Другие лигатурные металлы

К этой группе относится большая группа металлов, используемых при со-

ставлении сплавов и придания им специ­альных свойств. Процентное содержание этих металлов в сплаве может быть очень небольшим, но нередко только их при­сутствие придает сплаву нужные специ­альные свойства. Такие металлы в спла­вах называются лигатурными. Так, до­бавка титана к нержавеющей стали уменьшает образование карбидов хрома; молибден в кобальто-хромовом сплаве улучшает межкристаллическую структу­ру, способствует увеличению прочности; медь в сплавах золота повышает их твер­дость; цинк в сплавах увеличивает жид-котекучесть; кадмий снижает температу­ру плавления и т. д.

Медь. В самородном состоянии медь встречается редко. В рудах медь содер­жится главным образом в соединениях с серой. К таким рудам относится мед­ный колчедан, содержащий халькоперит (CuS'FeS), медный блеск, содержащий халькозин (Cu₂S). Меньше распростра­нены руды, содержащие кислородные соединения меди.

Медь имеет красный цвет, весьма пла­стична, вследствие чего хорошо обраба­тывается под давлением в холодном и го­рячем состояниях. Обладает хорошими литейными свойствами.

Медь окисляется во влажной среде и при нагревании. Растворяется в азот­ной и серной кислотах и щелочах. Медь находит широкое применение в электро-

Раздел II. Материалы, применяемые для изготовления пластиночных протезов при полной утрате зубов

Таблица 15.10 Физико-механические свойства меди

Таблица 15.11 Физико-механические свойства цинка

Химический знак	Си
Плотность, г/см'	8,8
Температура плавления, °С
Температура кипения, °С
Усадка при затвердевании, %	1,7
Предел прочности, кгс/мм2
Относительное удлинение, %
Твердость по Бринеллю, кгс/мм2
Коэффициент линейного расширения	16- 10"

технике из-за хорошей электропровод­ности. Она входит в состав многих спла­вов (бронза, латунь и др.). Медь является составной частью всех золотых сплавов и припоев, так как она повышает вяз­кость и механическую прочность. Для стоматологических целей выпускают медные кольца различных диаметров, которые используют для снятия слепков с отдельных зубов при изготовлении вкладок, полукоронок, штифтовых зу­бов.

Цинк — металл синевато-белого цвета с отчетливо выраженной кристалличе­ской структурой. В природе цинк в сво­бодном состоянии не встречается. Наи­более распространенными рудными со­единениями являются цинковая обманка ZnS и цинковый шпат ZnC0₃. Получают чистый металл из окиси цинка ZnO, ко­торая образуется при обжиге рудных со­единений, а также непосредственно из руд методом электролиза.

Цинк устойчив к коррозии, но во влажной среде на его поверхности обра­зуется защитная пленка из основной уг­лекислой соли. Эту способность исполь­зуют для покрытий коррозирующихся металлов. Цинк растворяется в соляной

и серной кислотах, он обладает хорошей электро- и теплопроводностью.

Цинк становится пластичным только при температуре свыше 100°С, когда он обретает ковкость и способность вальце­ваться. При температуре выше 200°С он вновь приобретает хрупкость. Добавки цинка в сплавы металлов повышают их жидкотекучесть. Он входит в состав при­поев для золота, нержавеющей стали, се­ребра и меди. Цинк является составной частью латуни (сплава меди и цинка), применяется при аффинаже золота.

Кадмий — металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком. В природе кадмий встречается в сочетании с рядом других элементов. Наиболее распростра­нены цинково-кадмиевые руды. Получа­ют кадмий методом восстановления и последующего отделения из смеси при кипячении при температуре 780—800°С. При такой температуре кадмий кипит и конденсированные пары его представ­ляют собой чистый кадмий.

Кадмий — очень пластичный, мягкий металл, легко куется и вальцуется. Он хо­рошо растворяется в соляной и серной кислотах. На воздухе в присутствии вла­ги покрывается окисной пленкой (CdO).

Глава 15. Основные конструкционные материалы

Таблица 15.12 Физико-механические свойства кадмия

Кадмий применяют при приготовле­нии различных легкоплавких сплавов и припоев. Введение его в припой для зо­лота понижает температуру плавления на 100—150°С. Необходимо иметь в виду, что введение его в сплавы металлов, имею­щих более высокую температуру плавле­ния, следует проводить с большой осто­рожностью. Так как кадмий обычно вно­сят в небольших количествах, он быстро вскипает, образуя ядовитые для организ­ма пары.

Кадмий в припое для золотых сплавов во время пайки выкипает, сгорает, и про­ба золотого сплава в припое приближает­ся к основному сплаву.

Могут быть рекомендованы следую­щие способы введения кадмия в сплавы:

1. Необходимое количество кадмия за­вертывают в бумагу и вводят в расплав­ленный сплав, после чего нагревание прекращают.

2. Диффундированием кадмия в тонко развальцованный сплав. Для этого на тонкие пластины припоя кладут кусочки кадмия и при температуре 320—330°С плавят. Кадмий обладает хорошей жид-котекучестью и смачивающей способно­стью, поэтому он легко разливается по

поверхности пластин и диффундирует в их поверхность. Свернутые в трубки пластины плавят в тигле.

Магний (Mg) — металл бледно-серого цвета, самый легкий из металлов, приме­няемых в металлургии (плотность — 1,74). Основными минералами, содержащими магний, являются карналлит MgCl • КС1 • 6Н₂0, магнезит MgC0₃ (свыше 45% MgO), бишофит MgCl₂'6H₂0 (свыше 46% MgCl₂) и доломит СаС0₃ • MgC0₃.

Металлический магний получают дву­мя способами: электролизом хлоридов и термическим восстановлением из руд. При получении магния из магнезита его обжигают и получают MgO. Затем из окиси магния путем хлорирования полу­чают хлорид магния, а из него электро­лизом — чистый магний. Температура плавления 650°С. Твердость катаного и необожженного магния может дости­гать 40 кгс/мм².

Магний приобретает пластичность, позволяющую проводить горячую про­катку в листы и проволоку, только в на­гретом до 250—300°С состоянии. Металл легко растворяется в кислотах, окисля­ется на воздухе, при температуре 600°С воспламеняется. Он вводится в состав различных сплавов как раскислитель и очиститель, является составной час­тью припоя для паяния нержавеющей стали.

Молибден (Мо) — светло-серый, тугоп­лавкий металл. В природе встречается в виде руд, содержащих молибден. На­иболее промышленное значение имеет молибден (MoS₂), содержащий около 60% Мо. Молибденовые руды содержат обычно Си, W, Bi, Be и другие металлы. Плотность молибдена 10,2 г/см³, темпе­ратура плавления 2620°С, температура кипения 4800°С, термический коэффи­циент линейного расширения — 6* 10 ⁶, твердость по Бринеллю 150—160 кгс/мм², предел прочности при растяжении 80-120 кгс/мм².

274 Раздел II. Материалы, применяемые для изготовления пластиночных протезов при полной утрате зубов

На воздухе в обычных условиях, а так­же в холодных растворах соляной и сер­ной кислот и щелочах молибден устой­чив к коррозии. Азотная кислота и цар­ская водка его растворяют. В металлур­гии молибден используют для получения ферромолибдена (содержащего 55—70% Мо, остальное — Fe), который вводится в качестве присадки при получении ле­гированных сталей. В кобальто-хромо-вый сплав молибден вводят для улучше­ния его межкристаллической структуры.

Марганец (Мп) — серебристо-белый металл. В природе встречается в рудных соединениях: пиролюзит (Мп0₂), псило-мелан (т • МпО • Мп0₂ • пН₂0), манганит (Мп0₂ • Мп(ОН)₂), браунит (Мп₂0₃) идр. Марганцевым рудам всегда сопутствуют минералы, содержащие железо. Получа­ют марганец главным образом методом электролиза из водных растворов MnS0₄. Плотность марганца 7,2—7,4 г/см³, темпе­ратура плавления 1245°С, температура ки­пения 2150°С, термический коэффициент линейного расширения 22,3 • 10~⁶.

Марганец имеет 4 полиморфные мо­дификации, отличающиеся различным строением кристаллической решетки. Химически марганец достаточно акти­вен, при нагревании активно реагирует с кислородом, азотом, углеродом, серой, фосфором. При комнатной температуре на воздухе не изменяется. В соляной и разбавленной серной кислотах легко растворяется, образуя соли.

Марганец находит применение при приготовлении многих сплавов на осно­ве железа, меди, алюминия, магния и др. Марганец вводят в сталь для раскисле­ния сплава, уменьшения содержания се­ры и повышения износостойкости.

Сплавы титана

Титан (Ti) — серебристо-белый металл. В природе встречается в рудах. Основные минералы, в состав которых входит титан: ильменит, рутил, анатаз, лейкоксен, лопа-

рит, титанит и другие, содержащие дву­окись титана ТЮ₂ от 40 до 90%. Получают титан из руд методом хлорирования в присутствии углерода и последующим восстановлением. Плотность титана 4,5 г/см³, температура плавления 1668°С, температура кипения 3227°С, термичес­кий коэффициент линейного расширения 8,5^# 10~⁶, предел прочности 25,6 кгс/мм², относительное удлинение 72%, твердость по Бринеллю 100 кгс/мм².

Титан обладает хорошей коррозион­ной стойкостью в атмосферном воздухе, воде. На поверхности титана образуется тонкая, прочная окисная пленка, пред­охраняющая от дальнейшего окисления. Он прочен, устойчив к коррозии, безвре­ден, из него изготавливают многие ин­струменты. Титан устойчив к азотной кислоте, слабо растворим в серной кис­лоте.

Известно много сплавов, содержащих титан. Добавка титана к нержавеющей стали способствует уменьшению в ней карбидов хрома. Из соединений титана в зуботехнической практике находит применение двуокись титана Ti0₂, пред­ставляющая собой белый порошок. Дву­окись титана используется как замутни-тель при производстве пластмасс, на ее основе приготавливают разделительные лаки для покрытия металлических частей зубных протезов.

В последнее время широкое распро­странение получили сплавы на основе титана. Это вызвано рядом его уникаль­ных свойств. Титан — серебристый ме­талл, не темнеющий со временем ни в ат­мосфере, ни в морской воде; на него не действуют кислоты и щелочи. Коррози­онная стойкость титана превышает тако­вую у нержавеющей стали. При удельной массе почти такой же, как у алюминия, титан в 12 раз прочнее его и превосходит по прочности железо. В отличие от по­следнего титан не намагничивается, эта­кое свойство, как термостойкость (тем-

Глава 15. Основные конструкционные материалы

пература плавления — 1670°С) резко вы­деляет его среди других металлов. Стали с присадками титана обладают повышен­ной жаропрочностью и используются в космической и других технологиях. Со­единения титана применяются в качест­ве катализаторов полимеризации моно­меров, красителей, наполнителей высо­комолекулярных соединений.

Многие из сплавов, созданных на осно­ве титана, в медицине и стоматологии на­ходят применение для хирургической практики. Титан — «металл хирургов». Он идет на изготовление внутрикостных, под-надкостничных и эндодонтоэноссальных имплантатов. Эти сплавы обладают хоро­шей биосовместимостью и инертностью.

В настоящее время сплавы титана ис­пользуются для получения цельнолитых каркасов зубных протезов, а также мосто-видных протезов с последующей обработ­кой и нанесением покрытия нитрида тита­на при нагревании в атмосфере азота или аммиака. Покрытие нитридом титана уве­личивает твердость и придает эстетичес­кий вид — пленка имеет золотистый отте­нок (температура плавления — 2950°С, твердость — 7—8 ед.; для сравнения: твер­дость алмаза — 10 ед., топаза — 8 ед.)

Наибольший интерес представляет применение сплавов титана для получе­ния цельнолитых каркасов зубных про­тезов. Из всех сплавов наилучшими ли­тейными свойствами, наряду с высокими показателями прочности (предел проч­ности на разрыв 686 МПа), обладает сплав марки ВТ5Л (титан, легированный алюминием). Линейная и объемная усад­ки при литье у сплава ВТ5Л составляют соответственно 0,8—1% и 3%, что близко к таковым для золотых сплавов. Карка­сы, отлитые из этого сплава, при необхо­димости исправления могут быть под­вергнуты аргонно-дуговой сварке.

Технология получения ортопедичес­ких конструкций из литьевого титана следующая. К смоделированной по

обычной методике восковой модели протеза прикрепляется литниково-пи-тающая система из штифтов диаметром 5—6 мм и устанавливается центральный питатель. Модели с питателями присо­единяются к коллекторам блока литни­ковой системы. Для изготовления кера­мической формы используется электро­корунд на связке из этилсиликата. Об­щее количество слоев покрытия — 9. Каждый слой подвергается сушке в ат­мосфере аммиака. Затем блок моделей помещают в ванну для вытапливания воска.

Формы для литья прокаливают при температуре 1000°С и обрабатывают пи-роуглеродом (подаваемый в печь углево­дород при высокой температуре в отсут­ствие кислорода разлагается и атомар­ный углерод пропитывает стенки кера­мической формы, предотвращая ее хи­мическое взаимодействие с металлом). Формы, остывшие до температуры не выше 150°С, устанавливают в контейнер под заливку.

Плавку и литье титана проводят в ва-куумно-дуговой гарниссажной литье­вой установке. Плавку ведут в графито­вом тигле с гарниссажем (гарниссаж — слой металла, подвергаемого плавке, который покрывает внутреннюю по­верхность тигля). Благодаря постоянно­му охлаждению тигля (водой) гарнис­саж не расплавляется и защищает ти­гель от воздействия расплавленного ме­талла.

После наплавления необходимого ко­личества металла включается центробеж­ная установка и расплавленный металл сливается в центральный металлоприем-ник контейнера с формами. Охлаждение контейнера проводится в вакууме или в среде аргона. Далее отливки механиче­ски отделяются от керамических оболо­чек, отрезаются отлитниково-питающих систем и подвергаются пескоструйной обработке.

Раздел II. Материалы, применяемые для изготовления пластиночных протезов при полной утрате зубов

Обработка изделий из титана может быть осуществлена посредством:

1) механической шлифовки и поли­ровки (по обычной методике);

2) электрополировки. Состав электро­лита: серная кислота — 60%, плавиковая кислота — 30%, глицерин — 10%. Деталь является анодом. Катод выполнен из гра­фита. Плотность тока составляет 0,5—0,7 А/мм, напряжение — 24 В.

Выдерживание изделий из титана в ат­мосфере азота при температуре 850—950°С приводит к образованию на их поверхно­сти золотистой пленки нитрида титана.

Кроме того, титан применяется для изготовления базисов съемных протезов при помощи метода сверхпластической формовки.