15.7.4. Сплавы титана

Титан (Ti) — серебристо-белый металл. В природе встречается в рудах. Основные минералы, в состав которых входит титан: ильменит, рутил, анатаз, лейкоксен, лопа-

рит, титанит и другие, содержащие дву­окись титана ТЮ₂ от 40 до 90%. Получают титан из руд методом хлорирования в присутствии углерода и последующим восстановлением. Плотность титана 4,5 г/см³, температура плавления 1668°С, температура кипения 3227°С, термичес­кий коэффициент линейного расширения 8,5^# 10~⁶, предел прочности 25,6 кгс/мм², относительное удлинение 72%, твердость по Бринеллю 100 кгс/мм².

Титан обладает хорошей коррозион­ной стойкостью в атмосферном воздухе, воде. На поверхности титана образуется тонкая, прочная окисная пленка, пред­охраняющая от дальнейшего окисления. Он прочен, устойчив к коррозии, безвре­ден, из него изготавливают многие ин­струменты. Титан устойчив к азотной кислоте, слабо растворим в серной кис­лоте.

Известно много сплавов, содержащих титан. Добавка титана к нержавеющей стали способствует уменьшению в ней карбидов хрома. Из соединений титана в зуботехнической практике находит применение двуокись титана Ti0₂, пред­ставляющая собой белый порошок. Дву­окись титана используется как замутни-тель при производстве пластмасс, на ее основе приготавливают разделительные лаки для покрытия металлических частей зубных протезов.

В последнее время широкое распро­странение получили сплавы на основе титана. Это вызвано рядом его уникаль­ных свойств. Титан — серебристый ме­талл, не темнеющий со временем ни в ат­мосфере, ни в морской воде; на него не действуют кислоты и щелочи. Коррози­онная стойкость титана превышает тако­вую у нержавеющей стали. При удельной массе почти такой же, как у алюминия, титан в 12 раз прочнее его и превосходит по прочности железо. В отличие от по­следнего титан не намагничивается, эта­кое свойство, как термостойкость (тем-

Глава 15. Основные конструкционные материалы

275

пература плавления — 1670°С) резко вы­деляет его среди других металлов. Стали с присадками титана обладают повышен­ной жаропрочностью и используются в космической и других технологиях. Со­единения титана применяются в качест­ве катализаторов полимеризации моно­меров, красителей, наполнителей высо­комолекулярных соединений.

Многие из сплавов, созданных на осно­ве титана, в медицине и стоматологии на­ходят применение для хирургической практики. Титан — «металл хирургов». Он идет на изготовление внутрикостных, под-надкостничных и эндодонтоэноссальных имплантатов. Эти сплавы обладают хоро­шей биосовместимостью и инертностью.

В настоящее время сплавы титана ис­пользуются для получения цельнолитых каркасов зубных протезов, а также мосто-видных протезов с последующей обработ­кой и нанесением покрытия нитрида тита­на при нагревании в атмосфере азота или аммиака. Покрытие нитридом титана уве­личивает твердость и придает эстетичес­кий вид — пленка имеет золотистый отте­нок (температура плавления — 2950°С, твердость — 7—8 ед.; для сравнения: твер­дость алмаза — 10 ед., топаза — 8 ед.)

Наибольший интерес представляет применение сплавов титана для получе­ния цельнолитых каркасов зубных про­тезов. Из всех сплавов наилучшими ли­тейными свойствами, наряду с высокими показателями прочности (предел проч­ности на разрыв 686 МПа), обладает сплав марки ВТ5Л (титан, легированный алюминием). Линейная и объемная усад­ки при литье у сплава ВТ5Л составляют соответственно 0,8—1% и 3%, что близко к таковым для золотых сплавов. Карка­сы, отлитые из этого сплава, при необхо­димости исправления могут быть под­вергнуты аргонно-дуговой сварке.

Технология получения ортопедичес­ких конструкций из литьевого титана следующая. К смоделированной по

обычной методике восковой модели протеза прикрепляется литниково-пи-тающая система из штифтов диаметром 5—6 мм и устанавливается центральный питатель. Модели с питателями присо­единяются к коллекторам блока литни­ковой системы. Для изготовления кера­мической формы используется электро­корунд на связке из этилсиликата. Об­щее количество слоев покрытия — 9. Каждый слой подвергается сушке в ат­мосфере аммиака. Затем блок моделей помещают в ванну для вытапливания воска.

Формы для литья прокаливают при температуре 1000°С и обрабатывают пи-роуглеродом (подаваемый в печь углево­дород при высокой температуре в отсут­ствие кислорода разлагается и атомар­ный углерод пропитывает стенки кера­мической формы, предотвращая ее хи­мическое взаимодействие с металлом). Формы, остывшие до температуры не выше 150°С, устанавливают в контейнер под заливку.

Плавку и литье титана проводят в ва-куумно-дуговой гарниссажной литье­вой установке. Плавку ведут в графито­вом тигле с гарниссажем (гарниссаж — слой металла, подвергаемого плавке, который покрывает внутреннюю по­верхность тигля). Благодаря постоянно­му охлаждению тигля (водой) гарнис­саж не расплавляется и защищает ти­гель от воздействия расплавленного ме­талла.

После наплавления необходимого ко­личества металла включается центробеж­ная установка и расплавленный металл сливается в центральный металлоприем-ник контейнера с формами. Охлаждение контейнера проводится в вакууме или в среде аргона. Далее отливки механиче­ски отделяются от керамических оболо­чек, отрезаются отлитниково-питающих систем и подвергаются пескоструйной обработке.

276