Вспомогательные металлы и их сплавы

К вспомогательным металлам относятся медь, алюминий, оло­во, магний и др.

'\^ Медь — металл красного цвета. Плотность 8,93 г/см³, темпера­тура плавления 1083°С, температура кипения 2310°С. В чистом виде хорошо куется и обладает высокой тягучестью.

В природе встречается как в самородках, так и в составе раз­личных руд.

Самородная медь легко обрабатывается, а изготовленные из нее детали имеют привлекательный вид, что способствовало исполь­зованию меди человеком намного раньше других металлов для изготовления различных орудий труда и предметов домашнего обихода.

В настоящее время медь добывают из руд. Медные руды содер­жат большое количество различных примесей, поэтому их сначала обогащают методом флотации, а затем уже получают в чистом виде.

Качество меди определяется ее примесями, которые довольно разнообразны и непостоянны. Наиболее опасными примесями меди считаются висмут и свинец. Они не растворяются в меди и образу­ют легкоплавкие эвтектики (структура, определяемая одновремен­ным затвердеванием двух фаз металла).

По существующей маркировке Государственного комитета СССР по стандартам наивысшая марка меди нулевая (МО) может содер­жать не более 0,1 % примесей. В низших по качеству марках общее количество примесей доходит до 1 %.

144

На поверхности чистой меди в сухой среде образуется очень тонкая пленка окислов, которая является хорошей защитой от окисления более глубоких ее слоев.

Во влажной среде или в присутствии двуокиси углерода на по­верхности меди появляется зеленоватый налет — карбонат меди, который очень ядовит для организма. С повышением температуры окисление меди усиливается.

Растворяется медь легко в серной и азотной кислотах, аммиаке и других растворителях.

Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью, поэтому около половины всей добываемой меди идет на изготовление элек­трических проводов. Из меди также изготовляют заводскую аппа­ратуру, котлы, чаны и др.

Широкое применение в машиностроении, аппаратурной технике и других отраслях народного хозяйства нашли сплавы, в состав которых в различных пропорциях входит медь. Среди этих сплавов наиболее важными являются латунь, бронза, нейзильбер и др.

Латунь — технический сплав меди с цинком. Государственный комитет СССР по стандартам маркирует сорта латуни буквой «Л» с последующей цифрой, означающей процентное содержание меди в сплаве, например Л-90—латунь, содержащая 90 % меди и 10 % цинка. В практике эта латунь известна под названием «Томпак». По свойствам сплав близок к меди, но имеет желтоватый оттенок.

Латунь Л-68 содержит 68 % меди и 32 % цинка. В практике она называется патронной, или гильзовой, латунью. Отличается повы­шенной прочностью и твердостью по сравнению с чистой медью.

Технические латуни имеют хорошую пластичность, легко про­катываются до тончайших листов при обычной температуре, но с рекристаллизационными отжигами на некоторых промежутках. Промежуточный отжиг необходим для предупреждения коррозий­ного растрескивания, так как со временем в изделиях из латуни, содержащей участки напряжения, происходит самопроизвольное растрескивание. Промежуточный отжиг снимает участки напря­жения.

Отжиг проводят в муфельных печах при температуре не более 250...300 °С. При более высоких температурах отжиг не только не предупреждает от образования трещин, а даже способствует их появлению, что объясняется присутствием некоторого количества свинца. Только чистую, не содержащую свинца, латунь можно под­вергать отжигу при более высоких температурах.

Бронза — сплав меди с алюминием, кремнием, бериллием или другими элементами. Соответственно присутствующему элементу бронза называется алюминиевой, кремнистой, бериллиевой и др.

Перечисленные виды бронзы сравнительно новые и отличаются от наиболее давних оловянистых более высоким коэффициентом

145

усадки и более высокими показателями механических и химических свойств. Кроме того, бериллиевая бронза по сравнению с другими видами имеет высокую твердость и упругость.

Нейзильбер — сплав меди с цинком, никелем и др. Содержит около 50 % меди, 18...22 % цинка и 13,5... 16,5 % никеля.

Сплав серебристого цвета. Температура плавления 1000...1200°С, твердость по Бринеллю 80 кг/см². Обладает хорошими механиче­скими и антикоррозийными свойствами. В полости рта нейзильбер покрывается тонкой окиспой пленкой, которая предохраняет изде­лие от более глубоких разрушений.

В ортопедической практике используется для изготовления вре­менных челюстно-лицевых и ортодонтических аппаратов, а также репонирующих приспособлений.

Раньше из нейзильбера изготовляли штампованные каппы. Пос­ле внедрения в практику акриловых пластмасс применение штампо­ванных металлических капп резко сократилось.

До внедрения в стоматологическую практику нержавеющей стали были сделаны попытки изготовления из нейзильбера несъем­ных конструкций протезов (коронок, мостовидных протезов и др.). Соединение отдельных частей таких протезов осуществлялось при помощи серебряного припоя.

Для зубопротезных целей медь в чистом виде не применяется, но широко используется в различных сплавах. Она входит в состав сплавов золота, платины и припоев.

Некоторые сплавы меди нашли применение для изготовления временных ортодонтических и челюстно-лицевых аппаратов, колец для получения слепков при изготовлении трехчетвертных коронок. В челюстно-лицевой ортопедии и ортодонтии в качестве лигатур применяют латунную проволоку. Из сплавов меди изготавливают также некоторые инструменты и мелкое оборудование—молотки, кюветы и др.

\ Алюминий — металл серебристо-белого цвета. По распростра­ненности в природе занимает первое место среди металлов. 'Он входит в состав глин, полевых шпатов, слюды и других минералов.

Впервые алюминий получен Валером в 1827 г. Первый алюми­ниевый завод в СССР был построен в 1932 г., однако уже в 1935 г. СССР по производству алюминия занимал третье место в мире.

Главное достоинство алюминия —его легкость. Он почти в 3 ра­за легче меди и железа. Плотность 2,72 г/см³, температура плавле­ния 658 °С, температура кипения 1800 °С, коэффициент расширения при нагревании 0,0000225. Обладает хорошей электро- и теплопро­водностью, пластичностью.

Алюминий маркируется по чистоте. Алюминий высшей марки (АОО) содержит до 0,3% примесей, низшей—до 3,5 %. Постоян­ными примесями алюминия являются железо и кремний.

146

При обычной температуре на воздухе алюминий быстро покры­вается тонким слоем окисной пленки (А1г0з), которая в дальней­шем предохраняет его от коррозии. Чем чище алюминий, тем выше его антикоррозийные свойства.

Алюминий легко растворяется в разбавленной азотной, серной. и соляной кислотах. Весьма неустойчив к растворам поваренной соли,

Легкость и хорошая антикоррозийная стойкость металла спо­собствовали его широкому применению. В настоящее время алю­миний получил широкое распространение для алитирования — по­крытия поверхности стальных и чугунных изделий алюминием с целью защиты этих изделий от окисления при нагревании.

Стальные изделия, подвергшиеся алитированию, не окисляются на воздухе даже при нагревании до 900 °С.

По электропроводности алюминий уступает меди, но его боль­шое преимущество в легкости способствовало тому, что алюминий постепенно вытесняет медь как материал для изготовления элек­трических проводов.

Сплавы алюминия нашли широкое применение в авиационной и автомобильной промышленности, а также в других отраслях на­родного хозяйства, особенно в быту.

Среди сплавов, содержащих алюминий, получили распростра­нение сложные сплавы, наиболее важными из которых являются дюралюминий (дюраль), силумин, магнолий, уранит и др.

В стоматологической практике алюминий используется в виде алюминиевой проволоки диаметром 1,5—2 мм для изготовления проволочных шин типа шин Тигерштедта и других видов. Из алю­миниевой бронзы (сплава алюминия и меди) изготовляют несъем­ные каппы и лигатурную проволоку.

Были сделаны попытки применения сплавов алюминия—ура-ния и магналия (80 ч. алюминия и 20 ч. магния) для изготовления базисов пластинчатых протезов. Однако ввиду сложности техни­ческого характера, плохой пайки и сварки отдельных частей про­тезов, что затрудняло укрепление искусственных зубов на базисной пластинке *, мягкости алюминия и его сплавов, приводящей к де­формации базисов, а также вследствие того, что алюминий разла­гается под влиянием слюны и оказывает вредное влияние на орга­низм, алюминий и его сплавы как базисный материал не нашли применения в стоматологической практике.

Дюралюминий, или дюраль (от фр. (1иг—твердый), содержит около 94 % алюминия, 4 % меди, 1 % магния, 1 % марганца и не-

* Пайка и сварка алюминиевых сплавов образует швы, которые по проч­ности уступают основному металлу. Более надежное соединение алюминиевых частей на заклепках.

147

которое количество железа и кремния. Кремний и железо являются неизбежными спутниками сплава вследствие применения недоста­точно чистого алюминия. Марганец вводится для повышения анти­коррозийных свойств. Основным достоинством сплава является то, что при плотности, близкой к плотности алюминия, он имеет вы­сокую прочность и твердость. Твердость дюраля по Бринеллю 1200 гк/см² (почти равна твердости мягкой стали), температура плавления 605 °С.

Дюраль широко используется в авиационной промышленности, судостроении и других отраслях народного хозяйства. До внедре­ния акриловых пластмасс в стоматологическую практику широко применялся для изготовления капп и других ортопедических и че-люстно-лицевых аппаратов. В настоящее время в зубопротезной технике применяется редко, в основном для изготовления времен­ных аппаратов и некоторого оборудования (кюветы, кюветные рам­ки и др.).

Пайка дюралюминиевых деталей недостаточно прочная и осу­ществляется при помощи олова.

Магналий—сплав алюминия и магния, в составе которого 70 % алюминия и 30 % магния. По свойствам очень близок к дюр­алюминию, но имеет несколько меньшую твердость по сравнению с дюралем и более высокую температуру плавления.

Плотность магналия 2,5 г/см³, твердость по Бринеллю 900 кг/см², температура плавления 657 °С. В химическом отношении являет­ся малоустойчивым сплавом. Легко растворяется в соляной кисло­те и щелочах. Устойчив к воздействию серной кислоты.

Хорошая текучесть и малая усадка выгодно отличает магналий от других сплавов в литейном производстве.

Применяется для изготовления металлических капп, наклонных плоскостей при ортодонтическом лечении аномалий зубных рядов. \4 Магний — металл белого цвета с серебристым оттенком. Распро­странен в природе в виде карбонатов магния. Чаще всего в природе встречаются минералы — магнезит (М^СОз) и доломит (М^СОзХ ХСаСОз), а также некоторые другие соединения, в том числе сульфаты и хлориды.

Первоначально магний получали путем электролиза хлористого магния, а несколько позже стали получать путем электролиза кар­наллита. Известный электролитический способ получения магния основан на восстановлении окиси магния (М§0) при температуре около 2000 °С.

Магний—один из самых легких металлов, используемых в про­мышленности. Его плотность 1,74 г/см³, твердость по Бринеллю 30 кг/см², температура плавления 650 °С, температура кипения 1126°С .Обладает пластичностью только в нагретом состоянии. В химическом отношении очень неустойчив. Хорошо растворя-

148

ется в кислотах. При нагревании в присутствии кислорода воздуха легко воспламеняется и горит ярко-белым пламенем, что исполь­зуется в фототехнике. На воздухе мало применяется, так как по­крывается тонким слоем окиси, которая защищает его от дальней­шего окисления.

В чистом виде магний ни в промышленности, ни в зубопротезной технике не применяется, но входит в состав многих сплавов алюми­ния, цинка, меди. Прибавка к магнию небольших количеств других металлов придает ему большую твердость, прочность и сопротивля­емость к коррозийным разрушениям.

Окись магния благодаря высокой температуре плавления (око­ло 3000 °С) применяется для изготовления огнеупорных тиглей, в том числе и тиглей, где расплавляется металл для производства стоматологических отливок (тигли плавильных печей).

Окись магния входит в состав припоя для соединения стальных частей зубных протезов.

Большое применение в технике получили такие природные си­ликаты, как тальк (ЗМ^-48Ю2НгО) и асбест (СаО-ЗМ§0-45Ю2). В зубопротезной технике тальком посыпают гипсовые модели для предупреждения прилипания воска во время проведения модели-ровочных работ. Он входит в состав некоторых термопластических и эвгенолоксицинковых слепочных материалов.

Асбест применяется при пайке мостовидных и других конструк­ций протезов и аппаратов, если пайка осуществляется вне модели. Кроме того, он используется как термоустойчивая прокладка в обогревательных приборах, литейных печах и др.

Свинец — металл голубовато-белого цвета. В природе находит­ся в виде различных соединений, наиболее важным из которых яв­ляется свинцовый блеск (РЬ5).

Чистый свинец тяжелый, но очень мягкий металл. Его плотность 11,34 г/см³, температура плавления 327,3 °С, температура кипения 1555 °С. Обладает плохой электропроводностью.

На воздухе быстро покрывается тонким слоем окиси, которая-предохраняет от окисления более глубокие его слои. Хорошо раст­воряется в азотной и уксусной кислоте, а также щелочах, образуя при этом токсичные соединения.

Свинец широко используется в аккумуляторной промышленнос­ти и для изготовления боеприпасов. Он входит также в состав не­которых красителей.

В соединении с другими материалами используется для изготов­ления подшипников и прокладок в некоторых аппаратах, в том чис­ле в паровых стерилизаторах и вулканизаторах.

Входит в состав легкоплавких сплавов типа меллот-металл, из которых изготовляют штампы и контрштампы для коронок и других деталей. На свинцовых прокладках (плитках) производится

149

обивка гильз перед штамповкой коронок. Обивка гильз из золото-платиновых сплавов на свинцовых подкладках нежелательна.

Цинк — металл синевато-белого цвета. Содержание в земной коре составляет до 0,02 %. Добывают цинк из рудных соединений, главным образом, цинковой обманки и гамлея.

• Для обогащения содержания цинка руды вначале подвергают обжигу в многоподовых печах. Из обогащенных руд получают цинк электролитическим или дистилляционным способом.

Плавится цинк при температуре 419 °С, при температуре 913 °С превращается в пар, твердость по Бринеллю 350 кг/см². Легко раз­рывается при растяжении. При обычной температуре хрупок, а при температуре 100 °С хорошо гнется и прокатывается в листы.

На воздухе покрывается тонким слоем окиси, которая предохра­няет его от дальнейшего окисления.

Цинк при взаимодействии с кислотами и щелочами вступает в химическое взаимодействие, вследствие чего образуются соли цин­ка. При взаимодействии с водой на поверхности цинка образуется тонкая пленка гидроокиси цинка, которая предохраняет от даль­нейшего взаимодействия цинка с водой.

Широко используется цинк для изготовления оцинкованной стали, используемой как кровельный материал, в полиграфической промышленности и для изготовления гальванических элементов.

Входит в состав сплава с медью (латуни), который широко при­меняют в народном хозяйстве, а также в зубопротезной практике для изготовления лигатурной проволоки и временных ортодонти-ческих и челюстно-лицевых аппаратов.

Входит в состав припоя Д. Н. Цитрина, используемого для пай­ки стальных деталей (см.с. 61).

^ Олово — металл серебристо-белого цвета. Редко встречается в природе в самородках, чаще в оловянных рудах—оловянный ка­мень. Содержание его в земной коре невелико, около 0,008 %.

Олово легко выплавляется из руд и потому применяется чело­веком с давних пор в основном в виде сплава с медью — бронзы. В настоящее время чистое олово получают путем электролиза оло­вянных руд.

Плотность чистого олова 7,28 г/см³, температура плавления 231,9 °С, температура кипения 2270 °С, твердость по Бринеллю 30— 50 кг/см². Легко прокатывается в тонкие листы — оловянную фоль­гу или станиоль. Хорошо проводит тепло, но обладает малой элек­тропроводностью.

Отрицательным свойством олова является большая его усадка при переходе из расплавленного в твердое состояние.

При температуре ниже 13,2 °С белое олово превращается в се­рое, имеющее другую кристаллическую решетку и другие свойства. Чем ниже температура, тем скорость превращения белого олова

150

в серое увеличивается. После нагрева олова до температуры выше 161 °С олово приобретает третью модификацию с ромбической ре­шеткой, обладает большой хрупкостью и легко растирается в по­рошок.

При обычных условиях олово не окисляется, а нагретое до тем­пературы плавления переходит в двуокись олова. Хорошо раство­ряется в концентрированной соляной и азотной кислотах, с водой не реагирует.

Олово широко применяется для покрытия медных и металли­ческих деталей — лужения, а также для соединения металлических деталей — паяния.

В зубопротезной технике олово используется для временной, контактной, пайки стальных мостовидных протезов. Оно входит в состав легкоплавких сплавов, применяемых для штамповки коро­нок, металлических базисов протезов и других деталей. \1 Кадмий — металл белого цвета. По свойствам и цвету напоми­нает цинк, содержится вместе с цинком в составе цинковых руд, но в меньших количествах.

Добывают кадмий из отходов цинкового производства.

Плотность 8,65 г/см³, температура плавления 321 °С, темпера­тура кипения 778 °С, твердость по Бринеллю 60 кг/см², легко ре­жется ножом, хорошо куется.

Хорошо растворяется в соляной и серной кислотах. Во влаж­ной среде покрывается серой окисной пленкой.

Кадмий широко используется в электротехнике. Добавка его к меди значительно повышает срок службы медных проводов. Введе­ние кадмия в типографские сплавы способствует уменьшению их износа.

В зубопротезной технике применяется в составе легкоплавких сплавов типа мелот-металл, припоев для пайки золотых и стальных частей. В составе припоев он значительно понижает температуру плавления и повышает диффузию его в спаиваемый металл.

Введение кадмия в состав сплава (припоя) представляет неко­торые трудности. Как металл, имеющий низкую температуру ки­пения, он быстро превращается в пар и улетучивается еще до расплава других компонентов сплава. Поэтому в состав сплава кадмий вводят последним, под прикрытием огнеупорного тигля, препятствующего испарению жидкой фракции кадмия.

В состав припоя для золота кадмий вводят следующим образом:

необходимое количество кадмия помещают на развальцованную пластинку припоя. Затем пластинку сворачивают в трубку и плавят в тигле.

^ Висмут—элемент, относящийся к группе металлоидов, но име­ющий резко выраженные свойства металлов. В природе встречается в виде соединений — висмутовая охра, висмутовый блеск, в соста-

151

ве никелевых и кобальтовых руд, значительно реже находится в

свободном состоянии. Содержание висмута в земной коре весьма невелико (0,00001 %).

Добыча висмута осуществляется путем плавления обогащенных висмутовых руд в специальных печах в присутствии угля и из­вестняка.

В свободном состоянии имеет красновато-белый цвет с блестя­щей поверхностью.

Плотность 9,8 г/м³, температура плавления 271,3°С; темпера­тура кипения 1420 °С. Обладает большой твердостью (по Бринеллю 350 кг/см²) и усадкой 3,3 %. Хрупкий, хорошо растворяется в азот­ной и серной кислотах. При обычной температуре на воздухе не окисляется.

Соли висмута широко используются в медицинской практике. В стоматологической технике применяются в составе легкоплавких сплавов, в том числе сплавов типа мелот-металл, применяемых для понижения температуры плавления и повышения твердости сплава.