Нержавеющая сталь "денталит" для ортопедической стоматологии

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нержавеющим коррозионно-стойким хромоникелевым сталям, предназначенным для изготовления литых зубных коронок и мостовидных протезов, в том числе с пластмассовой облицовкой. Сущность изобретения заключается в том, что заявленная нержавеющая сталь для ортопедической стоматологии содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, РЗМ и железо. Дополнительно сталь содержит медь, кальций и магний при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0.10-0.20, кремний 1.5-2.0, марганец 1.3-1.8, хром 19.5-22.0, никель 16.0-19.0, молибден 2.8-4.0, медь 0.5-1.5, кальций ≤0.02, магний ≤0.04, РЗМ ≤0.05; железо и неизбежные примеси - остальное. Содержание хрома и содержание углерода связаны следующей зависимостью: Cr/C≤200. Техническим результатом изобретения является повышение технологичности стали при изготовлении зубных протезов путем улучшения литейных характеристик стали, а также ее обрабатываемости стоматологическими абразивами, полируемости при снижении содержания легирующих элементов и сохранении повышенного уровня механических свойств, высокой коррозионной стойкости, нетоксичности в полости рта. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нержавеющим (коррозионно-стойким) хромоникелевым сталям, предназначенным для изготовления литых зубных коронок и мостовидных протезов, в том числе с пластмассовой облицовкой.

Литейные металлы, применяемые в ортопедической стоматологии, должны:

- обеспечивать получение высокоточного литья тонкостенных зубных протезов;

- хорошо обрабатываться стоматологическими абразивами и полироваться;

- иметь достаточную прочность, чтобы исключить деформацию изготовленнных из них тонкостенных протезов во рту пациентов;

- иметь высокую коррозионную стойкость в слюне, крови, желудочном соке, не быть токсичными, т.е. отвечать всем современным санитарно-химическим и токсикологическим требованиям.

Известна нержавеющая сталь, разработанная для медицинского инструмента, преимущественно для хирургических имплантатов, эксплуатируемых внутри живого организма, которая содержит следующие компоненты, мас.%:

Углерод 0.01-0.03

Хром 16.5-18.5

Никель 14.5-17.5

Молибден 2.6-3.1

Кремний 0.2-0.6

Марганец 1.0-2.0

Алюминий 0.03-0.25

Магний 0.005-0.03

Железо Остальное

(Авторское свидетельство SU №1678894 А1, МПК С 22 С 38/44, опубл. 23.09.1991 г.).

Применение этой стали позволяет повысить эксплуатационную надежность хирургических имплантатов внутри живого организма за счет повышения их стойкости к питтинговой коррозии.

Однако присутствие в стали низкого содержания углерода ухудшает ее литейные характеристики, а в сочетании с невысоким содержанием хрома не обеспечивает прочностные свойства, необходимые для изготовления тонкостенных мостовидных зубных протезов большой протяженности.

Известен железоникельхромовый сплав Вироллой Е (Wirolloy E) для зубных коронок с облицовкой пластмассой, содержащий следующие компоненты, мас.%:

Хром 21

Никель 25

Молибден 5

Медь 1.5

Марганец 1.5

Железо 46

(Германия, фирма БЕГО, обработка золота, Вильгельм Хербет ГмбХ и Ко.Бремен; BEGO Bremer . Wilh. Herbst GmbH & Co, 5m792/ BD 7858 Best №82007, 1992 by BEGO).

Этот сплав имеет пониженные значения прочностных характеристик: предел текучести σ_0.2=240 Н/мм² и твердость HV10=135, что затрудняет его использование для тонкостенных мостовидных зубных протезов, особенно большой протяженности, и поэтому может быть использован в соответствии с рекомендацией фирмы только для единичных коронок.

Наиболее близким аналогом по совокупности элементов является коррозионно-стойкая сталь “Дентан” для зубных протезов, содержащая следующие компоненты, мас.%:

Углерод 0.003-0.05

Кремний 2.3-3.0

Марганец 1.0-2.1

Хром 23.5-26.5

Никель 19.0-21.0

Молибден 1.8-2.2

Церий 0.05-0.15

Железо Остальное

(Патент РФ №2017857 С1, МПК С 22 С 38/44, 38/58, опубл. 15.08.1994 г. - прототип).

В патенте указаны высокие механические свойства:

предел прочности, σ_в=60-80 кг/мм²;

предел текучести, σ_0.2=50-60 кг/мм²;

относительное удлинение, δ₅=50-60%.

Однако, как следует из описания патента, эти свойства получены на образцах, изготовленных из горячедеформированного прутка после прокатки, тогда как в литом состоянии (рабочем: протезы изготавливаются методом центробежного литья) эти свойства будут существенно меньше.

Низкое содержание углерода в стали (менее 0,05%) уменьшает ее жидкотекучесть, ухудшая литейные свойства, а повышенное содержание хрома (до 26,5%) снижает обрабатываемость и полируемость стали.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании нержавеющей стали для литых зубных протезов, имеющей следующий комплекс свойств:

- повышенные литейные характеристики;

- хорошую обрабатываемость стоматологическими абразивами и полируемость;

- повышенные механические свойства, обеспечивающие надежность и долговечность тонкостенного зубного протеза, в том числе мостовидного, большой протяженности;

- высокую коррозионную стойкость в полости рта, отвечающую всем современным санитарно-химическим и токсикологическим требованиям;

при снижении содержания основных легирующих элементов.

Техническим результатом изобретения является улучшение литейных характеристик стали, а также ее обрабатываемости стоматологическими абразивами, полируемости при снижении содержания (экономии) легирующих элементов и сохранении повышенного уровня механических свойств, высокой коррозионной стойкости, нетоксичности в полости рта.

Указанный технический результат достигается тем, что нержавеющая сталь для ортопедической стоматологии, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, РЗМ и железо, согласно изобретению для повышения технологичности при изготовлении зубных протезов дополнительно содержит медь, кальций и магний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0.10-0.20

Кремний 1.5-2.0

Марганец 1.3-1.8

Хром 19.5-22.0

Никель 16.0-19.0

Молибден 2.8-4.0

Медь 0.5-1.5

Кальций ≤0.02

Магний ≤0.04

РЗМ ≤0.05

Железо и неизбежные примеси Остальное

при этом содержание хрома и углерода связаны следующей зависимостью: Cr/С≤200.

При содержании углерода в стали менее 0,10% не обеспечивается хорошая жидкотекучесть стали, а при содержании углерода свыше 0,20% снижается коррозионная стойкость.

Содержание кремния менее 1,5% не обеспечивает хорошие литейные характеристики стали, а при его содержании свыше 2,0% снижается пластичность.

Марганец в пределах 1,3-1,8% обеспечивает хорошую жидкотекучесть стали, при содержании марганца свыше 1,8% ухудшаются ее коррозионные свойства.

Содержание хрома менее 19,5% снижает коррозионную стойкость стали, а свыше 22,0% ухудшает обрабатываемость и полируемость стали, а также уменьшает выход “годного” при металлургическом переделе (деформации слитка на пруток).

Никель в указанных пределах 16,0-19,0% обеспечивает получение пластичной немагнитной аустенитной структуры. Увеличение содержания дефицитного никеля свыше 19% приводит к удорожанию металла.

При содержании молибдена менее 2,8% не обеспечиваются необходимые коррозионная стойкость и прочность стали, а при его содержании свыше 4,0% повышается температура плавления и снижается пластичность.

Легирование медью понижает температуру плавления стали, повышает ее пластичность в холодном состоянии и, как следствие, обрабатываемость и полируемость. Легирование медью менее 0,5% не эффективно, а свыше 1,5% приводит к снижению горячей деформируемости при металлургическом переделе.

Введение РЗМ ограничено 0,05% в связи с дополнительным легированием модифицирующими добавками кальция и магния в количествах не более 0,02 и 0,04% соответственно. Комплексное микролегирование стали РЗМ, кальцием и магнием повышает технологичность стали при горячем переделе от слитка до прутка и тем самым увеличивает выход “годного” при металлургическом переделе.

Зависимость Cr/С≤200 ограничивает легирование стали хромом на верхнем пределе при содержании углерода на нижнем пределе, что позволяет без снижения коррозионной стойкости дополнительно увеличить горячую пластичность и выход “годного” при металлургическом переделе, а также обрабатываемость стали при экономии хрома.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Сталь “ДЕНТАЛИТ” выплавляли с соблюдением строгого режима технологии в вакуумно-индукционной печи на чистой шихте с разливкой в слиток. Слиток после высокотемпературного нагрева ковали на молоте на пруток, который в последствии резали на мерные заготовки по ~15 грамм.

Из этих заготовок центробежнолитым способом по технологии, принятой в стоматологической практике, отливали образцы для испытаний.

Химический состав и свойства предложенной стали в литом состоянии приведены в таблице 1 и 2 соответственно.

Из результатов определения механических свойств, полученных в литом состоянии, следует: предложенная сталь обладает повышенным уровнем механических свойств, позволяющим изготавливать зубные протезы, в том числе мостовидные большой протяженности, с более тонкой стенкой, что дает возможность проводить щадящее препарирование с минимальным снятием зубных тканей пациента.

Обрабатываемость и полируемость стали оценивали трудоемкостью при изготовлении протезов. Результаты показали, что новая сталь легко обрабатывается стоматологическими абразивами и полируется в связи с более низким содержанием в ней хрома и дополнительным легированием медью.

Для оценки жидкотекучести стали методом центробежного литья, как и при изготовлении зубных протезов, отливались тонкостенные образцы сложной конфигурации с толщиной стенки 0,2 мм.

Все детали на отливке из предложенной стали получились четкие и заданной геометрии в связи с повышенной жидкотекучестью из-за более высокого содержания углерода. При этом по мере увеличения в стали углерода до 0,19% жидкотекучесть стали возрастала.

Определение температуры плавления показало, что у предложенной стали она невысокая и составляет не более 1330°С.

Таким образом, предложенная сталь “ДЕНТАЛИТ” отличается повышенной технологичностью при изготовлении зубных протезов, а именно лучшими литейными характеристикам, обрабатываемостью стоматологическими абразивами и полируемостью, что снижает трудоемкость и сокращает время изготовления зубных протезов, а также содержит в своем составе меньше основных легирующих элементов до 19%.

Проведенные коррозионные, санитарно-химические и токсикологические испытания предложенной стали “ДЕНТАЛИТ” показали, что она полностью отвечает всем современным медицинским требованиям, предъявляемым к материалам для зубного протезирования.

Формула изобретения

Нержавеющая сталь для ортопедической стоматологии, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, РЗМ и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит медь, кальций и магний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,10-0,20

Кремний 1,5-2,0

Марганец 1,3-1,8

Хром 19,5-22,0

Никель 16,0-19,0

Молибден 2,8-4,0

Медь 0,5-1,5

Кальций ≤0,02

Магний ≤0,04

РЗМ ≤0,05

Железо и неизбежные примеси Остальное

при этом содержание хрома и содержание углерода связаны следующей зависимостью: Сr/С≤200.