CC BY
224
ОБОСНОВАНИЕ
использования сплавов
КХС РАЗЛИЧНЫХ форм ВЫПУСКА В ОРТОПЕДИЧЕСКОЙ СТОМАТОЛОГИИ
Жолудев С . Е .
заслуженный врач РФ, д.м.н., профессор, зав. кафедрой ортопедической стоматологии ГБОУ ВПО УГМУ, [email protected]
Семенчишина В . С.
заочный аспирант кафедры ортопедической стоматологии ГБОУ ВПО УГМУ г. Екатеринбург
Современное развитие стоматологии позволяет провести зубное протезирование с использованием последних достижений науки и техники. Особенно быстрыми темпами идет развитие CAD -CAM технологий и безметалловой керамики. Литературные данные свидетельствуют, что у подавляющего большинства населения России в возрасте старше 50 лет в полости рта присутствуют сплавы металла в виде ортопедических конструкций и имплантатов. Основными сплавами, используемыми в ортопедической стоматологии являются: нержавеющие, кобальтохромовые, никель-хромовые, кобальто-хром-молибде-новые сплавы. Сплавы отличаются друг от друга соотношением входящих в их состав легирующих элементов, таких как хром, молибден, марганец, кремний, углерод и других, улучшающих свойства сплавов, например, прочность, литейные характеристики, коррозионную стойкость [1, 2, 5, 6].
Особенно широко в современных цельнолитых конструкциях применяются кобальто-хромовые сплавы. Данные сплавы изначально применялись в общей ортопедии для эндопротезирования крупных суставов и оттуда пришли в зубное протезирование.
В ортопедической стоматологии, кобальтохромовый сплав используется с 1933 года, благодаря невысокой стоимости он послужил альтернативой золотосодержащим сплавам при изготовлении каркасов дуговых протезов. Такие параметры, как биосовместимость и коррозионная стойкость, у кобаль-то-хромовых и золотосодержащих сплавов схожи. В отношении таких свойств как, модуль упругости, термическая стойкость, низкий удельный вес, основные сплавы оказываются более стойкими.
Кобальто-хромовые сплавы, рекомендуются, прежде всего для изготовления мостовидных протезов и каркасов дуговых протезов, что связанно с их отличными механическими свойствами.
Ермаков А.В .
к.т.н., генеральный директор ЗАО «Уралинтех» г. Екатеринбург
Резюме
В статье с помощью химических, электрохимических методов исследований доказана эффективность применения кобальто-хромового сплава в заготовках в виде гранул.
Ключевые слова: кобальто-хромовый сплав, гранулы, прутки, электрохимические исследования, гальваноз.
rationale using cobalt-chromium alloy various formulations in prosthetic dentistry
Zholudev S.E., Semenchishina V.S., Ermakov A.V., Elistratova E.N., Dokashenko S.I.
Ортопедические конструкции с опорой на имплантаты, изготовленные из кобальто-хромо-вого сплава и облицованные керамической массой демонстрируют сопоставимый клинический эффект с золотыми конструкциями (тип золота 3).
В мировой практике, производство заготовок сплава металлов предназначенных для изготовление ортопедических конструкций происходит при помощи плавки соответствующих шихтовых материалов методом открытой выплавки, в вакуумно-индукционной печи или индукционной печи
WWW.DENTAL-PRESS.COM Проблемы стоматологии I Астил мшш и stoiatouki
2013. № Е
Елистратова Е.Н .
Инженер-исследователь ЗАО «Уралинтех», г. Екатеринбург, [email protected]
Докашенко С. И.
к.х.н., с.н.с. института высокотемпературной электрохимии УрО РАН, г. Екатеринбург
The summary
The article by chemical, electrochemical methods research proved the effectiveness of cobalt - chromium alloy billets in the form of pellets.
Keywords: cobalt-chromium alloy, pellets, rods, electrochemical studies, galvanosis.
в атмосфере инертного газа, после чего происходит разливка сплава. Химический состав металлического сплава для изготовления ортопедических конструкций, его рецептура и способ производства имеет большое значение для качества будущей зубопротезной конструкции. Так, при способе производства в печи открытого типа и разливе сплава по методу Кронинга, сплав имеет значительные загрязнения поверхности, некачественный и с большими отклонениями от нормы.
Существует несколько способов разливки сплава металлов для получения заготовок, так при непосредственной отливке в атмосфере воздуха в формы, получают заготовки в виде маленьких слитков 7-10 г. Такие заготовки имеют литейные дефекты и повышенное содержание газов. Аналогичные дефекты присутствуют у заготовок изготовленных методом при котором, жидкий металл отсасывают в кварцевые или металлические трубки, затем стержни режут на мерные длины, получая заготовки сплава металла в виде прутков. Данный метод, является на сегодняшний день, наиболее распространённым.
Немецкая фирма <^еП;атт» использует технологию непрерывной разливки стоматологических сплавов в трубки, имеющие диаметр 9 мм. Металл варится в вакууме, после чего переливается в другой тигель, который находится также в вакуумной среде и из него постепенно про-
ходит вытяжка расплава в прут со скоростью 1,52,5 м/ мин. После застывание стержни режут на мерные длины, галтуют и клеймят [4].
Встречаются заготовки в форме литых колец диаметром 20 мм и толщиной 5-6 мм (фирма <^туас»), считается что такая форма наиболее подходит для плавки в индукционных печах.
Значительно реже встречается технология при которой, литейные заготовки изготавливают методом разливки жидкого метала в какую- либо жидкость, в итоги заготовки получаются в виде гранул. Так, ОАО НПК «Суперметалл» (Россия), выпускает сплав «Плагодент», ЗАО «УралИнТех» (Россия) выпускает «ВитИрий-С» - кобольто-хро-мовый сплав марки КХС, «ВитИрий-Н», заготовки выполнены в виде гранул [2, 6, 7].
Согласно данным многочисленных исследований, осложнения, возникающие вследствие протезирования ортопедическими, в частности, изготовленными из сплавов металлов конструкциями, достаточно распространены [1-4, 6].
Более 65% проявлений непереносимости на стоматологические материалы определяются широко применяемыми в стоматологии никель - хромовых сплавов, особенно нержавеющих сталей. Существует мнение, что гальванические токи возникают в результате нарушения технологии изготовления протезов, приводящего к коррозии сплавов. Продукты коррозии (железо, медь, марганец, хром и др.) поступают в полость рта, накапливаются в слюне, биологических жидкостях и тканях организма [2, 3, 6, 7]. На электрохимическую стабильность поверхности сплава влияет ее механическая обработка. Обработка борами, пескоструйная обработка, тщательная механическая полировка металлических поверхностей зубных протезов могут влиять на такие процессы, как депассивация поверхностей и способствовать развитию явлений гальванизма. Большое значение имеют соблюдение режима плавки, добавление литников. Несоответствие стандарту структуры сплава из-за наличия микропримесей, несоответствия стандарту по элементному составу, из-за остаточных напряжений, возникших в результате неравномерного нагрева и (или) охлаждения. В таких ситуациях частота явлений непереносимости по данным литературы составляет более 10% [4, 5].
Цель работы
Сравнить основные свойства сплавов типа КХС на кобальт хромовой основах при их выпуске в виде литых прутковых заготовок 0 12 мм и гранул 0 2-6 мм и обосновать клиническое применение наиболее оптимальной формы выпуска заготовок сплавов.
КоБАльт-хромовыЕ диски для CAD/CAM СИСТЕМ
Предприятие ЗАО «УРАЛИНТЕХ» предлагает стоматологический кобальто-хромовый сплав (КХС) в виде дисков, предназначенных для вытачивания цельнометаллических мостов по технологии CAD/CAM
Вакуумная установка Indutherm
Диск из KXC 0 98,3*10мм
производства
зао «уралинтех»
Металлический каркас изготовлен в Зуботехнической студии ВиК (г. Екатеринбург)
ПРОИЗВОДСТВО
Данный сплав получен методом индукционной плавки на современной вакуумной установке Indutherm производства Германии.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДИСКА ИЗ КХС
Со ,Сг, Мо - основа, Мп, Si, Fe, № - ост.
ТВЕРДОСТЬ ДИСКА
От 280 до 350 HV 10/30
ВЫПУСКАЮТСЯ ПО ТУ 9391-025-72386442-2009
Заготовки могут быть изготовлены любого размера в зависимости от требований заказчика: диаметр: (98^100) мм. толщина: (8^25) мм.
ЗАО «УРАЛИНТЕХ»
является единственным отечественным производителем данной продукции.
Разработка технологии выпуска дисков проводилась совместно с кафедрой ортопедической стоматологии ГБОУ ВПО «Уральский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации.
Диски из КХС производства ЗАО «УРАЛИНТЕХ» успешно испытаны во фрейзерных центрах Екатеринбурга (ООО Витал-ЕВВ, Зуботехническая лаборатория ВиК),
Москвы, Санкт-Петербурга и Германии.
Многолетний опыт и ряд проведенных исследований позволяют подобрать состав стоматологических
сплавов с учетом различных требований.
Я UIT
ЗАО «Уральские Инновационные Технологии»
620017, г. Екатеринбург, пр. Космонавтов, 18 Контактные телефоны: 8 (343) 380-02-36, 8 (343) 380-02-32 эл. почта: [email protected], [email protected]
Материал и методы
При получении традиционных заготовок для литья сплавов типа КХС в виде прутков основные технологические этапы состояли из таких как: плавка, пескоструйная обработка, галтовка и резка прутков на мерные части. При резке, происходит значительное механическое воздействие на конструкционные сплавы. При получении гранул размерами 2-20 мм технологический процесс
б
Рис . 1 .Структура прутка КХС 0 = 12 мм, ув .х 100 а) после изготовления; б) после отливки из заготовки каркаса протеза
аб Рис . 2 . Структура гранулы КХС 0 = 6 мм, ув .х 100 а) после изготовления; б) после отливки из заготовки каркаса
сокращен до двух основных операций: плавка и галтовка гранул.
Для исследования структуры литых полуфабрикатов использовали металлографические исследования: макро и микроскопические методы анализа в соответствие с принятыми стандартами. Методами циклической вольтамперометрии и снятия поляризационных кривых была изучена коррозионная стойкость электродов из сплава КХС, имеющих разную форму и разный тип поверхности.
Как видно на представленных рисунках, наибольшие изменения структуры сплава происходят при использовании полуфабриката в виде прутка.
Наибольшее включение неоднородностей: оксидов сложного строения, сульфидов отмечается в заготовках в виде прутков.
Результаты исследований
Результаты наших исследований мы свели в таблицу, приведенную ниже (см. табл. 1).
Исследования циклической вольтампероме-трии и снятия поляризационных кривых проводили в стандартной электрохимической ячейке по трехэлектродной схеме подключения. В качестве рабочего электрода использовали исследуемые образцы, площадь контакта рабочего электрода с электролитом составляла не более 1,2 см2. Остальная поверхность образца закрывалась от контакта с раствором при помощи изолирующего материала. Электрод сравнения - насыщенный хлорсеребряный, вспомогательный электрод -платиновая пластина шириной 3 см и длиной около 10 см, свернутая кольцом; рабочий электрод находился коаксиально внутри кольца. Благодаря большой площади вспомогательного электрода его поляризация была минимальна, поэтому все
Рис . 3 . Результаты химико-спектрального анализа полуфабрикатов: а) прутка кхс, б) гранулы кхс
а
а
б
процессы, происходящие в ячейке, можно было связывать только с рабочим электродом. Коаксиальное расположение рабочего электрода в ячейке позволяло свести к минимуму ошибки, связанные с неоднородностью электрического поля, вносимые в результаты измерений при быстрых развертках потенциала и в переменно-токовых исследованиях.
Измерения проводились с помощью потенцио-стата-гальваностата Parstat 2273. Прибор позволял проводить измерения в постояннотоковом режиме, снимать циклические вольт-амперные кривые, поляризационные кривые в широком интервале потенциалов и токов вплоть до 2 А. Приведенные в статье величины потенциалов указаны относительно насыщенного хлорсеребряного электрода (+0,200 В относительно нормального водородного электрода).
Каждый образец исследовался в двух растворах, имитирующих слюну с, соответственно, слабокислой и слабощелочной pH: 1. Раствор №1, рН=6,0 (Лебеденко И.Ю., Титов Ю.Ф., Аниси-
мова С.В.) [7], 2. Раствор № 2, pH=7,5 (Corso P.P., German R.M., Simmons H.D.) [8].
Измерения проводились на пяти типах образцов (электродов) из сплава КХС (производства ЗАО УРАЛИНТЕХ) (рис. 4):
1. Умеренно окисленный торцовый срез цилиндра, полученного при выплавке;
2. Сильно окисленный параллелепипед, вырезанный из цилиндра после выплавки;
3. Такой же параллелепипед, отшлифованный для удаления оксидного слоя;
4. Зеркально блестящие гранулы;
5. Те же гранулы с заново отшлифованной на тонкой наждачной бумаге поверхностью.
Для каждого образца проводилось от трех до пяти параллелей измерений до получения надежно воспроизводимых результатов.
Поскольку поляризация проводилась не в растворах собственных солей металлов, входящих в состав рабочего электрода, а в сложных, многокомпонентных электролитах, не содержащих ионов
Таблица 1
Сравнительная характеристика свойств сплавов на кобальто- хромовой основе КХС при их выпуске в виде литых прутковых заготовок 0 12 мм и гранул 0 2-6 мм .
№ п/п Показатели технологии экономии и качества Прутки Гранулы
ПРОИЗВОДИТЕЛЬ
1 Сокращение технологического цикла производства Плавка Пескоструйная обработка Галтовка Резка прутков на мерные части Плавка Галтовка
2 Повышение выхода годного (ВГ) и уменьшение потерь металла (ПМ) ВГ=50-55% ПМ=20% ВГ=90-95% ПМ=1,5%
3 Технико-экономические результаты Сокращение трудозатрат, экономия электроэнергии, металла и вспомогательных материалов. Ускорение сроков выполнения заказов за счет уменьшения времени производственного цикла.
ПОТРЕБИТЕЛЬ
4 Удобная дозировка при компановке шихты Вес прутковой заготовки 0 12 мм - 12,0-15,0 г Вес гранулы 0 2,0-6,0 мм - 0,1-0,6 г
5 Быстрый и равномерный прогрев заготовок. Отсутствие перегрева Время плавки 50 г КХС - 191 секунд. Неоднородный прогрев крупных заготовок Время плавки 50 г КХС - 102 секунд
б Технико-экономические результаты Сокращение времени плавки трудозатрат, потерь металла, электричества
КАЧЕСТВО МЕТАЛЛА (СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И СОСТАВА)
7 Дисперсность дендритной структуры Среднее расстояние между осями дендритов - 24 мкм Среднее расстояние между осями дендритов - 13 мкм
В Ликвационная неоднородность >Mo= ± 5,2% ДСг= ± 3,1% ДMo= ± 1,5% ДСг= ± 0,9%
9 Количество неметаллических включений 11 на единицу площади 5 на единицу площади
10 Угар, % 0,24 0,1б
WWW.DENTAL-PRESS.COM
Рис . 4. Фото исследуемых образцов сплава КХС
этих металлов, измеряемый потенциал характеризовал равенство суммарных скоростей всех протекающих катодных и анодных реакций. Его величина зависит не только от состава сплава электрода, но также от состава и концентрации электролита, от других внешних условий. Такой потенциал называют стационарным или компромиссным. Тем не менее , сравнение полученных значений потенциала для разных: образцов было возможно, благодаря
строгому соблюдению единых условий эксперимента, и с этой оговоркой его можно рассматривать как потенциал коррозии (рис. 5).
Установление стационарного потенциала каждого образца требовало от 24 до 48 часов. За это время значение потенциала смещалось в среднем на величину порядка 200 мВ в положительную сторону. Вид кривой изменения стационарного потенциала от времени не зависел от типа образца. В среднем стационарные потенциалы в растворе № 2 оказываются на 100-150 мВ положительнее аналогичных в растворе №1, что свидетельствует
0 большей устойчивости исследованных материалов к щелочной среде по сравнению с кислой. При этом, в обоих растворах наблюдается общая закономерность: самый положительный стационарный потенциал у электродов из зеркально блестящих гранул плавки 789 и их же, заново отшлифованных (типы электродов 4 и 5). Промежуточное положение занимают электроды с умеренно окисленной поверхностью (типы образцов
1 и 2), а наиболее отрицательный стационарный потенциал показывают электроды с очищенной от оксидного слоя поверхностью (тип образца 3). Это позволяет" качественно оценить коррозионную устойчивость гранулированных электродов (типы образцов 4 и 5) даже при снятом оксидном слое
0:00 -0:10 m -0:20
-0:30
-0:40
раствор 1
4 гранулы (плавка 789), типы эл ектрода У 4-5
} обычная (окисленная) поверхность (плавка 2671), типы электрода 1-2
абразивно очищенная поверхность (плавка 2671), тип электрода 3
время, час.
m
LJJ
0:00 -0:1 0 -0:20 -0:30 -0:40
гранулы (плавка 789)
раствор 2
71829
16 20 24 28
обычная (окисленная) поверхность (плавка 2671)
абразивно очищенная поверхность (плавка 2671), вторые сутки
время, час
Рис 5 Зависимость стационарного потенциала от времен абразивно о
Проблемы стоматологии / Actual момш of stoiatoloci
азцы и» Е
как сравнительно более высокую по сравнению с прутковыми, особенно в кислой среде, где потенциалы гранулированных электродов оказываются в среднем на 100 мВ положительнее потенциалов электргдов в форме прутков.
Поляризационные кривые со скоростью развертки 0,5 мВ/с показывают первый пик тока в области +0,65 В (в масштабе рис. 5 незаметен, выделение хлора), затем второй пик при 1,0 В (выделение кислорода), после которого плотность тока начинает линейно возрастать с увеличением поляризации (рис. 6.)
Положительнее 1,0 В величины плотности тока при одних и тех же потенциалах всегда выше в растворе № 1, чем в № 2. Самая низкая плотность тока при больших анодных поляризациях наблюдалась у образцов типа 3 (образцы со снятым оксидным слоем), промежуточные величины - у равномерно окисленных образцов (типы 1-2) и, наконец, макс ималь ные плотности тока - у образцов из гранул плавки 789 (типы электродов 4-5).
Вертикальные участки (области пассивации) на кривой зависимости плотности тока от потен-циалг отсутствовали, что позволяет сделать вывод о том, что в использованных растворах электролитов монотонное возрастание тока во всем интервале анодной поляризации лимитируется диффузией кислород-содержащих ионов к поверхности, несмотря на медленную (0,5 мВ/с) развертку потенциала. Анодного растворения образцов
не наблюдалось, т. е. все электроды работали как кислородные [9].
Проведенные нами исследования показали, что наиболее устойчивыми к коррозии в условиях, имитирующих полость рта (изменение рН ротовой жидкости в кислую и щелочную стороны) оказалась форма выпуска сплава КХС в виде гранул. Использование гранул в качестве заготовок для литья сплава КХС является профилактической мерой развития явлений гальванизма и других реакций, именуемых в клинике как явления непереносимости металлических включений. Нами, на протяжении более двух лет успешно используется КХС именно в данной форме выпуска. За это время изготовлено более 3000 единиц. Ни у одного из пациентов нами не выявлено жалоб на явления гальванизма или аллергических реакций. В качестве доказательства клинической эффективности применения сплава КХС ЗАО УралИнТех в форме выпуска в виде гранул ниже продемонстрированы фото конструкций пациентки МП, которой ранае изготавливались аналогичные одиночные металлокерамические коронки, но отмечались воспалительные явления и были признаки гальваноза полости рта (разница электрических потенциалов, определенная с помощью прибора Иономер ЭВ-74 составила 150 мВ). Повторное протезирование из металла в гранулированных заготовках показало электрических потенциалов всего в 30 мВ при полном отсутствии жалоб и изменений слизистой оболочки полости рта.
о.5
1.5
m
LJJ
0.5
o6pe3^l ™noB 1-3 peCTBop 2 peCTBop 1
Ґ
-0.5
p-p2
-+-H-
^P-P1 P-P1 ^
І-+-І-И
H+4+
o6pe3^l из плевки 789 (типы элeктpoдoв 4-5)
о0
40
60
80
100
i, мА/см2
Рис. 6 .Линейная анодная поляризация 0,5 мВ/с
о
0
0
WWW.DENTAL-PRESS.COM
Проблемы стоматологии / Actual mmuis of stoiatouki
2013. № Е
Рис . 7. Металлокерамические коронки, изготовленные из заготовок в виде гранул
а
Г>'
%У
б
Рис . 8 . Пациентка М . 35 лет, а) вид в прямой, б) вид в боковой проекции
Выводы:
1. Наши исследования показали очевидные преимущества сплава КХС, выпускаемого в виде гранулированных заготовок перед традиционной формой выпуска сплава в виде прутков.
2. Производителям стоматологических сплавов следует шире использовать выпуск заготовок для литья в виде гранул.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гожая Л.Д. Заболевания слизистой оболочки полости рта, обусловленные материалами зубных протезов (этиология, патогенез, диагностика, лечение, профилактика). Автореф. ... дис. ... докт. мед. наук. - Москва, 2001. - 42с.
2. Дубова Л. В. Иммуномодулирующее действие стоматологических материалов: Автореф. ... дис. ... докт. мед. наук.-Москва, 2010. - 44с.
3. Жолудев С.Е. Совершенствование формы выпуска заготовок сплава КХС для профилактики явлений непереносимости и гальванозов/ Жолудев С.Е., Семенчишина В.С., Назаров У.К.// Уральский медицинский журнал. - 2011. - № 5. - С.81-83.
4. Жолудев С.Е. , Семенчишина В. С. , Докашенко С. И. , Кириллова Е. В. , Ермаков А.В., Елистратова Е. Н. Обоснование с помощью электрохимического исследования применения в практике гранулированной формы заготовок сплава КХС// Уральский медицинский журнал. 2013. Том 110 - № 5. - С. 51-56.
5. Лебедев К.А., Митронин А.В., Понякина И.Д. Непереносимость зубопротезных материалов. - М.: Либроком. - 2010. - 208 с.
6. Маренкова М.Л. Влияние нержавеющей стали и серебряного припоя пср-37 на ферментативную активность микрофлоры полости рта / М.Л. Маренкова, С.Е.Жолудев, B.C. Семенчишина /'Проблемы стоматологии. - 2010. - № 4. - С. 30-35.
7. Лебеденко И. Ю., Титов Ю.Ф. , Анисимова С. В. Исследования поступления в слюну человека из стоматологических сплавов //Гигиена и санитария. - 1988. - №6. - С. 77-78.
8. Corso P. P. , German R. M. , Simmons H. D. Tarnish evalution of gold based dental alloys // J. Dent: Res. - 1985. - Vol. 64, N
5. - P. 848-853.
9. ASTM Standard G102 - 89, 2010, «Standard Practice for Calculation of Corrosion Rates and Related information from Electrochemical Measurements», ASTM international, West Conshohocken, PA, 2010, DOi: 10.1520/G0102-89R10, www.astm.org.
Проблемы стоматологии / Actual момш of stomatolo<v
2012. № E
