[发明专利]一种新型钴基烤瓷合金及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及钴铬合金，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。

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、钼和钨等元素形成的合金材料，钴基合金以钴铬钼合金为其典型代表，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。

发明内容

本发明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，本发明在钴铬钼合金基础上，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。本发明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，本发明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%，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。优选为：碳C≤0.08%，铬Cr：20～24%，铁Fe：16-18%，锰Mn：8-12%，钼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。

本发明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，本发明钴基合金中控制镍Ni≤0.1（wt%）。

本发明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，本发明新型钴基烤瓷合金中碳含量最好控制在C≤0.08（wt%）

本发明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、钼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，本发明新型钴基烤瓷合金中氮含量控制在N≤0.4%。

本发明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，当合金中有钼和氮同时存在时，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，因此本发明新型钴基烤瓷合金中铬含量控制在16～24%。

本发明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。其次本发明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%。