Сравнительный анализ физико-механических и химических свойств стоматологических сплавов « stomet 1 kz» и i-mg

Проведенный сравнительный анализ физико-химических свойств импортных и отечественных образцов, показал соответствие физико-механических свойств нового сплава Stomet - 1 kz требованиям ГОСТ и международного стандарта ИСО 1562. Получены новые данные об эксплуатационных свойствах новых отечественных сплавов. Разработанный сплав «Stomet-1kz» рекомендуется широкому клиническому исследованию в связи с получением положительных экспериментально-лабораторные подтверждений в соответствии с ИСО 1562.

Совершенствование ортопедического лечения различных дефектов зубных рядов во многом связано с разработкой и внедрением современных высокоэффективных конструкционных материалов.

К современным конструкционным сплавам предъявляются высокие требования, которые направлены на улучшение медико-биологических и физико-механических характеристик. В последние годы в ортопедической стоматологии возрос интерес к литым сплавам на основе кобальта и хрома без никеля и бериллия (1, 2 ).

Это послужило основанием для проведения в рамках научно-технической программы исследования по созданию отечественного сплава на основе кобальта и хрома без содержания никеля для изготовления съемных конструкций методом литья по выплавляемым восковым моделям.

Проведен сравнительный анализ образцов разработанного сплава «Stomet-1kz» химический состав: Co-62.5%, Cr-28.5%, Mo-6.5%, Si-2.9%, Mn-0.6%. и импортного аналога IMG - химический состав: Co-62,5%, Cr-29,5%, Mo-5,5% , Si-1,4%, Mn-0,6% , C-0,3%, N -0,2%, отличительная особенность данных сплавов в полном отсутствии никеля в их составе.

По результатам экспериментальных плавок получили опытные литейные образцы, с которыми произвели следующие виды анализа химический, рентгеноструктурный, металлографический, микротвердости, определение твердости и коррозионная стойкость согласно типовым методикам (3 , 4, 5 ).

Исследования проводились по стандартным методикам на соответствующем оборудовании. Металлографический анализ проводился на оптическом микроскопе Axiovert 200 MAT. Микроструктуры сплавов снимались при увеличениях 100, 200 и 500 крат. Для выявления структуры использовался травитель состава: 10 мл HNO3 + 30 мл HCl. Микротвердость образцов измерялась на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 20 г.

Результаты исследования: Представленные сплавы кобальт-хром содержат около 65% кобальта, 24% хрома и 11% других элементов. В соответствии с равновесной диаграммой состояния - это должны быть твёрдые растворы на основе а- кобальта. Судя по микроанализу сплавы находятся в литом состоянии с выраженной дендритной ликвацией. Возможно, что при кристаллизации в неравновесных условиях эвтектический распад при 14000С, который имеет место с эвтектической точкой при 45,5% Сr и нонвариантной горизонталью от 41 до 48% Сr, также оказал влияние на микросложение.

При охлаждении в процессе кристаллизации сплавы системы кобальт-хром могут претерпевать следующие превращения. Это полиморфизм кобальта - переход от высокотемпературной а- модификации с ГЦК -решеткой в низкотемпературную ε- модификацию с ГПУ - решеткой. Температура превращения в зависимости от процесса нагрева или охлаждения, а также концентрации хрома меняется в интервале от 3500С до 7700С. Есть информация о полиморфном превращении внутри а- области кобальта вблизи 1120 - 11450С. Наблюдается образование промежуточной ς- фазы с тетрагональной решеткой с интервалом гомогенности при 12000С от 56,6 до 61 ат.% Сr.

При этом указывается на возможность упорядоченного расположения в ней атомов кобальта и хрома. На основании данных термического анализа, измерения твердости и удельного электросопротивления сообщается об образовании областей упорядочения в богатых Сr твердых растворах на основе Со. При температуре 1280-1300≧С сплав с 64% (ат.) Сr имеет ОЦК решетку (Сr). Отмечены два нонвариантных превращения (α+ς)→ε при 990°С и 38 ат % Сr и реакция (а+ δ) →c при 1255°С.

Сплав I-MG - частично гомогенизировался, дендриты начинают рассыпаться, коагулировать. Обнаруживаются границы крупных зёрен извилистой формы как следы

вторичной полиэдрической мелкозернистой структуры. Метод: Стандарт - Полиметаллы Микротвердость образца составляет 4016 МПа (dср=31).

Элемент

Интенсивность

Концентрация

Co

675.59

69.33

Cr

259.44

18.26

W

29.28

12.41

В таблицах 1-2 приводится параметры кристаллической решетки изучаемых сплавов согласно ISO - 2001, где 1 - угол наклона образца, 2 - частота излучение, 3,4,5,6 - параметры кристаллической решетки.

Irel

d

2Theta

W

Channel

H

1

2

3

4

5

6

14

4.7082

18.85

0.42

65

212

60

4.1093

21.63

0.42

264

243

45

3.7840

23.51

2.73

399

264

29

3.4698

25.67

4.83

554

288

26

3.3431

26.66

3.54

625

299

24

3.1568

28.27

3.31

740

317

49

2.9124

30.70

3.26

914

343

9

2.7435

32.64

1.76

1053

364

22

2.5798

34.77

1.02

1206

388

34

2.5264

35.53

0.89

1261

396

7

2.3751

37.88

0.87

1433

421

13

2.2995

39.17

1.18

1529

435

21

2.1720

41.58

0.11

1707

460

20

2.0784

43.54

0.89

1853

481

14

2.0081

45.15

1.16

1975

498

11

1.9583

46.36

1.00

2067

511

15

1.9177

47.40

0.03

2146

521

15

1.9048

47.75

0.13

2172

525

15

1.8939

48.04

0.55

2194

528

17

1.8520

49.20

0.74

2282

540

11

1.8386

49.58

1.21

2311

544

9

1.8209

50.09

0.84

2350

549

8

1.8085

50.46

0.95

2378

553

12

1.7954

50.86

1.05

2408

557

18

1.7816

51.28

1.00

2440

561

11

1.7672

51.73

0.71

2474

566

14

1.7564

52.07

0.95

2500

569

10

1.7412

52.56

0.45

2537

574

9

1.7282

52.98

0.68

2571

579

12

1.6938

54.15

1.34

2664

590

9

1.6709

54.95

1.39

2728

598

18

1.6581

55.41

1.29

2765

603

Т аблица 1 - Рентгеноструктурный анализ сплава I-MG

10

1.6533

55.59

1.21

2779

605

11

1.6461

55.85

0.79

2800

607

13

1.6270

56.56

0.60

2857

615

5

1.6159

56.99

0.24

2891

619

10

1.6072

57.33

0.08

2918

622

10

1.5806

58.38

0.18

3002

633

17

1.5775

58.51

0.16

3012

634

8

1.5726

58.71

0.08

3028

636

14

1.5484

59.72

0.16

3108

646

17

1.5361

60.24

0.13

3150

651

17

1.5292

60.55

0.21

3174

654

100

1.4131

66.12

0.11

3617

708

79

1.3625

68.91

0.24

3823

734

Примечание:

[SPECTRUM PARAMETERS] XRAY_HVLT=40, XRAY_CRNT=400, XDETECTOR=11CDBZ43, SPCT_TIME=200

POS DTCTR=34.77, POS XTUBE=34.22, POS HOLDR=-1.67, POS SAMPL=0

Химический состав: Со-62,5%, Cr-29.5, Mo - 6.5%, Si -1.4%, Mn-0.6%, C-0.3%, N-0.2%. Проба представляет собой сплав на основе кобальта системы Co- Cr.В исследуемом объекте основная доля приходится на связанный кобальт - СоСо2О4 (Со3О4), CoCr2O4, CoCrO4, оксиды - хрома (CrO3Cr2O3,), кроме этого присутствуют в меньшем количестве фазы чистого Со. Механические свойства: Плотность 8,2г/см3, твердость по Виккерсу HV 365, интервал плавления 1295-13450С, температура литья 14600С, предел растяжения 640МПА, Е модуль 220000Мпа, растяжение (AS) 7,5%.

Взаимодействие в агрессивных средах: в концентрированной азотной кислоте (HNO3)- не реагирует, концентрированной соляной кислоте (HCl) реагирует (слабо окисляется, зеленоватый раствор),в концентрированной серной кислоте (HSO4)- реагирует (с выделением газа).

Сплав «Stomet-1kz: микроструктура сплава, литая дендритная структура с осями первого, второго и третьего порядка. Высокая концентрация светлой фазы с микротвердостью 6170 МПа, которая вероятно является интерметаллидом. Микротвердость образца составляет 4288 МПа (dср=30). Микротвердость включений составляет 6170 МПа (dср=25).

Метод: Стандарт - Полиметаллы

Элемент

Интенсивность

Концентрация

Co

622.26

79.00

Irel

d

2Theta

W

Channel

H

1

2

3

4

5

6

10

4.7465

18.69

0.37

54

211

51

3.8380

23.17

2.07

375

261

29

3.5322

25.21

1.97

521

283

22

3.3294

26.78

1.84

633

300

15

3.2287

27.63

1.50

694

310

12

2.9597

30.20

2.05

878

338

10

2.9124

30.70

2.84

914

343

16

2.8480

31.41

2.00

965

351

10

2.7254

32.86

0.74

1069

367

7

2.6606

33.68

0.95

1128

376

32

2.5628

35.01

1.18

1223

390

29

2.5283

35.51

0.76

1259

396

6

2.4162

37.21

0.47

1384

414

7

2.3010

39.15

0.76

1527

435

13

2.2762

39.59

1.58

1560

439

19

2.2511

40.05

1.55

1594

444

17

2.2388

40.28

1.23

1611

447

17

2.2260

40.52

0.11

1629

449

14

2.1870

41.28

0.84

1685

457

14

2.1012

43.05

0.29

1816

476

13

1.9970

45.41

0.74

1995

501

10

1.9775

45.89

1.08

2031

506

11

1.9599

46.32

0.97

2064

510

11

1.9583

46.36

0.29

2067

511

11

1.9458

46.68

0.39

2091

514

13

1.9283

47.13

1.63

2125

519

17

1.8949

48.01

0.18

2192

528

24

1.8823

48.35

0.08

2218

531

19

1.8656

48.81

0.13

2253

536

21

1.8511

49.22

0.24

2284

540

15

1.8363

49.64

0.11

2316

545

16

1.8098

50.42

0.05

2375

553

17

1.7962

50.83

0.11

2406

557

18

1.7816

51.28

0.29

2440

561

Таблица 2 - Рентгеноструктурный анализ сплава «Stomet-1kz»

30

1.7117

53.53

0.66

2615

584

34

1.7043

53.78

0.05

2635

587

45

1.6801

54.62

0.32

2702

595

13

1.6224

56.74

0.29

2871

616

7

1.5875

58.10

0.32

2980

630

19

1.5586

59.29

0.11

3074

642

14

1.5496

59.67

0.29

3104

645

19

1.5381

60.16

0.13

3143

650

10

1.5186

61.01

0.60

3211

658

13

1.5113

61.34

0.34

3237

662

28

1.4874

62.43

1.26

3324

672

30

1.4836

62.61

0.45

3338

674

98

1.4109

66.24

0.24

3626

709

93

1.3608

69.01

0.13

3830

735

Примечание:

[SPECTRUM PARAMETERS] XRAY_HVLT=40, XRAY_CRNT=400, XDETECTOR=11CDBZ43, SPCT_TIME=200

POS DTCTR=34.76, POS XTUBE=34.22, POS HOLDR=-0.52, POS SAMPL=0

Химический состав: Co-62.5%, Cr-28.5%, Mo-6.5%, Si-2.9%, Mn-0.6%.

В исследуемом объекте основная доля приходится на связанный кобальт - СоСо2О4 (Со3О4), CoCr2O4, CoCrO4, оксиды - хрома (CrO3Cr2O3,), кроме этого присутствуют в меньшем количестве фазы СоО и чистого Со.

Механические свойства: Плотность 8,2г/см3, твердость по Виккерсу РV 385, интервал плавления 1315-13650С, температура литья 14800С, предел растяжения 680Мпа, Е модуль 235000Мпа, растяжение (АS) 6,5%.

Взаимодействие в агрессивных средах: в концентрированной азотной кислоте (HNO3)- не реагирует ,в концентрированной соляной кислоте (HCl)- реагирует (слабо окисляется, зеленоватый раствор) и в концентрированной серной кислоте (HSO4)- реагирует (с выделением газа).

Обсуждение полученных результатов. Изучение физикомеханических и химических параметров разрабатываемого сплава показало, что по всем изученным показателям соответствует требованиям международного стандарта и возможен для использования по своему прямому назначению для изготовления литых конструкций зубных протезов.

Применение разработанного инновационного стоматологического сплава Stomet - 1 kz для ортопедического лечения, позволит значительно снизить стоимость стоматологических услуг по сравнению с импортными зубопротезными материалами. Результаты проведенных междисциплинарных исследований могут служить ценнейшим источником знаний в области ортопедической стоматологии, а их внедрение будет способствовать улучшению стоматологического статуса населения.

Рекомендация: разработанный сплав «Stomet-1kz» рекомендуется широкому клиническому исследованию в связи с получением положительных экспериментальнолабораторные подтверждений в соответствии с ИСО 1562.

Таким образом, проведенный сравнительный анализ международного стандарта ИСО 1562. Получены новые физико-химических свойств импортных и отечественных данные об эксплуатационных свойствах новых образцов, показал соответствие физико-механических отечественных сплавов.

свойств нового сплава Stomet - 1 kz требованиям ГОСТ и

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Манеев В.Г. Электрохимические и аллергические свойства некоторых металлов, применяемых в ортопедической стоматологии: автореф. дисc ... канд. мед. наук - Казань: 1972. - С.14.
  2. Ванин А.Ф., Стукан Р.А., Манухина Е.Б. Димерная и мономерная формы динитрозильных комплексов железа с тиолсодержащими лигандами. Физико-химические свойства и вазолаторная активность // Биофизика. - 1977. - T. 42, №1. - С.10-20.
  3. Таран Ю.Н., Мазур В.И. Структура эвтектических сплавов. - М.: Металлургия,1978. - С. 312.
  4. Пресняков А.А., Дегтярева А.С., Аубакирова Р.К. и др. Металлические расплавы, их затвердевание и кристаллизация.- Алматы: Галым, 2011. - 207 с.
Год: 2015
Город: Алматы
Категория: Медицина
loading...