Results of tribological tests of samples of dental materials with protective coating of silicon carbide known as "Pantsyr"

Full Text

Введение. Для защиты зубных протезов от биодеструкции и изоляции базиса протезов от бактерий разработано новое нанопокрытие «Панцирь» заявка на патент № 2013127770 от 19 июня 2013 г. из карбида кремния и способ нанесения его на пластмассы. Покрытие наносится на пластмассы методом ионоплазменного напыления и обладает высокими техническими параметрами и хорошей адгезией к ряду материалов. Цель исследования - проведение трибологических испытаний образцов стоматологических материалов, покрытых и непокрытых защитным покрытием «Панцирь» из карбида кремния методом измерительного скольжения (трибоиспытания) для определения износостойкости покрытия. Образцы и методы исследования: На испытания в Испытательную лабораторию функциональных поверхностей (ИЛФП) НИТУ «МИСиС» поступили образцы пластмассы (Фторакс). Трибологические испытания образцов в условиях ИЛФП проводили методом измерительного скольжения на автоматизированной машине трения (трибометре) TRIBOMETER (рис. 1) фирмы CSM Instruments (Швейцария). Метод [1] основан на измерении тензодатчиком силы трения, возникающей при взаимном перемещении прижатых друг к другу с заданным усилием испытываемых поверхностей (плоский образец - сферическое контртело) на воздухе или в жидкости. При испытании образец совершает Рис. 2. Окно программного обеспечения. Рис. 5. Бороздка износа образца базиса зубного протеза из пластмассы «Фторакс». 1яг Фторакс 0.800,60- 0.40020- 0 ON 20.00 40.00 60.00 8080 100.01 ОПар] 2.5Е03 5Е03 7.5ЕОЗ 1Е04 125Е04 Рис. 6. Зависимость величины коэффициента трения образца базиса зубного протеза из пластмассы «Фторакс» от пробега в машине трения. По оси абсцисс - число циклов пробега, по оси ординат - величина коэффициента трения. движение, а сферическое контртело (шарик) фиксируют неподвижно в стержневом держателе из нержавеющей стали, который передает ему заданную нагрузку и связан с датчиком силы трения. Данные испытания соответствуют международным стандартам (ASTM G99-05(2010) [2], ASTM G133-05(2010) [3], DIN50324 [4]) и могут быть использованы для оценки износостойкости образца и контртела. Непосредственно в процессе испытаний определяют коэффициент трения трущейся пары, который равен отношению измеренной силы трения к усилию прижима. Износостойкость оценивают по результатам наблюдений бороздки износа (на образце) и пятна износа (на контртеле - шарике). Рис. 7. Пятно износа на контртеле после испытания на машине трения образца базиса зубного протеза из пластмассы «Фторакс». Рис. 8. Пятно износа на контртеле после испытания на машине трения образца базиса зубного протеза из пластмассы «Фторакс» с покрытием «Панцирь». 1.00 080- Фторакс + Панцирь 0.60- 0.40- 020- u , 0 0N 20.00 40,00 60.00 80.00 100.00 0[М 2,5603 5ЕСЗ 7.5E0G 1 1Е04 12SEO Рис. 9. Зависимость величины коэффициента трения образца базиса зубного протеза из пластмассы «Фторакс» с покрытием «Панцирь» от пробега в машине трения. По оси абсцисс - число циклов пробега, по оси ординат - величина коэффициента трения. Таким образом, комплексное трибологическое исследование включает запись значений коэффициента трения при испытании по схеме неподвижный стержень - вращаемый диск, а также фрактографическое исследование, в том Рис. 10. Бороздка износа образца базиса зубного протеза из пластмассы «Фторакс» с покрытием «Панцирь». числе измерения площади сечения бороздки износа и пятна износа, по результатам которого проводят расчет износа образца и контртела. Результаты и обсуждение Результаты трибологических испытаний обработаны с помощью компьютерной программы Instrum X (рис. 2) (CSM Instruments, Швейцария). Усредненные значения коэффициента трения исследованных образцов приведены в табл. 2 (п.4). Экспериментальные зависимости коэффициента трения исследованных образцов от пробега, микроснимки пятна износа на контртеле и бороздок износа на образцах по результатам трибологических испытаний, полученны при помощи видеомикроскопа в составе адгезиметра Revetest (рис. 3) фирмы CSM Instruments (Швейцария). Профилометрию бороздок износа на отдельных образцах с покрытием и без него с целью определения площади сечения бороздок для последующего расчета приведенного износа образцов проводили на оптическом профилометре WYKO NT1100 (рис. 4) фирмы Veeco (США), № 42997-09 в Государственном реестре средств измерений (ГРСИ). Далее отмечены результаты трибологических испытаний (экспериментальные зависимости коэффициента трения исследованных образцов от пробега, микроснимки пятна износа на контртеле и бороздок износа на образцах по результатам трибологических испытаний, полученные при помощи видеомикроскопа в составе адгезиметра Revetest фирмы CSM Instruments, Швейцария). Количественные данные обработаны с помощью компьютерной программы Instrum X фирмы CSM Instruments, Швейцария. Исследование износостойкости образцов базисов зубных протезов из пластмассы «Фторакс» на машине трения показало, что максимальный износ образца составил 1,4Т0'5мм3/ Н/м (рис. 5). Максимальное значение коэффициента трения было 0,16, среднее значение 0,11, конечное (после 12500 циклов эксперимента) - 0,13. На рис. 6 представлена зависимость коэффициента трения исследованных образцов из пластмассы «Фторакс» от пробега в машине трения. На рис. 7 представлен микроснимок пятна износа на контртеле (металлический шарик) после испытания на машине трения образца базиса зубного протеза из пластмассы «Фторакс». На рис. 8 представлен микроснимок пятна износа на контртеле (металлический шарик) после испытания на машине трения образца базиса зубного протеза из пластмассы «Фто- ракс» с покрытием «Панцирь». Визуальный анализ микроснимков позволяет заключить о меньшем износе контртела при контакте с покрытием из карбида кремния «Панцирь». Это можно объяснить меньшей величиной коэффициента трения образцов базисов зубных протезов из пластмассы «Фторакс» с покрытием «Панцирь». Зависимость величины коэффициента трения образца базиса зубного протеза из пластмассы «Фторакс» с покрытием «Панцирь» от пробега в машине трения представлена графически на рис. 9. Максимальная величина коэффициента трения для этих образцов составила 0,12, средняя 0,08, конечная (после 12500 циклов) - 0,09. Износ образца составил 0,9-10'5 мм3/Н/м (рис. 10). На рис. 11 и 12 представлены трехмерное изображение бороздки износа на образце базиса зубного протеза из пластмассы «Фторакс» без покрытия, а также его профилограмма. Рис. 13 и 14 отражают трехмерное изображение бороздки износа на образце базиса зубного протеза из пластмассы «Фторакс» с покрытием «Панцирь» и его профилограмму в двухмерном и графическом виде. Выводы Обобщая результаты трибологических исследований, мы пришли к заключению о существенных изменениях коэффициента трения и износостойкости изученных образцов базисов зубных протезов из пластмассы «Фторакс» без покрытия и с покрытием «Панцирь». Покрытие из карбида кремния «Панцирь» значительно уменьшает износ поверхности базиса зубного протеза с 1,4-10'6 мм3/(Н/м) до 910-7 мм3/(Н/м). Заслуживает особого внимания установленная нами низкая величина коэффициента трения образцов с покрытием «Панцирь» - меньше 0,1, что крайне положительно характеризует новый материал с позиций трибологии. Нанесение покрытия «Панцирь» на образец акрилового базиса зубного протеза снижает коэффициент трения в 1,4 раза с 0,13 до 0,09, что имеет большое значение для практики ортопедической стоматологии.

About the authors

I. Yu Lebedenko

A.I. Evdokimov Moscow state medical-dental University

Department of integrated prosthetics 127206, Moscow

I. A Voronov

A.I. Evdokimov Moscow state medical-dental University

Department of integrated prosthetics 127206, Moscow

References

Supplementary files