели и в полости рта, а также, учитывая экспериментальные данные, В. П. Панчоха рекомендовал следующий режим термообработки: быстрое охлаждение в проточной воде после заливки формы и двухминутная выдержка на воздухе. Полученный при этом каркас бюгельного протеза, обладающий небольшой твердостью и высокой пластичностью, хорошо поддается механической обработке и припасовке. После шлифовки и полировки для придания конструкции оптимальных свойств (выносливость, пружинные свойства) отливку подвергают отжигу при 700 °С в течение 15 мин, а затем медленно охлаждают вместе с печью. Отжиг каркаса для предупреждения коробления проводят на огнеупорной модели. Для предупреждения окисления каркаса его покрывают жаростойкой обмазкой.

Применение. Сплав КХС выпускается в виде цилиндрических заготовок массой 10 и 30 г, упакованных По 5 и 15 шт. Он предназначен для изготовления различных конструкций цельнолитых бюгельных съемных зубных протезов, съемных шинирующих аппаратов, применяемых при пародонтозе, литых кламмеров и других деталей к зубным протезам и челюстным аппаратам. Сплав КХС целесообразно применять для изготовления отдельных конструктивных элементов протеза, к которым предъявляются высокие требования прочности и упругости. Кобальтохромовые сплавы не поддаются штамповке, паянию и изгибу и применяются только для изготовления литых изделий. В настоящее время кобальтохромовые сплавы являются единственными сплавами, позволяющими изготавливать любые современные конструкции цельнолитых зубных протезов. Сочетание высокой прочности и вязкости материала позволяет создавать облегченные конструкции зубных протезов, для которых характерны эластичность, отсутствие деформаций и поломок. Высококачественные стоматологические конструкции обеспечиваются не только свойствами: кобальтохромовых сплавов, но и оптимальной технологией литья. Работами ЦНИИС (С. Д. Богословский) и Одесского-научно-исследовательского института стоматологии (Н. И. Дедов) установлено, что высокое качество отливок можно получить только применяя индукционную плавку токами высокой частоты. Для применяемых в ортопедической стоматологии аустенитных, легированных многими элементами нержавеющих и кобальтохромовых сплавов вид нагрева имеет существенное значение. При плавке электродугой и кислородно-ацетиленовым пламенем происходят угар легирующих элементов, окисление и науглероживание сплава. В результате отливка теряет прочность, пластичность, возникает хрупкость. В отливках, полученных при плавке электродугой, содержание углерода увеличивается сверх нормы на 0,25—0,45% (по данным ЦНЙИС), при отливке с плавкой ацетилено-кислородным пламенем — на 0,15—0,40%. При незначительном изгибе образцы ломаются.. При высокочастотной плавке содержание углерода уменьшается на 0,5%, а образцы можно подвергать изгибу на 95—100°С. Равномерный нагрев всей массы металла и сохранение постоянства химического состава сплава позволяют получить наилучшую микроструктуру отливки.



Наряду с качественной плавкой для получения сложных тонких конструкций необходимо соблюдать следующие основные условия:

  • 1) заливку расплавленного металла производить в предварительно нагретую до 750—900 °С форму. Это позволяет в 3—4 раза увеличить жидкотекучесть и частично компенсировать усадку металла;
  • 2) расплавленным металлом возможно скорее залить форму. Разрыв между концом плавки и началом заливки должен быть не более 4 с;
  • 3) для обеспечения заполнения полости формы центробежное уплотнение должно быть около 0,2 МН/м2.

Полученная отливка после удаления литника подвергается предварительной очистке одним из трех способов:

  • 1) металлической щеткой диаметром 100—150 мм, приводимой во вращательное движение электромотором;
  • 2) химической очистке;
  • 3) очистке в корундоструйном аппарате.

Хорошие результаты дает химическая очистка отливки в расплавленной гидроокиси калия при 360 °С в течение 2 мин, после чего отливку быстро переносят в сосуд с водой. При химической очистке изделие освобождается от остатков керамических покрытий. Быстро (2—4 мин) очищают литье в корундоструйном аппарате. Аппарат герметичен, не пылит и не требуется вытяжной шкаф. От литниковой системы отливка освобождается при помощи тонкого (1 — 1,5 мм) прорезного вулканитового абразивного круга диаметром 100—150 мм. После очистки от остатков формовочного материала и удаления литниковой системы отливку подвергают контролю па выявление возможных дефектов литья. Контроль проводят с использованием лупы с кратностью увеличения не менее 6. В процессе литья могут возникнуть следующие дефекты: раковины и поры, посторонние включения в отливке, наплывы и шарики на поверхности изделия, недоливы и швы, горячие и холодные трещины.

Раковины могут быть газовые и усадочные. Газовые раковины возникают при неполном удалении воска и недостаточного обжига литейной формы, вследствие чего возникает большая газонапорность. Усадочные раковины, имеющие шероховатую окисленную поверхность, а также поры появляются при отсутствии или неудачном размещении прибылей, неправильном размещении литниковой системы, а также при недостаточном центробежном уплотнении. Для предотвращения появления этого вида брака необходимо:

  • 1) провести обжиг литейной формы при температуре 850—900°С в течение 25 мин;
  • 2) тщательно удалить перед обжигом воск из литейной формы;
  • 3) достаточное сечение литьевых каналов 7—12 мм2;
  • 4) точное соблюдение температурно-временного режима литья.

Посторонние включения в отливке представляют собой частички формовочного материала, шлака, минеральных остатков, воска. Причины — небрежная работа, некачественный этилси-ликат, а также материал огнеупорных моделей.

Наплывы и шарики на поверхности появляются в результате плохой смачиваемости восковой модели обмазочным слоем, использования некачественного этилсиликата, недостаточной толщины обмазочного слоя и размывки его при выплавке восковой модели, а также при повышенной влажности литейной формы.

Недоливы и швы возникают при недостаточной температуре литейной формы или сплава, недостатке металла, недостаточного центробежного уплотнения и встречи в литейной форме двух потоков (стык) металла.

Появлению горячих трещин способствуют резкие переходы в отливке от малых к большим сечениям, наличие острых граней и узлов, где концентрируются напряжения, а также плохая податливость материала формы, затрудняющая усадку металла. Они, как правило, порождаются внутренними напряжениями при отделении литников и при затвердевании отливки. Для предотвращения трещин при изготовлении восковой модели надо избегать резких переходов сечений, острых углов и граней в конструктивных элементах восковой модели. Литейную модель не следует делать очень плотной за счет чрезмерного введения связки или излишней вибрации.

Завершающими операциями изготовления цельнолитого съемного протеза являются зачистка, шлифовка и полировка. Зачистка (удаление заусениц и зачистка поверхности) проводится абразивными кругами и фасонными головками. Цель шлифования — сгладить на поверхности риски и неровности и подготовить поверхность к полировке. Полировку осуществляют с использованием полирующих паст, например пасты ГОИ. Полировку каркаса протеза из КХС можно проводить электрохимическим способом в ванне с электролитом следующего состава: этиловый спирт — 120 мл, ортофосфорная кислота — 120 мл, серная кислота (у=1,84) — 120 мл, этиленгликоль — 540 мл, вода дистиллированная — 120 мл. В качестве ванны можно использовать фарфоровый сосуд или емкость из поли-винилхлорида. Источником тока может быть выпрямитель ВС-24 или другой. В качестве катода используют пластинку из нержавеющей стали размером 75X40X1 мм, анодом является протез. При силе тока 2 А полировку продолжают 10—15 мин,, после чего протез промывают в проточной воде.

Золото, серебро, платина, палладий и сплавы на их основе. Рассеянные в природе золото, платина, серебро, палладий, осмий, иридий, рутений и родий, отличающиеся химической стойкостью, тугоплавкостью, ковкостью, тягучестью и красивым внешним видом, получили название благородных (драгоценных) металлов. В ортопедической стоматологии нашли применение следующие благородные металлы: золото, серебро, платина, палладий и в небольших количествах иридий, родии и рутений.

Золото — металл желтого цвета с ярким металлическим блеском. Встречается в природе в самородном состоянии в виде золотых руд и в качестве примеси в медных и полиметаллических рудах. Плотность золота 19,3—19,33 г/см3, температура плавления 1064°С. Механические свойства золота характеризуются следующими данными: твердость по Бринеллю» 185 МН/м2, относительное удлинение 40—50%, предел упругости 140 МН/м2, сопротивление на разрыв 270 МН/м2. Золото обладает исключительной пластичностью и высокой степенью коррозионной устойчивости даже в агрессивных средах. При нормальной температуре только хлор и бром могут непосредственно соединяться с золотом. Небольшие примеси некоторых элементов резко меняют его свойства. Так, присутствие 0,06% свинца делает невозможной обработку золота давлением, а 0,2% приводит к хрупкости. Значительно снижает возможность обработки золота прокаткой присутствие в нем 0,1% висмута или теллура, а 0,1% сурьмы вызывает растрескивание при прокатке. На свойства золота влияет присутствие даже следов ртути. В чистом виде золото используется ограниченно, только в качестве пломбировочного материала. Для изготовления зуботехнических изделий применяют сплавы золота с серебром, платиной, палладием, медью, цинком, иридием в различных качественных и количественных сочетаниях.

Фольга. Золото — самый пластичный металл. Из 1 г его можно вытянуть проволоку длиной 2000 м, а фольга толщиной 0,23•10-8 мм получается сплошной. В зарубежной стоматологической практике в качестве пломбировочного материала используется золото в виде фольги или порошка высокой дисперсности. Фольга выпускается в виде книжечек массой 3,1 г или свернутой в форме цилиндра. Площадь листка составляет 10 см2. Количество листков в книжечке зависит от толщины фольги.

Конструкционные сплавы. Золотые конструкционные сплавы представляют собой многокомпонентные системы. В состав сплава могут входить в различных количественных соотношениях следующие элементы: золото, серебро, платина, палладий, индий, рутений, родий, медь, цинк. Благородные металлы придают сплавам коррозионную устойчивость, эстетические свойства, а медь и цинк являются добавками модифицирующими физические свойства (точка плавления сплава, способность к термической обработке и др.).

Ингредиенты золотых сплавов. Серебро встречается в природе как в самородном виде, так и в соединениях с другими элементами. Серебро — металл белого цвета с оттенком, зависящим от освещения. Кристаллическая решетка — куб с центрированными гранями. Физико-механические свойства серебра приведены в табл. 22. Серебро легко перерабатывается в изделия давлением, при температуре 1400—1600 °С в час испаряется около 1% серебра. Реагирует с сернистыми соединениями, хлором, фосфором. При затвердевании окклюдирует кислород. Поскольку серебро неустойчиво против коррозии в полости рта из-за наличия в слюне сернистых и хлористых соединений, в чистом виде оно не пригодно для изготовления стоматологических конструкций.

Свойства металлов

Серебро используют в качестве компонента конструкционных сплавов, припоя, с целью изготовления штифтов для корневых каналов зубов и серебряных амальгам. Серебро образует с медью и цинком сплавы, которые находят широкое применение. Сплав 90% Ag и 10% Сu — для чеканки серебряных монет (монетное серебро) и 93% Ag, 7% Сu (так называемое стерлинговое серебро) обладают хорошей жидкотекучестью и тверже серебра. Сплав Ag с Zn используется для припоев. В золотых стоматологических сплавах серебро эффективно нейтрализует красный цвет, вызываемый медью, а палладиевым и платиновым сплавам придает белый цвет. Серебро, платина и палладий улучшают твердость, эластичность золотых сплавов.

Платина встречается в природе в самородном состоянии. Платина имеет сероватый цвет и металлический блеск. Физико-механические характеристики приведены в табл. 25. Платина тверже золота, серебра и меди. Отличается высокой химической стойкостью. С кислородом не соединяется даже в раскаленном состоянии. Растворяется только в смеси азотной и хлористоводородной кислот: (царской водке). Присадка к меди резко повышает твердость сплава, поэтому платину вводят в золотые сплавы, содержащие медь для повышения твердости. Более вьн сокая температура плавления (1773,5°С), чем фарфора, близкие термические коэффициенты линейного расширения (4,1 • 10-6 для фарфора и 8,9 • 10-6 для платины) и коррозионная устойчивость при высоких температурах позволяют примем нять платину в виде фольги для изготовления фарфоровых вкладок и фарфоровых коронок.

Платина используется для штифтов при изготовлении мостовидных протезов и коронок, крампонов в фарфоровых зубах. Она увеличивает твердость и эластичность золотых сплавов и несколько гасит желтый цвет сплава. Золотые сплавы содержат от 5 до 8% платины. При получении сплавов сначала расплавляют низкоплавкие металлы, а затем платину.

Палладий — металл серебристо-белого цвета, несколько тверже платины. Физико-механические свойства палладия приведены в табл. 22. По способности обрабатываться давлением несколько уступает платине. Легко поддается ковке и прокатыванию. В химическом отношении довольно стойкий металл. С кислородом начинает реагировать только при температуре 700—900 °С. Палладий отличается высокой окклюдирующей (растворяющей) способностью. При 20 °С в 1 объеме металла может раствориться до 800 объемов водорода. В чистом виде палладий не применяется. Чаще всего используется в сочетании с золотом и серебром. При содержании более 5% вызывает побеление золотого сплава. Сплав палладия, золота и платины не поддается закалке. Из него изготовляют проволоку (сплав ПЗП). Сплавы, содержащие большое количество палладия и серебра, получили название белых золотых сплавов. Эти сплавы иногда рассматривают как заменители желтых золотых сплавов.

Иридий и родий встречаются в виде природных сплавов с платиной (1,3% родия, до 5% иридия) и другими металлами. Родий весьма малоактивный металл, который не растворяется даже в царской водке. Характеризуется высокой стойкостью к потускнению, а по отражательной способности уступает только серебру. Плотность его 12,41 г/см3, твердость по Бринеллю 1010 МН/м2, по Моосу 6 МН/м2, температура плавления 1966 °С, коэффициент термического линейного расширения 8,5•10-6 °С-1. Иридий — твердый, хрупкий серо-стального цвета металл с температурой плавления 2454°С. Твердость по Бринеллю 1720 МН/м2, по Моосу 6,5 МН/м2, относительное удлинение 2%.

Индий — мягкий серебристо-белый металл с температурой плавления 156 °С, плотность 7,28 г/см3, твердость по Бринеллю до 40 МН/м2. Индий пластичен, но вытянуть из него проволоку нельзя, так как она рвется при нагревании. Индий сохраняет светлый оттенок. Повышает твердость сплавов меди и серебра.

Присутствие индия улучшает смачиваемость сплавов, поэтому рекомендуется вводить его в серебряные припои для улучшения их смачиваемости, а также снижения температуры плавления. Используется так же, как заменитель цинка. Небольшие количества иридия и родия иногда присутствуют в зуботехнических сплавах как примеси в платине и золоте. В количестве до 0,3% используются в качестве легирующих элементов, ответственных за размер зерна литого золотого сплава.

Медь в чистом виде применяется при получении оттисков (техника медного кольца). Измельченная медь входит в состав некоторых формовочных материалов для литья золотых сплавов. Медь является компонентом медно-амальгамовых сплавов. В золотых сплавах медь является важным ингредиентом, который сообщает прочность и твердость сплаву, углубляет цвет сплава, а в количествах более 12% обеспечивает способность сплава к термообработке. С серебром медь образует сплавы повышенной твердости, но с более низкой температурой плавления, чем у серебра. Физико-механические свойства меди представлены в табл. 25.

Системы обозначения проб благородных металлов. Пробой благородного металла называется массовое содержание золота, серебра или платины в единице лигатурного металла (сплава). Известны три системы проб: метрическая, каратная и золотниковая (табл. 23).

Обозначение проб в различных системах

В большинстве стран общепринятой является метрическая система обозначения проб. В СССР она введена с 1926 г. По этой системе проба обозначается числом граммов золота (серебра, платины) в 1000 г лигатурной массы сплава, причем чистому металлу соответствует 1000-я проба. Наряду с этой системой в США, Англии и некоторых других странах еще сохранилась так называемая каратная система, по которой золото высшей чистоты отвечает 24-й пробе (24 карата). Переход от каратной к десятичной системе можно выполнить, используя соотношение:

где К — число каратов; П — проба по десятичной системе.

В дореволюционной России существовала система обозначения проб, которая была построена на основе русского фунта, содержащего 96 золотников. По золотниковой системе чистое золото содержит 96 золотников. В настоящее время в СССР применяют только десятичную систему, но за рубежом еще часто пользуются каратной системой (США, Англия, Швейцария и др.).

В ортопедической стоматологии широко используются три золотых сплава, имеющие марки ЗлСрМ 900—40 (ГОСТ 6835—71), ЗлСрКдМ 750—30 (ТУ № 48—07— 255—72) и ЗлПлСрМ 750—90—80 (ТУ № 48—07—324—73). Сплав ЗлСрМ 900—40 (900-я проба) применяется для изготовления штампованных деталей зубных протезов, литых зубов и мостовидных протезов. Сплав ЗлПлСрМ 750—90—80 в основном используется для отливки бюгельных зубных протезов, сплав ЗлСрКдМ 750—30 — в качестве припоя, а также для заливки внутренней поверхности коронок в области режущего края и жевательной поверхности.

Классификация золотых сплавов. Золотые зу-ботехнические сплавы в зависимости от их физических свойств принято делить на четыре типа: I — мягкий, II — средний, III — твердый и IV — сверхтвердый. Сплавы должны соответствовать требованиям, приведенным в табл. 24.

Состав и физические свойства золотых сплавов

Сплав типа I используется для конструкций, которые подвергаются слабой нагрузке (некоторые виды вкладок). Эти сплавы обычно используют при прямой технике, и они имеют самое ограниченное применение. Сплавы типа II применяют для конструкций, которые подвергаются умеренной нагрузке: коронок 3/4, креплений (анкеры), промежуточных звеньев мос-товидных протезов, литых вкладок, коронок, седел. Сплавы типа III используют для конструкций, подвергающихся большой нагрузке: коронок 3Д, полукоронок, тонких литых вкладок, элементов мостовидных протезов, которые нельзя изготовить иа сплавов типа I и II, коронок. Сплавы типа IV используют для изготовления изделий с тонкими сечениями, которые подвергаются очень большим нагрузкам (седла, кламмеры, коронки и др.). Резкой границы использования сплавов не существует. Можно, например, из сплава типа III изготовить деталь, несущую среднюю нагрузку. Однако нельзя из сплава типа I или II изготовить конструкцию, которая должна быть сделана из сплава типа III. Часто используют термины желтые и белые золотые сплавы, отличающиеся цветом. Отличие этих двух групп сплавов обусловлено содержанием в них платины и палладия. К желтым относят сплавы, которые содержат менее 5% платины и палладия.

Состав желтых золотых сплавов. Каждый тип сплава может иметь ряд составов с определенным интервалом концентраций каждого ингредиента (металла). Состав зуботех-нических желтых золотых сплавов приведен в табл. 25.

Состав зуботехнических литьевых сплавов

Сплавы типов II, III и IV могут содержать вместо цинка индий и небольшое количество родия. В сплавах от I к IV уменьшается содержание золота и увеличивается количество меди и цинка. В сплаве типа III максимальная концентрация серебра (до 26%). Содержание благородных металлов в сплавах примерно от 70 до 90%. Нагрев сплавов, содержащих большое количество меди и цинка, до температур, близких к плавлению, рекомендуется проводить в восстановительной среде или использовать небольшое количество флюса. В количестве 0,3% иридий, родий и рутений играют роль модификаторов (образуют зародыши кристаллизации) и придают сплаву мелкозернистую структуру.

Свойства желтых золотых литьевых сплавов. Эксплуатационные свойства золотых стоматологических конструкций достаточно полно оцениваются следующими механическими характеристиками сплавов:

  • 1) предел пропорциональности;
  • 2) прочность на растяжение;
  • 3) относительное удлинение;
  • 4) твердость по Бринеллю.

Иногда вместо предела пропорциональности указываются значения эластичности и конечной прочности. В табл. 26 приведены механические свойства литьевых сплавов.

Механические свойства зуботехнических литьевых сплавов

При переходе от сплава типа I к сплаву типа IV увеличиваются прочность на растяжение в среднем в 2,8 раза, предел пропорциональности — в 7 раз, твердость — в 3,2 раза, а удлинение уменьшается в 1,2—7 раз. Уменьшение относительного удлинения характеризует утрачивание ковкости и появление тенденции к хрупкости. Показатели твердости также свидетельствуют об изменении ковкости и хрупкости. Поскольку предел пропорциональности отражает сопротивление сплава постоянной деформации при нагрузке, можно отметить, что сплавы с более высокой твердостью и с большим значением предела пропорциональности лучше противостоят изгибу или деформации. Сплавы типа I и II имеют твердость ниже 1000 МН/м2 и, что важно, не подвергаются термической обработке. Это объясняется тем, что в них не образуется химического соединения AuCu, ответственного за изменение свойств сплава при различных температурно-временных режимах нагрева и охлаждения. Сплавы типа III и IV, имеющие более высокое содержание меди и других компонентов, поддаются термической обработке. В табл. 26 приведены данные для мягкой (5) и твердой (Я) закалки.

Диапазон твердости сплавов типа I по Бринеллю 400— 750 МН/м2. Сплавы такой твердости обычно достаточно ковки. Удлинение (20—35%) и предел пропорциональности 55— 105 МН/м2 этих сплавов показывают их легкую деформируемость под воздействием нагрузок, вызываемых даже ручными инструментами. Сплавы достаточно податливы и хорошо адаптируются. По составу сплавы типа I приближаются к золотому сплаву 916-й пробы (22 карата).

Сплавы типа II имеют твердость по Бринеллю 800— 900 МН/м2. Предел пропорциональности несколько выше, чем у сплавов типа I, удлинение почти такое же. Сплавы обладают достаточной ковкостью, но адаптируются несколько хуже сплавов типа I. Сплавы типа II эстетичны, отличаются хорошей технологичностью, но механические свойства ограничивают область их применения.

Сплавы типа III: твердость по Бринеллю 950—1150 МН/м2. Хорошо поддаются термической обработке, эстетичны. Термическая обработка не влияет практически на твердость этих сплавов, но позволяет уменьшить удлинение на 5—15% при той же операции термообработки в зависимости от состава сплава. Способность этих сплавов подвергаться термообработке должна учитываться при пайке.

Сплавы типа IV: твердость по Бринеллю 1300 МН/м2 в мягком состоянии (S) и 235 МН/м2 после закалки в твердом состоянии (Н). Термическая обработка сплавов вызывает наименьшие изменения по твердости и удлинению. Относительное удлинение может уменьшаться от 20 до 4% и менее. Принято считать, что сплавы, имеющие удлинение 4—6%, не обладают избыточной хрупкостью при эксплуатации изделий из них в условиях полости рта. Таким образом, при нарушении технологии термической обработки можно получить отливки с хрупкостью выше критической. При закалке изделий из сплавов типа IV предел пропорциональности может возрасти от 275 до 520 МН/м2 и более. Такое увеличение прочности может тоже оказаться критическим для съемных и несъемных протезов. Модуль эластичности золотых зуботехнических сплавов находится в диапазоне 75000—105000 МН/м2 в зависимости от состава сплава. В этих пределах изменяется модуль эластичности внутри каждого типа сплавов. Среднее значение модуля эластичности для всех типовых сплавов 90 000 МН/м2 и термическая обработка существенно не сказывается на его величине. Желтые и белые сплавы независимо от их типа имеют примерно равные температурные диапазоны кристаллизации (плавления). В табл. 27 по второй колонке число слева отвечает температуре солидуса, справа — ликвидуса. Сплавы II, III и IV кристаллизуются в интервале 70° С, у белых сплавов температурный интервал кристаллизации 80—85 °С. В третьей колонке табл. 30 приведены диапазоны температур ликвидуса для различных сплавов. Они имеют практическое значение для сравнения с температурами плавления припоев. Припой должен иметь температуру плавления ниже, чем конструкционный сплав.

Температура плавления металлов и диапазоны кристаллизации зуботехнических золотых сплавов

Белые золотые сплавы, содержащие более 5% в сумме Pd, Pt, Ag, используются в ортопедической стоматологии с 1935 г. Первый запатентованный в 1934 г. сплав имел состав (%): 5—15 Au; 20—30 Pd; 37—50 Ag; 10—20 Си; 0,5—5 In. В 1935 г. появился сплав следующего состава (%): 25—65 Аи; 2—25 Pd; 10—33 Ag; 10—25 Си; 0,5—5 In; 0,5—10 Pt. Состав некоторых наиболее распространенных сплавов приведен в табл. 28.

Состав белых литьевых сплавов

Свойства белых золотых сплавов. Белые золотые сплавы в зависимости от физических характеристик классифицируются на четыре типа (см. табл. 25). Белый цвет этим сплавам придают палладий и серебро. Ряд зуботехнических изделий из белых сплавов более эстетичны. Большое содержание палладия проявляется еще в тенденции белых сплавов к окклю-дированию газов при литье. Длительный нагрев даже при относительно низких температурах вызывает потускнение и окисление этих сплавов. Белые сплавы менее стойки к окислению, чем желтые. Они менее технологичны при литье. Получать качественные отливки можно только при строгом соблюдении технологических параметров. Белые сплавы принято делить на две группы: 1—не подвергающиеся термообработке закалкой; 2 — подвергающиеся закалке. Это различие свойств вызвано тем, что сплавы первой группы содержат меди 6—10%, а второй—20—25%. В белых сплавах 1 не образуется химическое соединение AuCu, а следовательно, не создается упорядоченная структура (рис. 39), улучшающая механические характеристики. В табл. 29 приведены свойства белых золотых сплавов. При термической обработке твердость, удлинение и увеличение предела пропорциональности белых сплавов изменяются больше, чем желтых сплавов. Многие белые сплавы содержат суммарное количество палладия и серебра от 64 до 70% и только 10— 20% золота, 15—20% Си, 1—2% цинка и индия. Такие сплавы правильнее называть серебряно-палладиевыми.

Упорядоченная  структура соединения

Серебряно-палладиевые сплавы. Состав. В Советском Союзе используются четыре серебряно-палладиевых сплава, разработанных В. Ю. Курляндским, И. А. Андрющенко, И. А. Красносельским и Е. А. Ивановым (1975). Суммарное количество серебра и палладия в этих сплавах очень велико и колеблется от 64,4 до 99,6%. Эти сплавы по физико-механическим свойствам аналогичны золотым сплавам. В полости рта они не создают значительных микротоков (выше 1—5 мА) как между собой, так и в сочетании с золотыми сплавами. Составы сплавов приведены в табл. 30. Кроме серебра и палладия, сплавы содержат небольшие количества легирующих элементов (цинк, кадмий).

Механические свойства белых литьевых сплавов

Сплавы поставляются в виде дисков, полос, ленты и проволоки. Сплав Пд-250 выпускается в виде дисков толщиной 0,3 мм, диаметром 18, 20, 23 и 25 мм, а также полос толщиной 0,3 мм. Сплав Пд-190 в виде дисков толщиной 1 мм, диаметром 8 и 12 мм и лент толщиной 0,5; 1 и 1,2 мм. Сплав Пд-150 поставляется в виде пластинок размером 1x5x5 мм. Сплав Пд-140 выпускается в виде проволоки диаметром 1,2; 1,4 и 2 мм.

Составы серебряно-палладиевых сплавов

Свойства. Сплавы серебряно-палладиевые при нагревании проявляют тенденцию к окклюзии газов, что делает их несколько менее технологичными по сравнению с золотыми сплавами. Для снижения газонасыщения и предохранения от окисления при отливках применяют флюс. В качестве флюса используют безводный борат натрия Na2B4O7•10Н2O (бура). Для удаления кристаллизационной воды борат натрия нагревают. Обезвоженный борат натрия Na2B4O7 перед применением измельчают в ступке. В табл. 31 приведены физико-механические характеристики серебряно-палладиевых сплавов.

Физико-механические свойства палладиевых сплавов

Температурный диапазон кристаллизации, физико-механические и технологические свойства серебряно-палладиевых сплавов существенно зависят от постоянства их состава. В процессе плавки, особенно если она проводится медленно, интенсивно окисляются и испаряются легирующие элементы цинк и кадмий. С выгоранием цинка и кадмия повышается температура плавления и ухудшаются технологические свойства сплава, поэтому остатки сплава рекомендуется использовать как добавки (до 50%) в свежий сплав. Применение зубных протезов из серебря-но-палладиевых сплавов в сочетании с конструкциями из нержавеющей стали недопустимо, так как образуется гальванический элемент в полости рта и в результате возникают условия хронической интоксикации.

Применение. Из сплава Пд-250 изготовляют штампованные детали зубных протезов (коронки, базисы съемных протезов и другие конструкции). Изготовление штампованных коронок из сплава Пд-250 производится по технологии, принятой для золотого сплава 900-й пробы (ЗлСрМ 900—40). При обработке серебряно-палладиевых сплавов надо избегать загрязнения их вредными примесями (свинец, олово, сурьма, сера, ртуть, висмут). При вытяжке гильз пуансоны и матрицы рекомендуется смазывать веретенным маслом для облегчения вытяжки гильзы и предохранения от внедрения в изделие легкоплавкого сплава, содержащего олово, свинец и висмут. Штамповку коронок из серебряно-палладиевого сплава производят роговым молотком. После протяжки гильзы подвергают отжигу при 600 °С. Эта температура приблизительно соответствует красному цвету нагреваемого изделия. Перегрев сплава может привести к ухудшению его физико-механических свойств/. Перед термической обработкой изделие тщательно надо очистить от легкоплавкого сплава и подвергнуть травлению в 25% рас-TBqpe хлористоводородной и серной кислот. Из сплава Пд-190 изготовляют литые детали зубных протезов, а из сплава Пд-150 — зубные вкладки. Восковая модель обезжиривается и формуется в кювете формовочными массами, применяемыми для отливки зубных деталей из золота (силаур, аурит, экспо-дент). Сплав Пд-190 плавится пламенем паяльного бензинового аппарата. Заполнение формы расплавленным металлом производится с помощью центрифуги или на литейной вакуумной установке. Сплав Пд-140 применяется для заливки жевательной поверхности и режущего края внутренней части коронок. Пайка деталей серебряно-палладиевого протеза производится припоем ЗлСрКдМ 750—30.

Высокотемпературные литьевые сплавы. Использование фарфора в качестве конструкционного материала при изготовлении несъемных зубных протезов потребовало создания новых высокотемпературных сплавов — фарфоровой эмали и методик литья. Комбинация фарфора с металлом позволяет получить эстетичные, точные с хорошей припасовкой протезы, сочетающие эстетические свойства фарфора с физико-механическими свойствами металла. Разработан ряд сплавов, которые могут сочетаться с фарфором. Специальные сплавы для этой цели имеют высокую точку плавления и не меняют цвета при совмещении с фарфором. Сплавы, имеющие цвет золота, содержат в основном золото, платину, палладий и серебро с небольшими количествами олова, иридия или железа. Известен сплав, состоящий из палладия, серебра и рутения. Кроме благородных сплавов, применяют для фарфоровых облицовок сплавы кобальтохромомых типов.



Высокотемпературные литьевые сплавы должны соответствовать следующим требованиям:

  • 1) обладать термическим коэффициентом линейного расширения, близким к фарфору и меньшим, чем у желтых золотых сплавов;
  • 2) иметь температуру плавления выше, чем у фарфора;
  • 3) не вызывать изменение цвета фарфора;
  • 3) иметь высокий модуль упругости, что обеспечивает жесткость конструкций с тонкими элементами;
  • 5) обладать коррозионной устойчивостью в условиях полости рта;
  • 6) быть технологичными.

Удлинение этих сплавов небольшое и это свидетельствует, что они нековкие. Прочность на растяжение и конечная прочность этих сплавов сравнимы с показателями для сплавов, используемых для изготовления мостовидных протезов и коронок, а твердость по Бринеллю соответствует их верхнему пределу. Модуль упругости обычных золотых сплавов равен примерно 95 000 МН/м2, а высокотемпературных сплавов — в зависимости от их состава выше и может достигать 110 000 МН/м2. Некоторые из этих сплавов при тепловой их обработке с фарфором подвергаются закалке. Закалка, например, сплава на основе золота, платины и железа происходит в результате образования интерметаллического соединения FePt3.

Низкопробные желтые сплавы. Имеются сведения о создании низкопробных золотых сплавов. Эти экспериментальные сплавы, имеющие пробу 400, в течение 6 мес не тускнеют в полости рта. Сплавы содержат 40% золота, 30% серебра, 2% меди и менее 6% палладия, сохраняют цвет золота.

Термическая обработка. Зуботехнические изделия из золотых сплавов могут подвергаться отжигу или закалке. Эти процессы могут неконтролируемо сопутствовать при пайке и отливках. Для сравнения свойств закаленных и отожженных сплавов приняты следующие температурно-временные режимы термической обработки. Отжиг — образец сплава нагревают в печи до 700 °С, дают десятиминутную выдержку при этой температуре, после чего образец погружают в воду. Закалка — образец нагревают до 450 °С и после двухминутной выдержки в течение 30 мин постепенно охлаждают до 250°С. Затем образец погружают в воду для фиксации полученной структуры. Приведенные в таблицах свойства сплавов с буквенным обозначением S определены при отжиге, а с буквой Н — при закалке по описанной технологии. На практике термообработку проводят по следующей технологии.

Отжиг. Когда остывающая отливка начинает терять красный цвет, ее быстро погружают в воду.

Закалка обычно проводится медленным охлаждением отливки в форме. Для термической обработки удобно пользоваться соляной ванной. В качестве теплоносителя используется смесь нитратов калия и натрия. Состав раствора для соляной ванны: 50% NaNО3, 50% KNO3. Такая смесь плавится при температуре около 300 °С, нелетуча и не вызывает коррозии сплава. Соли должны быть сухие, без воды. При необходимости проводить операции на отливке, связанные с деформациями, проводят отжиг (припасовка, пайка). При пайке происходят локальные изменения структуры, поэтому желательно после пайки проводить отжиг или закалку в зависимости от конструкции и функционального назначения протеза. При этом решается вопрос, что важнее для данного протеза — прочность или эластичность. Если требуется создать мягкое состояние, то отливку нагревают до 704 °С и погружают в воду. При быстром охлаждении не успевает образоваться соединение AuCu и сплав остается мягким.

Защитно-декоративное покрытие зубных протезов. Разработка нового технологического процесса нанесения в вакууме защитно-декоративных покрытий (М. А. Нападов, В. И. Падалка, В. Т. Толок, А. А. Андреев, А. Л. Сапожников, В. П. Панчоха, А. М. Котляр) открывает широкие возможности для улучшения качества зубных протезов из сплавов неблагородных металлов. Такие покрытия по износостойкости существенно превосходят покрытия на основе гальванического хрома и успешно конкурирует с протезами из сплава золота по декоративным свойствам и биологической индифферентности. По износостойкости это покрытие в 2 раза превосходит протезы из нержавеющей стали. Титаноциркониевое покрытие устойчиво к действию лимонной, уксусной, азотной и 20% хлористоводородной кислот, а также к слюне и щелочам. К биологическим средам покрытие индифферентно.