Металлы и сплавы

ДЕ 7 - Металлы и сплавы (ОК-1, ПК- 9, 18, 50, 51).

Благородные (золотые, серебряно-палладиевые) и неблагородные (нержавеющие стали, хромоникелевые, кобальтохромовые, титановые) сплавы. Требования. Химический состав. Показания к использованию. Технологии применения, свойства.

Сплав – вещество, полученное путем сплавления двух или более элементов.

Металлические сплавы – это макроскопически однородные системы, состоящие из двух или более металлов с характерными металлическими свойствами. В широком смысле сплавами называются любые однородные системы, получаемые сплавлением металлов, неметаллов, оксидов, органических веществ.

Требования, предъявляемые к сплавам металлов в клинике ортопедической стоматологии:

1. биологическая индифферентность;

2. антикоррозионная стойкость в условиях полости рта;

3. высокие механические свойства (прочность, пластичность, упругость, твердость, высокое сопротивление износу и др.);

4. хорошими технологическими свойствами (легко поддаваться паянию, литью, сварке, штамповке, полированию и протяжке);

5. гигиеничность (легко очищаться обычными средствами индивидуальной гигиены).

Классификация сплавов по структуре

1. механическая смесь;

Возникают, когда металлы возникают полной взаимной нерастворимостью в твердом состоянии и не образуют химических соединений. Атомы каждого металла образуют отдельную кристаллическую решетку. Сплав состоит из механической смеси зерен каждого элемента (свинец-олово, кадмий-висмут).

2. твердый раствор;

Образуется элементами, которые взаимно растворимы в твердом и жидком состоянии. Твердый раствор – однородное кристаллическое тело, в котором в решетку основного металла (растворителя) входят атомы растворенного вещества (никель-хром).

3. химическое взаимодействие;

В данном случае образуются химические соединения, имеющие переменный состав. Кристаллическая решетка отличается от решеток образующих ее элементов, существенно изменяются свойства сплава (карбиды железа, хрома).

Классификация сплавов по температуре плавления

1. легкоплавкие (до 300 градусов);

2. тугоплавкие:

а) благородные (до 1100 градусов);

б) неблагородные (более 1200 градусов).

Коррозия – процесс разрушения металла в результате химического или электро-химического взаимодействия со средой. Коррозия ведет к потере металла и уменьшению его прочности.

Виды коррозии:

1. равномерная;

Возникает при однородной структуре металла (чистые металлы, твердые растворы). Происходит по всей поверхности металла. Данный вид коррозии менее опасен, т.к. дефект металла виден.

2. местная;

Возникает при неоднородности сплава, в местах внутреннего напряжения, при грубой структуре сплава. Разрушения носят местный характер.

3. интеркристаллизационная

Возникает на границе зерен (кристаллов), т.к. именно там агрессивная среда проникает внутрь; возможен в нержавеющих сталях, сплавах алюминия. Данный вид коррозии очень опасен, т.к. потеря прочности происходит незаметно.

Тугоплавкие сплавы металлов

А) благородные (до 1100 градусов) – сплавы золота и серебра.

Система проб для золота

Проба – выражение достоинства или ценности сплава.

I. оценка пробы сплава по содержанию чистого золота в 100 весовых частей сплава;

II. число золотников чистого золота в 96 золотниках сплава;

III. каратная мера (химически чистое золото составляет 24 карата).

Приблизительное определение пробы золота можно произвести с помощью специальных реактивов:

- хлорное золото – водный раствор желтого цвета;

- реактивы для других проб – растворы азотной и соляной кислот. Реактивы хранят без доступа света при комнатной температуре в стеклянной посуде в течение 3-4 месяцев.

Перед определением пробы нужно очистить поверхность металла напильником или наждачной бумагой. На очищенную поверхность стеклянной палочкой наносят каплю реактива, следят за действием, снимают фильтровальной бумагой. Пробу начинают с хлорного золота. Если она положительна, то продолжают с помощью реактивов для более низких проб.

- Если проба золота ниже 300-ой, то цвет пятна желто-зеленый;

- Если до 450-ой, то темно-коричневое;

- Если выше 450-ой, то каштановое;

- Если 583-я, то светлое ажурное;

- Если выше 600-ой, то пятна не остается.

В стоматологии широко применяются 2 сплава золота:

Из любого сплава можно выделить чистое золото, а также изменить его процентное содержание.

Аффинаж – отделение золота от лигатурных примесей. Аффинаж основан на свойстве азотной кислоты растворять серебро. Все серебро покидает сплав, т.к. образуется нерастворимая соль нитрат серебра, которая выпадает в осадок. Серебро переходит в осадок полностью только в том случае, если серебра в 3-4 раза больше, чем золота в сплаве. Если серебра меньше, то его добавляют (квартование).

Сплавы золота

Чистое золото - мягкий металл. Для повышения упругости и твердости в его состав добавляются так называемые лигатурные металлы - медь, серебро, платина. Сплавы золота различаются по проценту его содержания.

Сплав золота 900-й пробы

Состав: 90% золота, 4% серебра, 6% меди.

Свойства:

- температура плавления = 1063ºС.

- Медь придает механическую прочность, вязкость, твердость сплава, углубляет цвет сплава.

- большая пластичность, вязкость, жидкотекучесть в расплавленном состоянии, легко поддается штамповке, вальцеванию, ковке и другим методам механической обработки под давлением, а также литью.

- имеет невысокую твердость и легко подвергается истиранию, поэтому, при изготовлении штампованных коронок во внутрь их, на жевательную поверхность или режущий край, заливают припой. Форма выпуска:

- диски диаметром 18, 20, 23, 25мм,

- блоки по 5г.

Применение:

- изготовление штампованных коронок,

- изготовление частей мостовидных протезов.

Сплав золота 750-й пробы

Состав: 75% золота, по 8% меди и серебра, 9% платины.

Свойства:

- высокая упругость,

- малая усадка при литье. Эти качества приобретаются за счет добавления платины и увеличения количества меди.

Применение:

- изготовление каркасов бюгельных протезов,

- изготовление кламмеров,

- изготовление вкладок.

Сплав золота 750-й пробы служит припоем, когда в него добавляется 5-12% кадмия.

Кадмий снижает температуру плавления припоя до 800С. Это дает возможность расплавлять его, не оплавляя основные детали протеза.

Отбел для золота - соляная кислота (10-15%).

СУПЕР - ТЗ - это «твердое золото»; термически упрочняемый износостойкий сплав, который содержит 75% золота и имеет красивый желтый цвет.

Свойства:

- прочный;

- универсальность и технологичность;

- температура плавления сплава = 880-950С.

Применение - изготовление штампованных и литых стоматологических конструкций (коронки и мостовидные протезы).

Серебряно-палладиевые сплавы

Сплав ПД-250

Состав: 24,5% палладия, 75,1% серебра, небольшие количества легирующих элементов (цинк, медь, золото).

Форма выпуска:

- диски диаметром 18, 20, 23, 25 мм.,

- полосы толщиной 0,3 мм.

Применение - изготовление штампованных металлических коронок.

Сплав ПД-190

Состав: 18,5% палладия, 78% серебра, небольшие количества легирующих элементов.

Форма выпуска:

- диски толщиной 1,0 мм при диаметре 8 и 12 мм,

- ленты толщиной 0,5( 1,0 и 1,2 мм.)

Применение - изготовление несъемных протезов методом литья.

Сплав ПД-150

Состав: 14,5% палладия, 84,1% серебра, небольшие количества легирующих элементов.

Форма выпуска:

- пластинки, полосы толщиной 0,25 и 0,32мм.

Применение - изготовление вкладок.

Сплав ПД-140

Состав: 13,5% палладия, 53,9% серебра, легирующие элементы.

Форма выпуска - проволока.

Свойства:

- температура плавления = 1100-1200C,

- твердость по Бринеллю = 60-65 кгс/мм2,

- плотность = 10-11 кг/м3.

- по физико-механическим свойствам напоминают сплавы золота, но уступают им по коррозионной стойкости и темнеют в полости рта, особенно при кислой реакции слюны.

- пластичные, ковкие;

Припой - золотой.

Отбел - 10-15% раствор соляной кислоты.

Применение - заливка внутрь коронки на режущий край и жевательную поверхность при несъемном протезировании.

Б) неблагородные

1) нержавеющие стали

Сталь - это сплав железа с углеродом, который в результате первичной кристаллизации приобретает однофазную структуру.

Сталь марки 1X18H9 (ЭЯ-1)

Состав: 1,1% углерода 9% никеля, 18% хрома, 2% марганца, 0,35% титана, 1,0% кремния, остальное – железо.

Применение - изготовление несъемных протезов (индивидуальные коронки, литые зубы, фасетки).

Сталь марки 20Х18Н9Т

Состав: 0,20% углерода, 9% никеля, 18%хрома, 2,0% марганца, 1,0% титана, 1,0% кремния, остальное - железо.

Применение:

- стандартные гильзы, идущие на производство штампованных коронок 12 вариантов: 7х12 (диаметр - высота); 8х12; 9х11; 10х11; 11х11; 12х10;12,5х10; 13,5х10; 14,5х9; 15,5х9; 16х9; 17х10 мм;

- кламмеры из проволоки круглого сечения (для фиксации частичных съемных пластиночных протезов в полости рта) в следующих основных размерах: 1х25(диаметр - длина); 1х32; 1,2х25; 1,2х32 мм.

- эластичные нержавеющие матрицы для контурных пломб следующих размеров:35х6х0,06 мм, 35х7,5х0,06 мм и 35х6х0,06 мм,

- полоски (50х7х0,06 мм) металлические сепарационные, которые изготавливаются методом холодной штамповки из стальной нержавеющей термообработанной ленты, легко гнутся и не ломаются при изгибе до 120ºС.

Сталь марки 25Х18Н102С

Состав: 0,25% углерода, 10,0% никеля, 18,0% хрома, 2,0% марганца, 1,8% кремния, остальное - железо.

Применение:

- зубы стальные (боковые верхние и нижние) для паяных несъемных зубных протезов;

- каркасы стальные для изготовления мостовидных протезов с последующей их облицовкой полимером(проволоку диаметром от 0,6 до 2,0 мм.

Температура плавления нержавеющей стали = 1460-1500ºС.

Припой - серебряный.

Легирование некоторыми элементами (никель, титан, марганец, кремний и др.) улучшают технологические и коррозийные свойства сплавов.

Углерод придает твердость, хрупкость, увеличивает способность к коррозии.

Хром придает устойчивость против окисления и коррозии, повышает твердость сплава, упругость, уменьшает его пластичность, вязкость и хрупкость. Является растворителем азота и обеспечивает необходимую его концентрацию в стали.

Никель повышает пластичность, ковкость, вязкость, прочность, улучшает антикоррозийные свойства, снижает коэффициент линейного расширения сплава.

Титан придает мелкозернистое строение стали, уменьшает хрупкость, устраняет склонность стали к межкристаллической коррозии.

Кремний придает сплаву жидкотекучесть, более однородную структуру, улучшает его литейные свойства, повышает вязкость и упругие свойства стали.

Марганец повышает прочность и твердость стали, снижает пластические свойства, улучшает показатели жидкотекучести, является хорошим поглотителем, снижает температуру плавления и способствует удалению вредных серных соединений в сплаве, обеспечивает необходимую концентрацию азота в стали.

Азот повышает коррозийную стойкость, твердость, обеспечивает большой потенциал деформационного упрочнения, улучшает характеристики упругости, что обеспечивает стабильность сохранения формы в тонких ажурных конструкциях.

Кобальтохромовые и никелехромовые сплавы

Кобальтохромовые сплавы марки КХС.

Состав:

• кобальт 66-67%, придающий сплаву твердость, улучшая, таким образом, механические качества сплава.

• хром 26-30%, вводимый для придания сплаву твердости и повышения антикоррозийной стойкости, образующего пассивирующую пленку на поверхности сплава.

• никель 3-5%, повышающий пластичность, вязкость, ковкость сплава, улучшая тем самым технологические свойства сплава.

• молибден 4-5,5%, имеющий большое значения для повышения прочности сплава за счет придания ему мелкозернистости.

• марганец 0,5%, увеличивающий прочность, качество литья, понижающий температуру плавления, способствующий удалению токсических зернистых соединений из сплава.

• углерод 0,2%, снижающий температуру плавления и улучшающий жидкотекучесть сплава.

• кремний 0,5%, улучшающий качество отливок, повышающий жидкотекучесть сплава.

• железо 0,5%, повышающий жидкотекучесть, улучшающий качество литья.

• азот 0,1%, снижающий температуру плавления, улучшающий жидкотекучесть сплава. В то же время увеличение азота более 1% ухудшает пластичность сплава.

• бериллий 0-1,2%

• алюминий 0,2%.

Форма выпуска - круглые заготовки массой 10 и 30г, упакованные по 5 и 15 шт.

Свойства:

- высокие физико-механические свойства,

- относительно малая плотность,

- отличная жидкотекучесть, позволяющей отливать ажурные зуботехнические изделия высокой прочности;

- температура плавления = 1458ºС,

- механическая вязкость в 2 раза выше, чем у золота,

- минимальная величина предела прочности при растяжении = 6300 кгс/см2;

- высокий модуль упругости;

- меньшая плотность = 8 г/см3 (позволяют изготавливать более легкие и более прочные протезы);

- устойчив против истирания и длительнее сохраняют зеркальный блеск поверхности, приданный полировкой.

Применение:

- изготовление литых коронок, мостовидных протезов,

- изготовление различных конструкции цельнолитых бюгельных протезов,

- изготовление каркасов металлокерамических протезов,

- изготовление съемных протезов с литыми базисами, шинирующих аппаратов, литых кламмеров.

Никелехромовые сплавы обладают схожими технологическими и механическими свойствами с кобальтохромовыми сплавами. Благодаря хорошей адгезии с форфором используются для изготовления металлокерамических протезов. Но из-за высокой аллергенности никеля этот сплав имеет ограниченное клиническое применение.

Сплавы титана

Свойства:

- высокие технологические и физико- механические свойства;

- биологическая инертность;

- температура плавления титанового сплава = 1640С;

- полное отсутствие токсического, термоизолирующего и аллергического воздействия;

- высокая удельная прочность титана (малая толщина и масса при достаточной жесткости базиса);

- высокая точность воспроизведения мельчайших деталей рельефа протезного ложа.

ВТ-100 листовой - используется для изготовления штампованных коронок (толщина 0,14-0,28мм), штампованных базисов (0,35-0,4мм) съемных протезов. ВТ-5Л - литьевой - используется для изготовления литых коронок, мостовидных протезов, каркасов бюгельных, шинирующих протезов, литых металлических базисов.

Отбелы

Термическая обработка металлических частей протеза приводит к образованию окалины (оксидная пленка). Она ухудшает внешний вид протеза, затрудняет его обработку.

Отбелы – химические реактивы, с помощью которых можно удалить оксидную пленку.

Отбел для сплавов золота – 40%-ный раствор соляной кислоты. Металл нагревают докрасна, затем опускают в 40%-ный раствор соляной кислоты на 1-2 минуты, промывают.

Отбел для серебряно-палладиевого сплава – 15%-ный растров соляной кислоты.

Отбел для нержавеющей стали – смесь кислот в соотношении 6 частей азотной кислоты, 47 частей соляной кислоты, 47 частей воды.

Примечание. Важно лить кислоту в воду, а не наоборот. Плотность кислоты выше плотности воды. Если лить воду в кислоту, то вода с примесями кислоты будет разбрызгиваться.

Отбел может растворять и сам металл, поэтому нужно строго соблюдать режим отбеливания, а после отбеливания проводить полировку.