[发明专利]一种牙冠产品用抗菌钴基材料及其热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及钴基合金材料技术领域，具体为一种抗菌钴基牙冠产品材料及其热处理方法。其具有独特的抗口腔细菌感染功能，可广泛应用于口腔领域相关的各种二类医疗器械。

背景技术

据医学统计，每毫升未经刺激的唾液中细菌数达1.5亿个，每一克牙结石(牙垢)中的细菌数则达100亿个。如此，成年人如一年未请医生予以洁牙，其口腔中细菌则可达100亿至1000亿个之多。而细菌的种属被分析出来的就达30多种，主要有葡萄球菌、链球菌、乳酸杆菌、涎链球菌、厌氧链球菌、奈瑟氏菌、以色列放线菌、螺旋体、嗜血菌、产黑色素拟杆菌，其中有非致病菌，也有条件致病菌。所谓条件致病菌就是在一特殊条件下(例如体质下降)这些细菌对人产生致病作用，如牙周炎，龋齿和冠周炎等疾病。现有牙冠产品材料多为惰性金属，自身不具有杀菌功能。因此，为了消除细菌感染带来的致病风险，申请人发明了自身具有抗菌功能的钴基合金材料，分别为专利201310278730.5(一种外科植入物用抗菌感染锻造钴基合金及其制备方法)和专利201310578365.8(一种抗细菌感染用铸造钴基合金及其热处理工艺)，为口腔牙冠材料抗菌功能提供了解决方案。然而，口腔牙冠钴基合金一般对于Ni等有毒元素有着严格的限制，上述申请专利并不能保证口腔环境牙冠材料的特殊要求，因此有必要针对口腔环境牙冠这一具体产品形式提出相应的保护要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗菌钴基合金材料及热处理方法，该钴基合金能够显著降低现有口腔牙冠用钴基合金医疗器械使用中引发的细菌感染风险，可用来制备牙冠产品。

本发明的技术方案是：

一种牙冠产品用抗菌钴基材料，其特征在于：按重量百分比计，该钴基合金的化学成分如下：Cr：28.0-30.0；W：8.0-10.0；Si：1.0-2.0；Cu：2.0-4.0；Ni≤0.1；Cd≤0.02；Be≤0.02；Mn≤1.0；N≤1.0；Nb≤1.0；Fe≤1.0；余量为Co。优选的化学成分为：Cr：29.0；W：9.0；Si：1.5；Cu：3.0；Ni≤0.1；Cd≤0.02；Be≤0.02；Mn≤1.0；N≤1.0；Nb≤1.0；Fe≤1.0；余量为Co。

在本发明的口腔牙冠用抗菌钴基合金的成分设计中，铜(Cu)是合金中最重要的合金化元素，应保证在热处理下，富铜相在钴基合金基体中的均匀弥散析出。当铜含量较低时，即使经过热处理，钴基合金基体中也不易析出足够的富铜相，因而不具备稳定的抗菌性能。当铜含量相对过高时，会导致钴基合金在高温下析出相对粗大的富铜相，严重影响到钴基合金的离子释放，同时也严重影响到合金在使用过程中的细胞毒性，因此本发明中的钴基合金中的含铜量控制为2.0-4.0wt％。

抗菌热处理对于平衡材料的抗菌性能和耐蚀性能(等同于离子释放量表征)具有重要的作用，时效温度过低或过高，都不能在保证材料耐蚀性能满足的前提下，钴基合金的抗菌功能得到有效发挥。因此本发明中合适的抗菌热处理制度为：固溶处理为1200～1250℃保温1～2小时，水冷至室温；时效处理为800～1000℃保温2-6小时，空冷至室温。

因此，本发明的有益效果是：

1、本发明通过技术发明，解决了目前存在的抗菌钴基合金在口腔环境下的力学性能不达标、离子析出超标和轻微细胞毒性的问题，获得了具有实用价值的抗口腔细菌感染功能的抗菌钴基合金牙冠新产品。

2、本发明所述抗口腔细菌感染用抗菌钴基合金材料可广泛应用于口腔科临床领域中使用的各种二类医疗器械。

具体实施方式

根据本发明牙冠产品用抗菌钴基合金材料设定的化学成分范围，本发明采用15公斤真空感应炉冶炼实施例和对比例锻造钴基合金各10公斤，其化学成分见表1。

表1实施例和对比例的抗菌钴基合金化学成分(wt.％)

制备步骤为：

步骤1，通过真空感应熔炼，把实施例和对比例中抗菌金属铜添加到钴基合金中，使得其充分均匀化；

步骤2，在1200℃保温2小时，锻造成Φ30mm棒；

步骤3，抗菌热处理，固溶+时效处理，其中固溶处理为1220℃保温2小时，水冷至室温；时效处理如表2所示，最终制得抗菌钴基材料。

表2抗菌钴基合金时效处理参数

1、力学性能测试