Разработка нового металлокерамического сплава на основе золота «Плагодент Плюс» - практическая реализация концепции развития отечественного стоматологического материаловедения

Полный текст

В 3-й части статьи “Стратегия развития отечественного стоматологического материаловедения в области сплавов благородных металлов” автор проанализировал составы и значения коэффициентов термического линейного расширения 93 зарубежных и 2 российских сплавов на основе палладия для металлокерамических зубных протезов. Показаны результаты исследований структуры отечественных палладиевых сплавов с использованием микроскопического и микро- рентгеноспектрального анализов [1]. Установлено, что составы отечественных сплавов на основе палладия не попадают в найденный оптимальный диапазон. Серьезный недостаток отечественных стоматологических сплавов на основе палладия - наличие двухфазной структуры, которое может приводить к избыточным значениям прочности и твердости и недостаточной пластичности, что в свою очередь обусловливает недостаточную технологичность на этапах изготовления каркасов металлокерамических протезов [1]. Двухфазные сплавы не обладают такой-же коррозионной стойкостью, как однофазные сплавы, так как возникает разница потенциалов между участками с разной фазовой структурой. Кроме того, потенциально возможно уменьшение прочности и разрушение металлокерамического соединения зубных протезов из-за неоднородности металлической поверхности [2]. Цель работы - создание рецептуры модифицированного однофазового сплава палладия для металлокерамических зубных протезов с оптимальным содержанием основных элементов, с КТЛР 13,9 • 10-6 К-1 до 14,9 • 10-6 К-1. Материал и методы Для создания модифицированного сплава на основе палладия для металлокерамических зубных протезов, согласно предложенной нами концепции развития стоматологических сплавов благородных металлов были определены следующие требования: 1) содержание основных элементов сплава должно обеспечить однофазовую структуру; 2) коэффициент термического линейного расширения сплава должен находиться в интервале значений от 13,9 • 10-6 К-1 до 14,9 • 10-6 К-1; 3) сплав должен соответствовать всем требованиям международного стандарта ISO 9693 (часть 1) «Metal - ceramic dental restorative systems” [3]; 4) должен обладать высокой коррозионной устойчивостью и биосовместимостью. В качестве основы нового отечественного сплава выбран палладий, содержание которого должно соответствовать значению найденного оптимального состава палладиевых стоматологических сплавов (50-59% масс) [1]. Основными легирующими элементами для большинства палладиевых сплавов для металлокерамики были выбраны золото и медь, потому что палладий, золото и медь имеют одинаковую кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку [2, 4, 5]. Золото имеет высокое сопротивление коррозии, повышает КТЛР палладиевых сплавов и снижает их температуру плавления. Совместное использование палладия и золота в одном сплаве позволяет им взаимно уравновешивать свойства друг друга [2, 4-6]. Медь добавляют в палладиевые сплавы для увеличения КТЛР и улучшения физико-механических и технологических свойств [2, 5]. Олово служит важной легирующей добавкой для образования оксида, участвующего в образовании прочного соединения металлической поверхности и керамической облицовки [2, 5]. Разнонаправленное влияние легирующих элементов служит фактором достижения соответствия КТЛР сплава, необходимых физико-механических и технологических свойств исходным требованиям. В реальной многокомпонентной системе влияние отдельных элементов на структуру и свойства сплава в целом однозначно непредсказуемо и зависит от влияния других легирующих элементов как в отдельности, так и в сочетании друг с другом [7]. Поскольку выбранные составляющие палладиевых сплавов могут образовывать большое число интерметаллических соединений, которые способны негативно влиять на свойства сплавов, для предварительного выбора состава нового палладиевого сплава проведено химическое изучение фазовых равновесий в трехкомпонентных системах Pd-Cu-Sn и Pd-Au-Sn и термодинамическое моделирование этих систем [8]. На основании полученных данных термодинамического моделирования для дальнейшего изучения физикомеханических свойств и фазовой структуры были выбраны 3 состава палладиевого стоматологического сплава (дальше в тексте - сплав № 1, сплав № 2 и сплав № 3). В качестве сравнения использованы образцы из сплава Палладент (АО НПК «Суперметалл», Россия). Результаты Для выбранных сплавов, химические составы которых представлены в табл. 1, проведены исследования структуры и фазового состояния сплавов на участке диаграммы системы Pd-Au-Cu-Sn в области, богатой палладием. Исследования структуры сплавов, выполненные методами электронно-микроскопического и микрорентгеноспек- трального анализов, показали, что сплавы № 1 (рис. 1) и № 2 (рис. 2) - однофазные и представляют собой твердые растворы на основе палладия. Сплав № 3 (рис. 3), как и сплав Палладент, является двухфазным и был исключен из дальнейшего исследования. На литых образцах выбранных сплавов № 1 и № 2 опре- Палладент 60 10 15 15 1 50,9 23,4 21,7 4,0 2 68,1 7,8 13,8 10,3 3 64,0 7,8 11,8 16,4 Таблица 1. Составы опытных палладиевых сплавов Сплав Содержание элементов, % по массе Pd Au Cu Sn Таблица 2 . Свойства исследованных сплавов Original article Сплав КТЛР, • 10-6 К-1 Предел текучести, о0 МПа Относительное удлинение, % Твердость, HV5 Температура плавления, °С солидус Палладент 14,1 645 2 350 1105 1 14,0±0,12 320±4,03 12±0,52 150±1,11 1160±2,5 2 13,4±0,10 475±2 15±0,45 178±2,8 1450 Рис. 1. Микроструктура сплава № 1. ’ Электронное изображение 1 Рис. 3. Микроструктура сплава № 3. деляли предел текучести и относительное удлинение в соответствии с требованиями ГОСТ 1497-84. Испытания на растяжение выполняли на испытательной машине FP 10/1 Fritz Heckert. Определяли твердость по шкале Виккерса согласно ГОСТу 2999-75. Полученные значения физико-механических испытаний образцов опытных сплавов продемонстрировали их преимущество над сплавом Палладент. Это снижение чрезмерной твердости поверхности по Виккерсу (150 и 178 ед. вместо 350) и увеличение относительного удлинения (12 и 15% вместо недостаточных 2%). Значения предела текучести сплавов № 1 и № 2 соответствуют требованиям части 1 стандарта ISO 9693 «Metal - ceramic dental restorative systems» [2] и составили 340 и 475 МПа соответственно. При определении КТЛР исследования показали, что КТЛР сплава № 1 (14,0 -10'6 К-1) соответствует, а КТЛР сплава № 2 (13,4 • 10-6 К-1) не соответствует заданному в требованиях критерию КТЛР, равному 13,9 ^ 14,9 • 10-6 К-1. Кроме этого, температура плавления сплава № 2 (> 1450°С) слишком высока для большинства используемого литейного оборудования в отличие от температуры плавления сплава № 1 (1160oC). Полученные свойства опытных образцов палладиевых сплавов № 1 и № 2 представлены в табл. 2. Таким образом, по результатам изучения фазовых структур и физико-механических испытаний опытных образцов выбран для работы сплав № 1. Рис. 2. Микроструктура сплава № 2. Сплав получил название «ПАЛЛАДЕНТ-УНИ» и был запатентован. Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Об авторах

Виталий Анатольевич Парунов

ФГБУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: vparunov@mail.ru

канд. мед. наук, старший научный сотрудник лаборатории разработки и физикохимических испытаний стоматологических материалов ЦНИИС и ЧЛХ

119991, г. Москва, Россия

М. А Карева

ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова»

Email: info@eco-vector.com
г. Москва, Россия

Д. С Тыкочинский

АО «Научно-производственный комплекс «Суперметалл» им. Е.И. Рытвина

Email: info@eco-vector.com
115184, г. Москва

И. Ю Лебеденко

ФГБУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» Минздрава России

Email: info@eco-vector.com
119991, г. Москва, Россия

Список литературы

Дополнительные файлы