Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической стоматологии

Классы МПК:A61K6/04 металлы или сплавы
C22C19/07 кобальта
C22C19/05 с хромом
A61C13/003 протезы без базиса, например мосты; их изготовление
Автор(ы):, , , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-01-18
публикация патента:

Изобретение относится к коррозионно-стойким сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления цельнолитых и металлокерамических зубных коронок и мостовидных протезов. Заявлен сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической стоматологии, который содержит в мас.%: углерод - не более 0,03, кремний - 0,8-1,8, марганец - 0,2-1,0, хром - 22,5-26,0, молибден - 8,0-10,5, кобальт - 0,1-5,5, ниобий - 0,4-1,3, железо - не более 0,4, ванадий - 0,01-0,40, иттрий - 0,005-0,100, а также никель и неизбежные примеси. Содержание никеля в сплаве составляет не более 61,5 мас.%, а суммарное содержание ниобия и ванадия связано следующей зависимостью: [%Nb]+[%V]=0,6-1,5. Техническим результатом изобретения является увеличение прочности сплава и возможность его применения при протезировании и без облицовки керамикой при сохранении уровня пластичности, значений ТКЛР и прочности металлокерамического соединения, коррозионной стойкости, а также технологичности при изготовлении зубных протезов: литейных характеристик, обрабатываемости, полируемости. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к коррозионно-стойким сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления цельнолитых и металлокерамических зубных коронок и мостовидных протезов.

Стоматологические сплавы данного назначения должны хорошо отливаться, обеспечивая получение тонкостенных протезных конструкций с заданными размерами; хорошо обрабатываться стоматологическими абразивами и полироваться; обладать высокой коррозионной стойкостью в среде полости рта, не быть токсичными и канцерогенными.

Кроме того, сплавы должны иметь близкие значения температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) с керамикой и прочную окисную пленку, обеспечивающие высокую адгезию металла с керамической облицовкой.

Механические характеристики сплава должны отвечать требованиям Российского стандарта ГОСТ Р 51767-2001 «Заготовки из сплавов на основе никеля для ортопедической стоматологии», в соответствии с которыми предел текучести (сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 0,2) и относительное удлинение (сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 ) литых образцов из стоматологических сплавов на основе никеля должны быть, соответственно, не менее 250 Н/мм2 и 3%, а твердость по Виккерсу HV10 - не менее 150.

Известен сплав на основе никеля для металлокерамических мостов и коронок, содержащий следующие компоненты, мас.%:

Углерод0-0,12
Кремний 0,3-1,8
Хром 15-28
Молибден6-16
Ниобий 0,2-3,5
Церий и/или лантан0,1-1,5
Железо и/или сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988
кобальт и/или марганец0-5
Никель и сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988
неизбежные примесиостальное,

при этом суммарное содержание ниобия и церия не более 3,5%, а отношение %Nb/%Ce=(3/1)÷(1/1).

(Патент ФРГ № 3630321, МПК А61К 6/04, опубл. 08.12.1988 г.).

Свойства сплава: твердость, HV10=176-198; предел текучести, сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 0,2=320-340 Н/мм2; относительное удлинение, сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 5=24-27%; ТКЛР в интервале температур 20-600°С составляет (13,9÷14,0)×10-6К-1 .

Однако, для обеспечения высокой надежности и долговечности металлокерамических мостовидных протезов большой протяженности, предел текучести сплава должен быть выше 340 Н/мм 2, что ограничивает применение последнего в нагруженных зубопротезных конструкциях.

Известен сплав на основе никеля для каркасов зубных протезов с керамической облицовкой, содержащий следующие компоненты, мас.%:

Углерод0,005-0,06
Кремний 1,5-2,5
Марганец 0,01-0,3
Хром 22,0-25,0
Молибден9,0-11,0
Железо 0,1-3,0
Кобальт 0,1-4,0
Ванадий 0,15-0,30
Один или несколько сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988
элементов, выбранных сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988
из группы, сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988
содержащей церий, сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988
лантан, неодим, сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988
празеодим 0,2-1,2
Никель Остальное.

(Патент РФ № 2009243 С1, МПК С22С 19/05, опубл. 15.03.1994 г. Бюл. № 5).

Этот сплав имеет следующие свойства:

предел прочности, сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 в=500-560 МПа;

предел текучести, сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 0,2=330-385 МПа;

относительное удлинение, сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 5=4-8,5%;

твердость по Бринеллю, НВ=1700-1870 МПа;

ТКЛР в интервале температур 20-500°С составляет (13,8-13,9)×10-6 град -1;

ТКЛР в интервале температур 20-600°С составляет 14,1-14,2)×10-6 град-1.

Этот сплав, обладая более высокими прочностными характеристиками, имеет значительно ниже (в 3 раза) пластичность (сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 5сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 8,5%), что также снижает надежность высоконагруженных мостовидных протезов большой протяженности, так как может привести к деформации протеза во рту пациента.

Наиболее близким аналогом по совокупности свойств является деформируемый сплав на основе никеля для металлокерамических зубных протезов с повышенными физико-механическими характеристиками, содержащий следующие компоненты, мас.%:

Углеродне более 0,03
Марганец 0,3-0,8
Кремний 0,9-1,6
Хром 23,0-26,0
Молибден 8,5-10,5
Ниобий0,8-1,7
Железо не более 0,5
Бор0,001-0,020
Иттрий 0,001-0,020
Никель и сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988
неизбежные примесиОстальное,

при этом содержание никеля составляет не более 64 мас.%, а суммарное содержание молибдена и ниобия связано следующей зависимостью:

[%Mo]+[%Nb]=9,7÷11,7

(Патент РФ № 2224809, МПК7 С22С 19/05, А61К 6/04, опубл. 27.02.2004 г. Бюл. № 6 - прототип).

Свойства сплава следующие: предел прочности, сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 в=610-630 Н/мм2; предел текучести, сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 0,2=395-420 Н/мм2; относительное удлинение, сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 5=30-41%; твердость по Виккерсу, HV10 =200-215; ТКЛР в интервале температур 20-500°С составляет (13,55)×10-6 гpaд-1 (среднее значение).

Тем не менее, повышение прочностных характеристик стоматологического сплава позволит при сохранении уровня пластичности изготавливать из него более тонкие каркасы зубных протезов, при этом уменьшается металлоемкость (экономия сплава) и вес зубопротезных конструкций без снижения их надежности и долговечности, что дает возможность проводить щадящее препарирование с минимальным снятием зубных тканей пациентов.

Как следует из описания, в прототипе содержание никеля ограничено до 64% с целью образования на поверхности сплава окисной пленки, препятствующей миграции ионов «аллергического» никеля в ротовую полость.

Однако, дальнейшее снижение содержания никеля в сплаве может позволить применять стоматологический сплав в протезных конструкциях и без покрытия керамической массой, например, в тех случаях, где не требуется косметический эффект (например, опорные, практически невидимые зубы), что дает возможность уменьшить снятие зубных тканей при обточке зубов на толщину керамики и удешевить стоимость протеза.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании стоматологического сплава повышенной прочности на основе никеля как для металлокерамических, так и цельнолитых (без покрытия) зубопротезных конструкций, в т.ч. высоконагруженных, большой протяженности, сочетающего следующий комплекс свойств:

- повышенные прочностные характеристики;

- высокая индифферентность (не токсичность) металла, т.е. наличие такой защитной окисной пленки на поверхности сплава, которая позволит применять его для изготовления зубных протезов, в т.ч. и без облицовки керамической массой, что расширяет возможности его применения при протезировании;

- пониженные значения ТКЛР сплава, близкие к ТКЛР керамики, и высокая прочность адгезии сплава и керамики, обеспечивающие прочность металлокерамического соединения;

- высокая коррозионная стойкость;

- хорошие литейные свойства, обрабатываемость стоматологическими абразивами и полируемость.

Техническим результатом изобретения является увеличение прочности сплава и возможность его применения при протезировании и без облицовки керамикой при сохранении уровня пластичности, значений ТКЛР и прочности металлокерамического соединения, коррозионной стойкости, а также технологичности при изготовлении зубных протезов (литейных характеристик, обрабатываемости и полируемости).

Указанный технический результат достигается тем, что сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической стоматологии, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ниобий, железо и иттрий, согласно изобретению дополнительно содержит кобальт и ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углеродне более 0,03
Кремний 0,8-1,8
Марганец 0,2-1,0
Хром 22,5-26,0
Молибден 8,0-10,5
Кобальт0,1-5,5
Ниобий 0,4-1,3
Железо не более 0,4
Ванадий 0,01-0,40
Иттрий0,005-0,100
Никель и сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988
неизбежные примесиостальное,

при этом содержание никеля составляет не более 61,5 мас.%, а суммарное содержание ниобия и ванадия связано следующей зависимостью:

[%Nb]+[%V]=0,6-1,5.

Содержание углерода в сплаве более 0,03% ухудшает обрабатываемость стоматологическими абразивами.

При содержании кремния менее 0,8% снижаются литейные характеристики сплава, а при содержании свыше 1,8% - его пластичность.

Марганец в пределах 0,2-1,0% обеспечивает хорошую жидкотекучесть сплава, при содержании марганца свыше 1,0% снижаются механические характеристики сплава, при его содержании менее 0,2% ухудшаются литейные свойства.

Хром в заявленных пределах 22,5-26,0% обеспечивает высокую, коррозионную стойкость и прочность сплава, а также пониженные значения ТКЛР. Содержание хрома в количестве более 26% приводит к уменьшению пластичности сплава, а при его содержании менее 22,5% ухудшается качество окисной пленки, препятствующей миграции ионов никеля в окружающие среды, и не обеспечивается прочное соединение с керамикой.

При содержании молибдена менее 8,0% не обеспечиваются прочность и низкие значения ТКЛР, а свыше 10,5% - снижается пластичность и повышается температура плавления сплава.

Кобальт в указанных пределах позволяет заменить часть никеля, а также повысить прочностные характеристики сплава. Содержание кобальта свыше 5,5% приводит к снижению пластичности и удорожанию сплава.

Легирование ниобием в пределах 0,4-1,3% обеспечивает повышенные прочностные характеристики сплава и пониженные значения ТКЛР. Содержание ниобия менее 0,4% не эффективно, а свыше - снижает пластичность сплава.

Железо в сплаве ограничено до 0,4%, так как при его содержании свыше 0,4% снижаются литейные характеристики сплава, ухудшаются качество окисной пленки, и, как следствие, прочность соединения сплава с керамикой.

Ванадий в указанных пределах дополнительно упрочняет сплав и обеспечивает низкие значения ТКЛР; при содержании ванадия свыше 0,4% снижается пластичность.

Иттрий в количествах 0,005-0,100% обеспечивает получение структурированной окисной пленки, увеличивающей.прочность металлокерамического соединения.

Ограничение содержания никеля не более 61,5% гарантирует безопасность и возможность применения сплава для зубопротезных конструкций, в т.ч. без покрытия керамической массой.

Ограничение суммарного содержания ниобия и ванадия в пределах 0,6-1,5% необходимо для повышения прочностных характеристик сплава при сохранении уровня ТКЛР и пластичности.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Сплавы выплавляли в вакуумно-индукционной печи ПИВК да чистой шихте с разливкой в прямоугольную разъемную изложницу для получения литых цилиндрических заготовок диаметром 15 мм и длиной 200 м.

Таблица 1
Химический состав предложенных сплавов и прототипа
Сплав Массовая доля, % Зависимость

%Nb + %V
СSi MnCr MoСо NbV YFe Ni и неизбежные примеси
1Предложенный 0.020 1.170.68 24.89.2 2.10.9 0.100.007 0.0860.943 1.00
2Предложенный 0.014 1.00.85 25.09.3 2.51.0 0.050.008 0.0760.208 1.05
3Предложенный 0.018 1.270.5 25.59.5 2.71.1 0.190.01 0.0959.022 1.29
4Предложенный 0.010 1.710.94 24.710.2 0.30.40 0.320.052 0.3761.00 0.72
5 Предложенный 0.0290.89 0.2522.8 8.35.3 1.260.22 0.0900.28 60.581.48
6 Прототип 0.011 0.90.4 23.58.7 -1.0 В 0.003 0.162,267 -
- - -- -- 0.007- --
0.018 1.3 0.6 25.6 10.0 1.6 - 0.015 0.3 63.364
0.013

После охлаждения на воздухе цилиндрические заготовки разрезались на мерные весом ~15 грамм, из которых методом центробежного литья по технологии, принятой в зубопротезных лабораториях стоматологических клиник, отливались образцы в соответствии со стандартом ГОСТ Р 51767-2001. На этих образцах определялись физико-механические и литейные характеристики сплавов в соответствии с вышеупомянутыми стандартами. Прочность металлокерамического соединения исследовали методом трех точечного изгиба в соответствии с ГОСТ Р 51736-2001 «Металлокерамика стоматологическая для зубного протезирования». Химические составы и физико-механические свойства предложенных составов сплава и прототипа представлены в таблицах 1 и 2 соответственно.

Таблица 2.
Физико-механические свойства сплавов на основе никеля
Сплавы сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 в, Н/мм2 сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 0,2, Н/мм2 сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 , % HV10 ТКЛР, сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 x10-6 K-1
20-500°C
1Предложенный 640 43235 21013,48
2 Предложенный655 440 32220 13,55
3 Предложенный 710447 30230 13,60
4 Предложенный 642431 37211 13,52
5 Предложенный 720450 31231 13,58
6Прототип 620 40835 207 13,55
(610-630) (395-420) (30-41)(200-215)

Результаты определения физико-механических свойств предложенных сплавов и сравнение их с аналогичными характеристиками прототипа показали, что они по уровню прочностных характеристик (сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 в, сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической   стоматологии, патент № 2454988 0,2 и HV10) превосходят прототип, а по пластичности и значениям ТКЛР практически находятся на том же уровне.

Как показали экспериментальные исследования, превышение верхнего предела суммы карбидообразующих элементов ниобия и ванадия до значения 1,63% в опытной плавке нового сплава (при содержании всех остальных элементов в пределах заявленного состава) привело к потере пластичности на 25%, а также к снижению его обрабатываемости и полируемости. Для оценки возможности применения сплава по своему назначению, в т.ч. без облицовки керамикой, были проведены санитарно-химические и токсикологические исследования. Результаты санитарно-химических испытаний с определением миграции ионов металла из предложенного сплава в модельные растворы, имитирующие полость рта (0,9% NaCl и 2% раствор лимонной кислоты), показали следующее. По данным атомноабсорбционного анализа миграция ионов никеля, хрома, молибдена, кобальта, марганца, ванадия и ниобия из образцов сплава в модели растворов агрессивных пищевых сред не превышала допустимых норм, что свидетельствовало о полной устойчивости сплава без керамической облицовки.

В результате токсикологических испытаний с применением животных в условиях многократного внутрижелудочного введения им вытяжки из нового сплава не было выявлено патологических изменений внутренних органов и такней.

Подкожная имплантация животным образцов сплава (без покрытия керамикой) свидетельствовала об отсутствии общетоксического и мутогенного действия.

Исследование цитотоксичности показало, что индекс токсичности нового сплава без керамики составил 102% при нормативных значениях 70-120%.

Из приведенных результатов следует что, предложенный сплав по всем показателям не токсичен, соответствует своему медицинскому назначению и может применяться для изготовления каркасов как металлокерамических, так и цельнолитых (без покрытия) зубных протезов. Исследование технологичности при изготовлении протезных конструкций: литейных характеристик, обрабатываемости, полируемости, прочности металлокерамического соединения, а также исследование коррозионной стойкости и клинические испытания показали, что предложенный сплав отвечает всем требованиям, предъявляемым к стоматологическим сплавам для ортопедической стоматологии. Таким образом, предложенный сплав превосходит прототип по прочности и имеет более широкое применение.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сплав повышенной прочности на основе никеля для ортопедической стоматологии, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ниобий, железо и иттрий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт и ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод не более 0,03
Кремний 0,8-1,8
Марганец 0,2-1,0
Хром 22,5-26,0
Молибден 8,0-10,5
Кобальт0,1-5,5
Ниобий 0,4-1,3
Железо не более0,4
Ванадий 0,01-0,40
Иттрий0,005-0,100
Никель и неизбежные примесиостальное,


при этом содержание никеля не более 61,5 мас.%, а суммарное содержание ниобия и ванадия связано следующей зависимостью:

[%Nb]+[%V]=0,6-1,5.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2454988

patent-2454988.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс A61K6/04 металлы или сплавы

Патенты РФ в классе A61K6/04:
способ получения оксидного биосовместимого покрытия на чрекостных имплантатах из нержавеющей стали -  патент 2519095 (10.06.2014)
сплав на основе кобальта для зубных протезов с повышенными механическими характеристиками -  патент 2517057 (27.05.2014)
способ получения металлокерамических покрытий на поверхности зубных протезов -  патент 2493813 (27.09.2013)
сплав на основе палладия для изготовления зубных протезов -  патент 2481095 (10.05.2013)
сплав на основе золота для изготовления зубных протезов -  патент 2478129 (27.03.2013)
остеоинтеграционное покрытие на ортопедические и стоматологические титановые имплантаты -  патент 2472532 (20.01.2013)
пригодный для обжига легкоплавкий никель-хромовый сплав для получения облицованной керамикой реставрации зубов -  патент 2469698 (20.12.2012)
способ нанесения гальванического покрытия на съемные зубные протезы -  патент 2469697 (20.12.2012)
оксидное покрытие на чрескостные ортопедические имплантаты из нержавеющей стали -  патент 2465015 (27.10.2012)
состав для пломбирования зубов -  патент 2463034 (10.10.2012)

Класс C22C19/07 кобальта

Патенты РФ в классе C22C19/07:
сплав на основе кобальта для зубных протезов с повышенными механическими характеристиками -  патент 2517057 (27.05.2014)
способ получения сплава на основе кобальта для металлокерамических и бюгельных зубных протезов -  патент 2509816 (20.03.2014)
способ комплексной обработки высокопрочных аморфно-нанокристаллических сплавов -  патент 2492249 (10.09.2013)
коррозионностойкий высокопрочный инварный сплав -  патент 2468108 (27.11.2012)
допускающий обработку давлением сплав кобальта (варианты) -  патент 2454476 (27.06.2012)
тонкая лента, выполненная из аморфного термомагнитного материала -  патент 2383652 (10.03.2010)
сплав на основе кобальта -  патент 2374348 (27.11.2009)
спеченный антифрикционный материал на основе кобальта -  патент 2360991 (10.07.2009)
аморфный магнитомягкий сплав на основе кобальта -  патент 2354734 (10.05.2009)
сплав на основе кобальта -  патент 2352663 (20.04.2009)

Класс C22C19/05 с хромом

Патенты РФ в классе C22C19/05:
сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионностойких покрытий микроплазменным или холодным сверхзвуковым напылением -  патент 2527543 (10.09.2014)
жаропрочный сплав на основе никеля -  патент 2525952 (20.08.2014)
жаропрочный сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок -  патент 2525883 (20.08.2014)
нанокомпозит на основе никель-хром-молибден -  патент 2525878 (20.08.2014)
жаропрочный сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок -  патент 2524515 (27.07.2014)
металлическое покрытие со связующим веществом с высокой температурой перехода гамма/гамма' и деталь -  патент 2523185 (20.07.2014)
металлическое связующее покрытие с высокой гамма/гамма' температурой перехода и компонент -  патент 2521925 (10.07.2014)
сплав, защитный слой и деталь -  патент 2521924 (10.07.2014)
сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него -  патент 2521740 (10.07.2014)
жаропрочный никелевый сплав, обладающий высоким сопротивлением к сульфидной коррозии в сочетании с высокой жаропрочностью -  патент 2520934 (27.06.2014)

Класс A61C13/003 протезы без базиса, например мосты; их изготовление


Наверх