CN103215474B - 一种齿科钴铬钼铜抗菌烤瓷合金及其热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种齿科钴铬钼铜烤瓷合金，主要用于烤瓷牙用冠及冠桥等，其具体化学成分为（重量％）：C≤0.08%，Cr：16%～26%，Mo：4%～10%，W：0.5%～2%，RE：0.1%-0.5%，Ni≤0.1%，Cu：1%～6%，余量Co；其中RE为稀土元素。本发明钴基烤瓷合金添加适量的铜元素，经过特殊热处理使富铜析出相均匀弥散分布，从而赋予该合金的广谱抗菌功能。本发明合金不含有毒元素，具有良好的抗氧化及耐腐蚀性，与现有瓷粉能很好匹配使用。除了作为烤瓷合金外，也可用于外科植入物、医疗器械、食品餐饮器械、首饰等领域。
Description
技术领域
本发明涉及齿科钴铬钼铜抗菌烤瓷合金，特别提供一种用于烤瓷牙冠及冠桥等义齿修复体用钴铬钼铜抗菌烤瓷合金。
背景技术
牙病患病率在世界各国都很高，就我国而言，牙病患者达8亿之多。而牙体缺损、牙列缺裂和牙列缺失又是牙病中的常见疾病，通常采用义齿进行修复。合金材料强度、硬度、耐磨性、耐久性和韧性等力学性能优良，特别是失蜡铸造技术引入牙科领域后，合金成为主要的修复材料，目前，在我国应用最广的合金是非贵铸造金属合金，其中镍基铸造合金主要用于烤瓷熔附修复体、义齿支架及牙冠桥，是我国常用的烤瓷合金。但镍铬合金最大的问题是部分患者会出现过敏症状，主要是其中镍元素的致敏危害，欧洲一些国家的有关部门警告不要使用镍含量超过1％的合金，而烤瓷用的镍含量普遍在62-82%之间，所以镍铬合金烤瓷牙实际上已经失去市场。
钴铬烤瓷合金最早应用于移植医疗，用做髋关节之用，针对镍铬烤瓷合金的Ni危害，钴铬烤瓷合金由于其耐腐蚀性能较镍基合金好，并且金瓷结合良好，又因为含有较多铬，其熔点较高，合金与包埋料间存在一定反应，所以镍基烤瓷合金已经逐渐被钴铬钼烤瓷合金所取代。
牙科材料属于生物材料，对材料要求特别严格，要求合金有高的强度、硬度和延展性，熔点低、流动性好、铸造收缩率小；要求合金色质优良、抗变色性能好，与瓷粉具有良好的匹配；要求有好的流散性以及与包埋材料膨胀系数相适用的收缩系数(即凝固和冷却过程中的收缩)；还要求合金的组织稳定性好，由于长期在口腔中使用，要求合金有很好的生物相容性，抗氧化及耐磨蚀性能。但是空腔环境是一个非常复杂的生物环境，口腔里的细菌数量很多，种类繁杂，当然，最多、最主要的细菌是链球菌、葡萄球菌和乳酸杆菌。
发明内容
本发明的目的在于提供一种齿科钴铬钼铜抗菌烤瓷合金，该合金不仅具有良好的抗氧化及耐腐蚀性，而且还具有良好的铸造性能，与现有的瓷粉能很好地匹配使用，更重要的是本发明合金具有广谱抗菌功能。
基于上述目的，本发明具体提供了一种齿科钴铬钼铜抗菌烤瓷合金，主要用于烤瓷牙用冠及冠桥等，其特征在于：按重量百分比计所述合金具体化学成分为：碳C≤0.08%，铬Cr：16%～26%，钼Mo：4%～10%，钨W：0.5%～2%，稀土RE：0.1%-0.5%，镍Ni≤0.1%，铜Cu：1%～6%，余量钴Co；其中RE为稀土元素。优选为：碳C≤0.08%，铬Cr：22%～26%，钼Mo：4%～6%，钨W：0.5%～2%，RE：0.1%-0.5%，镍Ni≤0.1%，铜Cu：1.5%～3.5%，余量钴Co。
本发明提供的齿科钴铬钼铜抗菌烤瓷合金不含潜在致敏致癌等危害的镍元素，在本发明合金中的Cr和Mo元素，可以使金属表面形成保护性氧化膜，提高合金的耐蚀性。钨元素的加入主要用于调整Cu元素的加入造成的合金热膨胀系数的变化，保证良好的金瓷结合力，同时提高合金的硬度。
本发明中铜的加入一方面可以降低合金的熔点，增强流动性，便于铸造成型。另一方面铜是钢中最重要的合金元素，是保证不锈钢抗菌功能的必要条件，本发明不锈钢中的含铜量为1.0-6.0（重量％），是根据铜在钴基合金中的溶解度所选择的有效抗菌范围，由于铜在钴合金中的溶解度随着温度下降而逐渐降低，因此本发明齿科钴铬钼铜抗菌烤瓷合金中铜在室温下为过饱和含量，通过特殊抗菌热处理之后，富铜相能在合金基体中均匀弥散析出，从而使不锈钢具有强烈和广谱抗菌功能。
本发明中稀土RE的加入主要是改善烤瓷合金的表面性能，优化金瓷结合力，同时提高合金的综合性能，例如减少并细化钢中夹杂物，优化力学性能和耐蚀性能等。同时稀土元素均具有一定的抗凝血和消炎作用，合金中加入的稀土金属，主要组成为Ce、La、Pr及Nd等，其中主要是Ce和La，稀土元素对合金的组织及性能等方面的影响主要通过Ce和La这二种元素来实现。
本发明还提供了上述齿科钴铬钼铜抗菌烤瓷合金特殊抗菌热处理工艺，其特征在于：具体工艺为：在1150℃-1200℃保温0.5-2h，使合金中的铜能充分均匀地固溶于基体中，水冷至室温后，使钢中的铜处于过饱和状态。然后根据合金中的铜含量高低，在400℃-1000℃保温0.5-5h，使过饱和的铜从合金中析出足够量的富铜相，保证充分的抗菌能力。温度选择根据合金中铜含量高低而定，优选参数为400-600℃保温3小时。
本发明齿科钴铬钼铜抗菌烤瓷合金可作为牙科材料广泛用于制作各种牙科修复体，如各种牙用嵌体、3／4冠、全冠、镶面冠、短跨度桥和长跨度桥等。除了作为烤瓷合金外，也可用于外科植入物、医疗器械、食品餐饮器械、首饰等领域。
本发明利用钴铬烤瓷的性能优势，在其原有化学成分基础上，通过加入适量的铜元素，通过钨含量调整合金密度和热膨胀系数，本发明钴铬钼铜抗菌烤瓷合金自身具有广谱抗菌功能、良好的抗氧化及耐蚀腐蚀性，并具有优良的金瓷结合能力，且不含致敏性镍元素（所含不大于0.1%镍为原料带入的残余镍含量，冶金上难以避免），对义齿修复具有重要意义，具有重要的社会和经济意义。
具体实施方式
本发明齿科钴铬钼铜抗菌烤瓷合金采用普通真空感应炉冶炼，浇铸成合适尺寸的棒材，所得齿科钴铬钼铜抗菌烤瓷合金铸态棒材的相关物理性能及力学性能：熔点＝1380-1450，热膨胀系数＝13.4-15.1×10-6，σb≥800MPa，σ0.2≥500MPa，δ5≥6%，Ψ≥5%，Hv5≥230，合金与瓷之间的结合力可高达300Mpa以上。
实施例：
根据本发明所设定的化学成分范围，在25公斤容量真空感应炉内冶炼了3炉钢及1炉对比合金各10公斤，其具体化学成分如表1所示。本发明合金钢锭在1150℃-1200℃保温2h，锻造成30mm厚板材，然后在1150℃保温2h使合金中的铜能充分均匀地固溶于基体中，水冷至室温后，使钢中的铜处于过饱和状态。合金1在400℃保温5h，合金2在550℃保温2h，优选成分合金3在500℃保温3h，使过饱和的铜从合金中析出足够量的富铜相，保证充分的抗菌能力。测得的力学性能如表2所示。
表1牙科用钴铬钼铜合金的化学成分
| 成分 | Cr | Mo | Ni | Cu | W | La | C | Co |
| 对比合金 | 28.20 | 5.90 | 0.60 | -- | -- | -- | 0.210 | 余量 |
| 合金1 | 23.73 | 4.29 | 0.08 | 1.73 | 1.50 | 0.15 | 0.033 | 余量 |
| 合金2 | 18.32 | 7.06 | 0.05 | 3.24 | 0.81 | 0.36 | 0.046 | 余量 |
| 合金3 | 25.6 | 4.31 | 0.07 | 2.01 | 1.01 | 0.12 | 0.054 | 余量 |
表2牙科用钴铬钼铜合金的力学性能
由实施例测试结果可知，本发明钴铬钼烤瓷合金通过适当降低合金中铬和钼的含量，加入钨和铜来调节合金密度和热膨胀系数，同时利用铜的杀菌功能使合金具有抗菌性能。由于合金大幅度降低碳含量，所以利用其中适量的稀土元素，配合合金的抗菌热处理工艺（同时也是时效强化处理），有效地保证了合金的强韧性，相比临床使用的烤瓷用钴铬钼合金（对比合金），仍保证较高的强度，同时提高了合金的塑韧性。优选合金3强度性能和塑韧性均高于对比用烤瓷合金。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种齿科钴铬钼铜抗菌烤瓷合金，其特征在于：按重量百分比计所述合金具体化学成分为：碳C≤0.08％，铬Cr：16％～25.6％，钼Mo：4％～10％，钨W：0.5％～2％，0.1％≤RE＜0.5％，镍Ni≤0.1％，铜Cu：1％～6％，余量钴Co；其中RE为稀土元素；其热处理工艺为：在1150℃-1200℃保温0.5-2h，水冷至室温后，根据合金中的铜含量高低，在400℃-1000℃保温0.5-5h。
2.按照权利要求1所述齿科钴铬钼铜抗菌烤瓷合金，其特征在于：碳C≤0.08％，铬Cr：22％～25.6％，钼Mo：4％～6％，钨W：0.5％～2％，0.1％≤RE＜0.5％，镍Ni≤0.1％，铜Cu：1.5％～3.5％，余量钴Co。
3.一种按照权利要求1所述齿科钴铬钼铜抗菌烤瓷合金的热处理方法，其特征在于：具体工艺为：在1150℃-1200℃保温0.5-2h，水冷至室温后，根据合金中的铜含量高低，在400-600℃保温3小时。
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| CN103060618A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-24 | 宁波市瑞通新材料科技有限公司 | 一种抗菌钴铬合金烤瓷义齿的制备方法 |
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| JP5283136B2 (ja) * | 2008-09-05 | 2013-09-04 | 国立大学法人東北大学 | 窒素添加Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ合金の結晶粒微細化方法および窒素添加Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ合金 |
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2013
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