一种新型钴基烤瓷合金及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种新型钴基烤瓷合金，按重量计其化学成分为：C≤0.08%，Cr：16～24%，Fe：10～20%，Mn：5～15%，Mo：2～8%，W：2～8%，Cu：1～3%，N≤0.4%，Ni≤0.1%，S＜0.01%，P＜0.02%，Co余量。本发明专利技术通过加入铁、锰和钨等元素代替部分昂贵钴元素，通过钨含量来调整烤瓷合金的热膨胀系数，使烤瓷合金具有优良的金瓷结合力，通过氮元素进一步优化烤瓷合金的力学性能和耐蚀性能，同时通过特殊的热处理使铜元素弥散析出从而使合金具有一定的抗菌功能，因此该合金作为齿科合金具有极大的优势。本发明专利技术烤瓷合金也可用在外科植入物、医疗器械、食品餐饮器械、首饰等方面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钴铬合金，具体地说是用于烤瓷牙冠及冠桥等义齿修复体用钴铬合金。
技术介绍
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。 目前由于镍铬烤瓷合金中镍的潜在致敏和致癌等危害，导致镍铬烤瓷合金逐渐被钴铬烤瓷合金所替代。钴铬烤瓷合金最早应用于移植医疗，用做髋关节之用，由于其耐腐蚀性能较镍基合金好，并且金瓷结合良好，已经成为义齿修复用主要的烤瓷合金。钴基合金是以钴为基体，添加铬、镍、钥和钨等元素形成的合金材料，钴基合金以钴铬钥合金为其典型代表，医用钴基合金具有良好的耐腐蚀性能、耐磨损性能和抗热疲劳性能，热导率高，热膨胀系数较低，杨氏模量不随其强度变化而变化。牙科材料属于生物材料，除了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；还要求合金色质优良、合适的热膨胀系数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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型钴基烤瓷合金，考虑到钴是一种重要战略资源，世界上大多数国家缺钴，钴的价格昂贵等问题，本专利技术在钴铬钥合金基础上，降低钴和铬的含量，适量加入铁元素和锰元素，并加入氮元素来优化力学性能和耐蚀性能。同时考虑到口腔环境细菌数量和种类繁杂，加入适量铜元素。本专利技术新型钴基烤瓷合金具有优良的抗菌功能和金瓷结合能力，同时具有优良的力学性能和耐蚀性能，不含潜在致敏等危害的镍元素，且低成本，对义齿修复具有重要意义，具有重要的社会和经济意义。基于以上目的，本专利技术提供了一种新型钴基烤瓷合金，其特征在于:按重量计其化学成分为:碳C≤0.08%,铬Cr: 16 24%，铁Fe: 10 20%，锰Mn:5 15%，钥Mo:2 8%，钨 W:2 8%，铜 Cu:1 3%，氮 N ≤ 0.4%,镍 Ni ( 0.1%，硫 S < 0.01%,磷 P < 0.02%,钴 Co:余量。优选为:碳 C ≤ 0.08%,铬 Cr:20 24%，铁 Fe: 16-18%,锰 Mn:8_12%，钥 Mo:4 6%，钨 W:2 4%，铜 Cu:1 3%，氮 N:0.2 0.4%,镍 Ni ≤ 0.1%，硫 S < 0.01%,磷 P < 0.02%,钴Co:余量。本专利技术所提供的新型钴基烤瓷合金中，为了避免镍元素的潜在致敏和致癌等危害，考虑到冶金原料中镍的残余含量，本专利技术钴基合金中控制镍Ni ≤ 0.1 (wt%)0本专利技术所提供的新型钴基烤瓷合金，为了保证优良的力学性能和耐蚀性能，避免合金中过多的碳化物形成，本专利技术新型钴基烤瓷合金中碳含量最好控制在C < 0.08 (wt%)本专利技术所提供的新型钴基烤瓷合金含有氮元素，首先氮有助于提高合金的强度和耐腐蚀性，根据点蚀和缝隙腐蚀抗力近似计算公式PREN=%Cr+3.3%Mo+(13-30) %N,可以看出氮和铬、钥共同作用是铬单独作用效果的20 30倍。其次合金中的氮元素在人体内是宏量元素，对人体没有危害。因此考虑到冶金学因素的影响，本专利技术新型钴基烤瓷合金中氮含量控制在N彡0.4%。本专利技术所提供的新型钴基烤瓷合金含有铬元素，铬是提高钴基合金耐蚀性最主要的合金元素，在氧化介质中，铬能使合金表面上迅速生成氧化铬(例如Cr2O3)的钝化膜，这层钝化膜是非常致密和稳定的，即使一旦被破坏也能迅速恢复。铬同时非常有效地提高钴基合金的耐点蚀性能，当合金中有钥和氮同时存在时，铬的这种有效性大大加强。由于铬是不锈钢中主要的耐蚀元素，而且也提高合金中氮的溶解度，因此本专利技术新型钴基烤瓷合金中铬含量控制在16 24%。本专利技术所提供的新型钴基烤瓷合金含有铁元素，首先铁是一种人体必需的微量元素，参与人体大多数新陈代谢。其次本专利技术新型钴基烤瓷合金中铁元素的加入主要是用来替代合金中部分昂贵的钴元素，以达到降低成本的目的。在合金中铁可以和钴形成连续的固溶体，不影响钴基合金的性能，本发 明新型钴基烤瓷合金中铁含量控制在10 20%。本专利技术所提供的新型钴基烤瓷合金含有钥元素，首先钥是一种重要的人体必需微量元素。其次钥加入钴基合金中主要用来提高合金的耐蚀性特别是耐点蚀及缝隙腐蚀等性能。研究文献表明钥的耐点蚀及缝隙腐蚀的能力为铬的3倍左右，大量实验指出，钥主要是强化钢中铬的耐蚀作用。因此本专利技术新型钴基烤瓷合金中钥含量控制在2 8%。本专利技术所提供的新型钴基烤瓷合金含有锰元素，首先锰是人体必需的微量元素，锰在动植物及人体内均有重要的作用，是酶的辅因子，可促进维生素合成，锰参与蛋白质的合成代谢，还能激活DNA聚合酶等。其次合金中的锰元素是奥氏体形成元素，具有强烈稳定钴基合金奥氏体基体的作用。在本专利技术合金中锰元素最重要的作用是增加合金中氮的溶解度，调整合金中氮的含量，考虑到合金中的氮含量，因此本专利技术新型钴基烤瓷合金中锰含量控制在5 15%。本专利技术所提供的新型钴基烤瓷合金含有钨元素，钨的加入主要是为了调整由于铁和锰元素加入造成的合金密度，弹性模量和热膨胀系数等物理量的变化，由于热膨胀系数和材料的密度关系密切，因此通过加入不同含量的钨来调整本专利技术新型钴基烤瓷合金的热膨胀系数，使其具有优良的金瓷结合力。因此本专利技术新型钴基烤瓷合金中钨含量控制在2 8%。本专利技术所提供的新型钴基烤瓷合金含有铜元素，铜的加入一方面可以降低合金的熔点，增强流动性。另一方面铜是本专利技术新型钴基烤瓷合金具有抗菌功能的必要条件，铜元素在钴中的溶解度随着温度降低逐渐下降，因此本专利技术新型烤瓷合金可以通过特殊抗菌热处理(热处理工艺为:400-500°C保温0.5-5h)，使部分富铜相能在合金基体中均匀弥散析出，从而赋予新型钴铬烤瓷合金广谱抗菌功能。考虑到过多的铜含量影响合金的热加工性能，因此本专利技术新型钴基烤瓷合金中铜含量控制在I 3%。在本专利技术所提供的新型钴基烤瓷合金中，硫和磷被视为有害杂质，由于本专利技术新型钴基烤瓷合金中需要通过调整锰含量来调整氮含量，为了避免硫化锰杂质的形成，本专利技术钴基合金中控制硫含量应低于0.01%，控制磷含量在0.02%以下。本专利技术还提供了上述新型钴铬烤瓷合金的抗菌热处理工艺，具体工艺为:在1150 0C -1200 0C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，根据合金中的铜含量高低，在400°C -500°C保温0.5-5h，使部分铜从合金中析出足够量的富铜相，保证一定的抗菌能力。本专利技术所提供的新型钴基烤瓷合金的优势:首先对比临床应用的钴铬钥烤瓷合金，合金中添加了铜元素，通过特殊热处理后，使合金具有一定的抗菌性能，在口腔环境中使用有助于缓解牙龈发炎等口腔疾病。其次通过加入铁、锰和氮元素代替部分昂贵钴元素，有效地降低了钴基合金的制备成本。铁和锰元素都是人体必需的微量元素，对人体没有严重危害。合金中添加的氮元素是有效的奥氏体稳定元素，同时可有有效提高合金的力学性能和耐蚀性能。第三，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型钴基烤瓷合金，其特征在于：按重量计其化学成分为：碳C≤0.08%，铬Cr：16～24%，铁Fe：10～20%，锰Mn：5～15%，钼Mo：2～8%，钨W：2～8%，铜Cu：1～3%，氮N≤0.4%，镍Ni≤0.1%，硫S＜0.01%，磷P＜0.02%，钴Co：余量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任伊宾，肖克沈，邵传伟，杨柯，战德松，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：