ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕБЛАГОРОДНЫХ СТОМАТОЛОГИЧЕСКИХ СПЛАВОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОЛИЧЕСТВА ДОБАВЛЯЕМЫХ ЛИТНИКОВ

Наиболее широко распространенным видом стоматологического ортопедического лечения пациентов с дефектами твердых тканей зубов и зубных рядов остаются металлокерамические протезы [5]. К нередко встречающимся осложнениям при протезировании металлокерамическими конструкциями относится возникновение сколов керамического покрытия, обусловленных целым рядом технических [2,3,6] и врачебных ошибок [4]. Среди прочих причин этого следует указать на несоответствие коэффициента термического расширения сплава и керамической массы (67% от общего количества сколов), а также деформацию тонкого металлического каркаса в пришеечной области при жевательных нагрузках, слабую химическую связь, образованную между керамикой и оксидной пленкой на поверхности каркаса. По данным I. Sailer, в течение пяти лет наблюдавшего пациентов с металлокерамическими мостовидными протезами малой и средней протяженности (при дефектах от потери от 1 до 3х зубов), сколы керамической облицовки наблюдались в 15% случаев[11]. В то же время статистический анализ клинических данных, проведенный О.Г. Полянской, показал, что сколы керамического облицовочного слоя металлокерамических конструкций чаще наблюдались в мостовидных протезах (в 60% случаев), по сравнению с одиночными коронками (7%)[7,8]. На сегодняшний день зубные техники все чаще используют в своей работе литники, а также подвергают работу большому числу корректировочных обжигов. По данным ряда авторов это может сильно изменять заданные производителем физико-механические свойства, что, в свою очередь, может влиять на прочность сцепления металла с керамикой и цитотоксичность сплавов [1, 9, 10].
Цель работы: научно обосновать предельно допустимое число переплавов неблагородных отечественных стоматологических сплавов.
Материалы и методы исследования. Нами были изготовлены образцы из неблагородных отечественных стоматологических сплавов для изготовления металлокерамических зубных протезов с керамической облицовкой, зарегистрированные и разрешенные к применению на территории Российской Федерации: Витирий-С (кобальто-хромовый сплав) и Витирий-Н (никель-хромовый сплав), изготовитель ЗАО «УралТех», г. Екатеринбург.
Изучение предела текучести образцов на изгиб проведено в центре НИТУ «МИСиС» совместно с к.т.н. Алабиным А.Н. на аппарате Zwick (Германия). Исходя из данных схожих исследований, было выделено 3 группы для каждого сплава, из которых отливались образцы: первичное литье из гранул; 50% добавления литейного возврата; 100% вторичное литье. Для каждой группы было изготовлено согласно ГОСТ Р ИСО 22674–2012 по 6 образцов. Всего было изготовлено 36 цилиндрических образцов длиной 25 мм и диаметром 2,5 мм. Образец помещали между двух поддерживающих опор, усилие прикладывалось четко между ними в противоположном направлении со скоростью 0,2 мм/мин. Компьютерная программа фиксировала предел текучести, который соответствовал напряжению, при котором остаточная (пластическая) деформация составляла 0,2 % от длины испытываемого образца. Исследования коэффициента термического линейного расширения проведены в лаборатории НИТУ «МИСиС» на закалочно-деформационном дилатометре DIL 805 A/D в соотвествии с ГОСТ 10978-83 совместно с инж. Соколовым П.Ю. Было изготовлено 36 образцов для исследования КТЛР: цилиндры диаметром 5 мм и длиной 10 мм с плоскопараллельными основаниями. Образец помещали в дилатометр и подвергали нагреву от 20 до 500 °C со скоростью 5 °C/мин.
Изучение твердости образцов по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) при нагрузке 10 кг проведено в центре коллективного пользования «Материаловедение и металлургия» НИТУ «МИСиС» совместно с к.т.н. Алабиным А.Н. на твердометреZHV10Zwick(Германия) на 36 образцах (цилиндры длиной 25 мм и диаметром 2,5 мм), зафиксированных в пластмассе. В поверхность образца вдавливали алмазный индентор в форме четырехгранной пирамиды с углом при вершине α136°. После удаления нагрузки Р=101000 Н, действовавшей определенное время (10 – 15 с), измеряли диагональ отпечатка d, оставшегося на поверхности образца. Число твердости HV определяли делением нагрузки в килограммах на площадь боковой поверхности полученного пирамидального отпечатка F=(d2/2)(1/sinα/2), мм2:

HV = (2P sin α/2)/d2 = 1,854P/d2

Измерив диагональ d восстановленного отпечатка и зная использованную нагрузку Р, находили число твердости по специальным таблицам, составленным с использованием формулы.
Химический состав данных цилиндрических образцов определялся атомно-эмиссионным спектральным анализом с индуктивно-связанной плазмой на аппарате Optima 5300 DV фирмы PerkinElmer в лаборатории ЗАО
«УралТех», г. Екатеринбург.
Результаты и обсуждение
Предел текучести на изгиб для сплава Витирий-С составил (МПа): в I группе (100% новый сплав) - 824±1,3, во II (50% добавление литейного возврата) - 929±1,6, в III (100% литейный возврат) - 1004±2,4; для сплава Витирий-Н: в I группе - 620±2,1, во II группе - 636±0,9, в III группе - 607±1,2. Добавление литников в кобальтохромовый сплав Витирий-С ведет к увеличению прочности, а в случае с никельхромовым сплавом Витирий-Н увеличение прочности наблюдалось только во второй группе при использовании 50% литников от общей массы отливаемого изделия. При использовании же 100% переплава Витирий-Н, наблюдалось снижение прочностных показателей ниже первоначальных данных.
Твердость по Виккерсу для Витирий-С: в I группе – 347±2,3, во II группе - 360±2,4, в III группе – 362±1,9; дляВитирий-Н: в I группе – 236±1,8, во IIгруппе – 226±2,2, в III группе – 237±2,1. В случае с кобальтохромовым сплавом наблюдалось увеличение твердости с ростом количества добавляемых литьевых отходов. При исследовании никельхромового сплава наблюдалось уменьшение твердости во II группе, но в III группе показатели вернулись к исходному уровню.
Были сделаны предварительные выводы, что предел текучести и твердость могли измениться из-за увеличения количества оксидов в расплаве, которые могли положительно сказаться на жидкотекучести расплава. Увеличение твердости можно связать с угаром основных компонентов: молибдена и хрома, а следовательно, после многократных переплавов увеличивается процентное содержание кобальта, и как следствие, увеличивается твердость сплава. Также повышение твердости может быть связано с увеличением содержание углерода в сплаве. Однако известно, что при определенной концентрации углерод может стать причиной хрупкости материала.
Средние значения коэффициента термического линейного расширения для сплава Витирий-С составили (10-60С-1): в I группе - 14,6±0,3, во II группе - 14,4±0,2, в III группе - 14,3±0,3; для сплава Витирий-Н: в I группе - 14,2±0,2, во II группе - 14±0,4, в III группе – 13,9±0,3. Анализ результатов исследования КТЛР позволяет судить о том, что добавление литников в случае с обоими сплавами приводит к снижению коэффициента термического линейного расширения, и, следовательно, к повышению тангенциального напряжения растяжения, и может вызывать разрывы, проходящие радиально наружу. Таким образом, возникает риск поздних сколов керамической облицовки.
Проведенный нами анализ состава сплава Витирий-Н и Витирий-С в группах нового сплава и литьевых отходов позволил выделить следующее: (Табл.1, 2)

                                                                                                                              Таблица 1
Изменения фактического состава никельхромового сплава Витирий-Н.

                                                                                                                             Таблица 2
Изменения фактического состава кобальтохромового сплава Витирий-С.

При проведении первой плавки зуботехнической конструкции происходит угар основных компонентов, также уменьшается содержание раскислителей и модификаторов (Mn, Si, Ta, Nb), которые во время плавки отшлаковывают кислород. При каждом последующим переплаве угар компонентов возрастает, а также увеличивается содержание посторонних примесей, переходящих из паковочной массы. Каждый переплав увеличивает содержание железа, что, с одной стороны, положительным образом сказывается на увеличении жидкотекучести, но,с другой стороны, может привести к охрупчиванию сплава за счет образования карбидов. Для того чтобы при плавке никельхромовых сплавов не происходило образования карбидов, в состав вместо углерода добавляются ниобий и тантал, что позволяет добиться необходимой прочности.
Железо также снижает твердость сплава. В кобальтохромовом сплаве «Витирий-С» происходит угар основного компонента хрома, отвечающего за коррозионную стойкость.
Отдельно стоит отметить увеличение содержание углерода и в кобальтохромовом, и в никельхромовом сплавах. Так, если в КХС он играет роль модификатора и повышает твердость, то содержание в НХС его порядка 0,4 % просто недопустимо. С увеличением содержания углерода повышается твердость материала. Увеличение углерода на 0,1 % может увеличить твердость на 50 единиц по Виккерсу, что может негативно сказаться при дальнейшей механической обработке в зуботехнической лаборатории.

Список литературы

1. Алтынбеков К.Д., Миргазизов М.З., Аубакиров Е.А. Исследование возможностей повторного использования литейных сплавов в ортопедической стоматологии // Российский cтоматологический журнал. 2012. - № 6. - С. 4-7.
2. Дьяконенко Е.Е. Дефекты керамики // Новое в стоматологии. 2002. - №8(108). - С. 58-69.
3. Дьяконенко Е.Е. Дефекты керамики, виды, причины возникновения, пути исправления // Стоматология. 2003. - №3. – С. 37-40.
4. Копейкин В.Н., Лебеденко И.Ю., Козлов В.А. Реставрация металлокерамических зубных протезов во рту пациентов. // Стоматология. 1996. -№ 6. - С. 74-78. - Библ. с. 78(61 назв.) . - ISSN 0039-1735
5. Лебеденко И.Ю., Каливраджиян Э.С. Ортопедическая стоматология. Учебник. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014. – 640 с.: ISBN 978-5-9704-2088-1
6. Николаев Ю.М. Внутриротовая починка цельнокерамических конструкций и сколов облицовочного покрытия металлокерамических протезов. Клиническая стоматология №2 2008.-с. 56-58.
7. Полянская, О.Г. Клинико-экспериментальное обоснование применения композиционных материалов при реставрации в полости рта облицовочного слоя металлокерамических конструкций: автореф. дис. . канд. мед. наук / О.Г. Полянская. Волгоград, 2000. - 18 с.
8. Полянская О.Г. Особенности разрушения и реставрация металлокерамических конструкций в полости рта композиционными материалами / О.Г. Полянская, Т.Ф. Данилина, A.B. Крохалев // Новое в стоматологии. 1999. - № 8. - С. 49-57.
9. Al-Hiyasat AS, Darmani H. The effects of recasting on the cytotoxicity of base metal alloys. J Prosthet Dent. 2005 Feb;93(2):158-63.
10. Imirzalioglu P, Alaaddinoglu E, Yilmaz Z. Influence of recasting different types of dental alloys on gingival fibroblast cytotoxicity. J Prosthet Dent. 2012 Jan;107(1):24-33.
11. Pjetursson BE, Sailer I, Zwahlen M, Hämmerle CH. A systematic review of the survival and complication rates of all-ceramic and metal-ceramic reconstructions after an observation period of at least 3 years. Part I: Single crowns. Clin Oral Implants Res. 2007 Jun;18Suppl 3:73-85.