DE19604827C2 - Verwendung von Goldlegierungen für Konstruktionselemente in der Dentaltechnik - Google Patents
Verwendung von Goldlegierungen für Konstruktionselemente in der DentaltechnikInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Goldlegierungen
als Werkstoff für Konstruktionselemente in der
Dentaltechnik.
Speziell bei der Herstellung von herausnehmbarem Zahnersatz
kommen häufig Präzisionsverbindungselemente als sogenannte
Konstruktionselemente, wie zum Beispiel Geschiebe oder
Gelenke zum Einsatz. Solche Konstruktionselemente werden
heutzutage meist in vorgefertigter Form angeboten. Aufgrund
der individuellen Problemfälle existiert eine Vielzahl
unterschiedlicher Konstruktionen. So waren bereits 1989 ca.
290 verschiedene Systeme auf dem Markt. Zu ihrer
Herstellung wird eine Vielzahl unterschiedlicher
Legierungen auf Edelmetallbasis eingesetzt.
In der Regel sind diese Konstruktionselemente sehr
aufwendig zu fertigen. Dies liegt an der Kleinheit der
Teile, die gepaart ist mit komplizierten Geometrien und
engen Toleranzen, um den hohen Ansprüchen im klinischen
Einsatz standzuhalten. Zusätzlich müssen aufgrund der hohen
Festigkeitsanforderungen hochfeste Legierungen verwendet
werden, die in aller Regel aufgrund der hohen Härte ein
schwieriges Umformverhalten zeigen. Üblicherweise werden
nur Legierungen eingesetzt, die Härten von über 200 HV und
Fließgrenzen von mehr als 450 MPa besitzen.
Zusätzlich werden an diese Legierungen hohe Anforderungen
bezüglich der Korrosionsbeständigkeit gestellt, um die
Biokompatibilität entsprechender Dentalkonstruktionen
sicherzustellen. Dabei sind die Anforderungen bezüglich
Korrosionsfestigkeit eher noch höher einzustufen als bei
gegossenem Zahnersatz, da bei Konstruktionselementen
Spalträume, zum Beispiel zwischen den Geschiebeflächen,
nicht zu umgehen sind. Damit sind alle Voraussetzungen für
eine verschärfte Korrosionssituation durch Spaltkorrosion
erfüllt. Eine optimale Biokompatibilität erhält man durch
den Einsatz höchst korrosionsbeständiger Legierungen, die
mit möglichst wenigen Legierungselementen auskommen.
Die Befestigung der Konstruktionselemente an die
Prothesenteile kann durch Löten oder durch direktes
Angießen der Dentallegierung an das Konstruktionselement
erfolgen. Für diese Konstruktionselemente benötigt man
Legierungen, die keine Nichtedelmetalle enthalten, so daß
beim Vorwärmen vor dem Anguß keine störende Oxidschicht
entsteht, die eine stoffschlüssige Verbindung zwischen
Konstruktionselement und Dentallegierung verhindern würde.
Diese Legierungen sind meist auf der Basis Gold-Platin-
Palladium oder auch Platin-Iridium aufgebaut.
Besonders
hochfeste Legierungen dieses Typs sind beispielsweise in
der DE 35 42 641 C2 beschrieben.
Speziell bei gelben, aufbrennfähigen
Dentallegierungssystemen, die mit speziellen
niedrigschmelzenden Keramiken verblendet werden können,
sind Konstruktionselemente aus gelben Legierungen
erwünscht, damit sich diese vom Grundmaterial nicht
farblich abheben. Diese gelben Legierungen sind bisher alle
mit Nichtedelmetallen legiert und damit nicht angußfähig.
Sie sind in der Regel auf der Basis Gold-Platin-Silber-
Kupfer aufgebaut und verdanken ihre mechanische Festigkeit
zum großen Teil der Silber-Kupfer-Mischungslücke. Durch den
dadurch bedingten relativ hohen Kupfer-Anteil ist
potentiell eine Verfärbungsneigung speziell bei Vorliegen
einer Spaltkorrosionssituation gegeben. In jüngerer Zeit
hat man daher das Ziel verfolgt, den Kupfer-Gehalt dieser
Legierungen weiter zu reduzieren. Um hohe mechanische
Festigkeiten sicherstellen zu können, sind weitere
legierungstechnische Maßnahmen erforderlich, die allerdings
als Konsequenz eine Verringerung der Duktilität und damit
einhergehend einen noch höheren Fertigungsaufwand zur Folge
haben.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
Goldlegierungen für Konstruktionselemente in der
Dentaltechnik zu finden, die eine gelbe Goldfarbe zeigen,
ausreichend hart und gut verformbar sind. Außerdem sollten
sie äußerst korrosionsbeständig sein, eine optimale
Biokompatibilität besitzen und daher keine toxisch
bedenklichen Bestandteile aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die
Verwendung von Goldlegierungen mit 1,2 bis 2,3 Gew.% Titan,
Rest Gold.
Vorzugsweise verwendet man Legierungen, die 1,6 bis
1,8 Gew.% Titan, Rest Gold enthalten.
Überraschenderweise lassen sich auf Goldbasis mit
Titanzusätzen von 1,2 bis 2,3 Gew.% Legierungen erzeugen,
die ein wesentlich günstigeres Umform- und
Korrosionsverhalten aufweisen, als die bisher bekannten
Legierungen für Konstruktionselemente. Die hohe Reaktivität
des Elementes Titan läßt sich schmelztechnisch durch
Aufschmelzen unter Schutzgas in geeigneten Tiegeln
beherrschen. Besonders bewährt haben sich binäre
Legierungen aus Gold und 1,6 bis 1,8 Gew.% Titan, die
bezüglich Farbe und Korrosionsbeständigkeit sowie
Verformungsverhalten optimale Eigenschaften aufweisen.
In Tabelle 1 sind beispielhaft drei gelbe Legierungen des
konventionellen Legierungstyps (Legierung 1 bis 3) neben
einigen erfindungsgemäßen Legierungen (Legierungen 4 bis 6)
aufgelistet. In Tabelle 2 finden sich die dazugehörigen
mechanischen Kenndaten.
Während die bekannten und die erfindungsgemäßen Legierungen
im harten Zustand keine gravierenden Unterschiede bei den
mechanischen Kenndaten aufweisen, zeigen die
erfindungsgemäßen Legierungen im weichgeglühten Zustand
deutlich bessere Werte. Die Härtewerte lassen sich im
Gegensatz zu den konventionellen Legierungen wesentlich
stärker absenken, z. T. auf etwa nur ein Drittel der Werte,
die die konventionellen Legierungen besitzen. Damit einher
geht eine starke Absenkung der Fließgrenze und eine massive
Steigerung der Duktilität auf Werte von ca. 60%. Sowohl
die Erhöhung der Duktilität als auch die deutliche
Verringerung von Härte und Fließgrenze führen zu einer
markanten Verbesserung des Umformverhaltens. Durch die
höhere Duktilität lassen sich größere Umformgrade und eine
Verringerung der Zahl der Zwischenglühungen erreichen und
durch die geringere Festigkeit sind geringere Umformkräfte
erforderlich. Beide Faktoren gemeinsam führen zu deutlich
verringerten Fertigungskosten und -zeiten und erlauben
außerdem neuartige, effizientere Fertigungsmethoden, wie
zum Beispiel das Fließpressen. Nach den Umformvorgängen
lassen sich durch geeignete Wärmebehandlungen wieder hohe
Festigkeiten und geringere Duktilitäten einstellen. Der
nunmehr harte Zustand besitzt ein sehr günstiges Verhalten
bei nachfolgenden spanenden Formgebungen. Auch bei der
Verwendung als Konstruktionselemente sind die hohen
Festigkeiten wieder erforderlich.
Überraschenderweise hat sich außerdem gezeigt, daß diese
Legierungen sich durch eine außergewöhnliche
Korrosionsbeständigkeit auszeichnen. In Tabelle 3 sind die
Kenndaten zur Korrosionsbeständigkeit zusammengestellt. Die
Korrosionsbeständigkeit wurde nach DIN E 13927 in einem
einwöchigen Immersionstest in 0,1 molarer Milchsäure-
Kochsalzlösung anhand der freiwerdenden Korrosionsprodukte
bestimmt. In Tabelle 3 sind die Summen der freiwerdenden
Korrosionsprodukte pro cm² Probenoberfläche aufgelistet.
Die Untersuchungen erfolgten einmal an Proben mit frisch
geschliffener Oberfläche und einmal an Proben, die
nachträglich noch einer Vergütungsbehandlung ausgesetzt
waren. Als Vergütungsbehandlung wurde jeweils eine
Auslagerung von 1h bei 500° C an Luft gewählt. Bei dieser
Wärmebehandlung erreichen die erfindungsgemäßen Legierungen
die höchsten Festigkeiten. Es bietet sich daher an, nach
der letzten Formgebung eine solche Behandlung
durchzuführen. Während es bei den konventionellen
Legierungen dadurch zu einem Anstieg der Korrosionsrate
kommt, so daß die Glühung unter Schutzgas durchgeführt
werden muß, führt diese Glühbehandlung überraschenderweise
bei den erfindungsgemäßen Legierungen zu einer weiteren
Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit. Bei den binären
Legierungen sinkt die Korrosionsrate sogar unter die
Nachweisgrenze ab.
Folgende Beispiele sollen die Verwendung der
erfindungsgemäßen Legierungen näher erläutern:
- 1. Zur Herstellung eines Geschiebes muß ein Vormaterial
mit einem Rechteckquerschnitt von 3,3 × 6 mm aus einem
stranggegossenen Zylinderstab mit 9 mm Durchmesser
hergestellt werden. Für Legierung 1 (Tabelle 1) sind
dafür 8 Zwischenglühungen sowie 9 Walzstiche gefolgt
von 3 Ziehschritten erforderlich.
Für Legierung 2 (Tabelle 1) sind dafür 11 Zwischenglühungen sowie 10 Walzstiche gefolgt von 3 Ziehschritten erforderlich.
Die erfindungsgemäßen Legierungen Nr. 5 und 6 (Tabelle 1) benötigen dagegen nur 3 bzw. 4 Zwischenglühungen sowie 6 Walzstiche gefolgt von 3 Ziehschritten. Die Fertigung des Vormaterials ist damit wesentlich weniger zeitaufwendig. - 2. Zur Herstellung eines zylindrischen Wurzelstiftes werden konventionelle Legierungen auf einer Drehbank bearbeitet. Mit der erfindungsgemäßen Legierung Nr. 6 kann dagegen ein Draht angemessener Dicke nach vorhergehender Weichglühung direkt durch einen Fließpreßvorgang in eine Endform gepreßt werden. Eine Nacharbeitung ist für diesen Anwendungsfall nicht erforderlich.
Claims (2)
1. Verwendung von Goldlegierungen mit 1,2 bis 2,3 Gew.%
Titan, Rest Gold, als Werkstoff für
Konstruktionselemente in der Dentaltechnik.
2. Verwendung einer Legierung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 1,6 bis 1,8 Gew.% Titan, Rest Gold enthält.
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