Đã nghiên cứu chế thử thỏi đúc hợp kim nha khoa hệ Ni-Cr-Mo-Ti trong khuôn kim loại và đúc áp lực thấp. Hợp kim này đã được một số phòng thí nghiệm, nha khoa sử dung để chế tạo các cầu răng sứ, hàm khung và hàm răng giả.
Study on manufacturing technology of Ni-Cr-Mo-Ti superalloy for dendal restoration technique
Tô Duy Phương, Đỗ Thị Duyên
Viện Khoa học vật liệu, 18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội
Email: phuongtd@ ims.vast.ac.vn
TÓM TẮT
Hợp kim nha khoa hệ Ni-Cr-Mo-Ti có hàm lượng khoảng 76%Ni, 14%Cr, 5%Mo, 4%Ti và vi lượng các nguyên tố Al, Cu đã được nghiên cứu chế tạo thành công các chi tiết như cầu răng sứ, hàm khung, nẹp gá răng. Hợp kim nha khoa hệ Ni-Cr-Mo-Ti đã được luyện trong lò Tamman có khí trơ bảo vệ, đúc thỏi vào khuôn kim loại. Đã đã xác lập và lựa chọn được các nhiệt độ nóng chảy và đúc hợp kim khoảng gần 1400°C, có thể đúc theo công nghệ áp lực thấp, bề mặt hợp kim được làm sáng trong dòng nước lạnh. Nền hợp kim nha khoa Ni-Cr-Mo-Ti là austenit có xen lẫn pha liên kim NiCr. Tinh thể hợp kim có hình vẩy cá và nhánh cây nhỏ mịn xếp đều trên toàn bộ bề mặt thỏi đúc. Chất lượng hợp kim tương đương mác Talladium CE 0197 của ý, với giới hạn bền kéo đạt trên 400 MPa, độ cứng trên 252 HB, bề mặt hợp kim có mầu trắng sáng.
ABSTRACT
The Ni-Cr-Mo-Ti dental superalloy containing 76%Ni, 14%Cr, 5%Mo, 4%Ti, Cu and Al was investigated to make dental bridges, crowns and full dentures. The Ni-Cr-Mo-Ti dental superalloy was melted in Tamman furnace under Ar inert gas, then cast into superalloy mold. Some optimal technological parameters are selected as melting and casting temperatures (about 1400°C). The alloy can be cast by low pressure technology and soaked into stream cold water for alloy surface cleaning. The Ni-Cr-Mo-Ti superalloy matrix was austenite with intermetalic NiCr. Alloy grains have homogenous fish scales and small-smooth dendrite microstructure. Obtained Ni-Cr-Mo-Ti ingot is similar to Talladium CE 0197 of Italy and has tenside strength of >400 MPa and hardness of > 252 HB with light white surface.
1. MỞ ĐẦU
Hợp kim nha khoa hệ Ni-Cr-Mo-Ti tương đương mác Talladium CE 0197 của ý là mác có hàm lượng khoảng 76%Ni, 14%Cr, 5%Mo, 4%Ti và vi lượng các nguyên tố Al, Cu, Be [1]. Đây là hợp kim có nhiệt độ nóng chảy và đúc khoảng gần 1400°C. Để tạo ra được thỏi hợp kim công nghệ đúc phổ biến là rót vào khuôn thép chịu nhiệt CrNiMoTi. Vì có nhiệt độ nóng chảy và đúc thấp nên hợp kim có thể đúc theo công nghệ áp lực thấp hoặc bán lỏng [2-4].
Đã nghiên cứu chế thử thỏi đúc hợp kim nha khoa hệ Ni-Cr-Mo-Ti trong khuôn kim loại và đúc áp lực thấp. Hợp kim này đã được một số phòng thí nghiệm, nha khoa sử dung để chế tạo các cầu răng sứ, hàm khung và hàm răng giả. Như đã biết nhiệt chuyển hoá mầm kết tinh từ trạng thái lỏng sang đặc với quá trình làm nguội nhanh được xác lập như sau [5]:
L = Hl – Hđ = Tn . ΔS (1)
ở đây: Hl , Hđ là entalpy của trạng thái lỏng và đặc, Tn là nhiệt độ làm nguội, ΔS là entropy của quá trình chuyển hoá. Năng lượng tự do tổng để chuyển hoá mầm kết tinh khi đông đặc được xác lập như sau:
ΔGT = a3.ΔGt.l+ 6a2σđ.l (2)
ở đây: a là cạnh của tinh thể lập phương, ΔGt.l là năng lượng chuyển hoá tinh thể lập phương, σđ.l là năng lượng bề mặt đặc-lỏng. Năng lượng chuyển hoá cực đại được xác lập như sau:
ΔGmax=32σđ.l 3/ΔGt.l 2=32σđ.l 3(Tn/L) 2.(1/ΔT) 2 (3)
Với crôm, titan và môlypđen hình thành tinh thể lập phương tâm khối, còn niken, nhôm và đồng là lập phương tâm mặt có nhiệt chuyển hoá từ 2500 đến 4600 cal(g.ngtử) -1. Sự hình thành và chuyển hoá cấu trúc của hợp kim đúc trong khuôn cho trên sơ đồ hình 1, 2.
Hình 1, Sự hình thành lớp vỏ kết tinh trên thành khuôn
Hình 2. Sự lớn hạt và hình thành tinh thể
Từ hình 1, 2 thấy khi đúc rót hợp kim ở nhiệt độ thấp hạt tinh thể sẽ thô, còn ở nhiệt độ cao thì hạt sẽ mịn nhiều, màu sẽ sáng trắng. Các sơ đồ hình 1, 2 là cơ sở để luyện hợp kim thích hợp cho gia công đúc kim hoàn các chi tiết cầu, hàm khung, nẹp gá hàm răng.
2. THỰC NGHIỆM
2.1. Phối liệu hợp kim
Hợp kim nha khoa mác Talladium CE-0197 có thành phần 60-76%Ni, 12-21%Cr, 4-14%Mo, 4- 6%Ti đã được chọn làm đối chứng. Đã lựa chọn phối liệu kim loại theo bảng 1.
| TT | Mẻ | Trọng lượng mẻ /g/ |
Thành phần phối liệu /g/ | |||||
| Ni | Cr | Mo | Ti | Cu | Al | |||
| 1 | M24 | 100 | 76 | 15 | 5 | 4 | – | – |
| 2 | M25 | 300 | 234 | 45 | 9 | 12 | – | – |
| 3 | M26 | 200 | 152 | 30 | 8 | 10 | – | – |
| 4 | M27 | 200 | 152 | 30 | 6 | 10 | – | 2 |
| 5 | M31 | 300 | 234 | 45 | 9 | 12 | – | – |
| 6 | M43 | 100 | 76 | 14 | 5 | 4 | 1 | 1 |
Bảng 1. Phối liệu hợp kim
Phối liệu từ kim loại sạch được lựa chọn theo cơ chế tạo nền hợp kim có cấu trúc vảy cá mịn, có nhiệt độ chảy và đúc thấp, có tính mềm, dẻo. Mẻ M43 có bổ xung 1%Cu, 1%Al.
2.2. Công nghệ luyện hợp kim
Theo phối liệu ở bảng 1, công nghệ luyện hợp kim là nạp 1 lần và có thể có bổ sung trong quá trình luyện (bảng 2).
| TT | Mẻ | Tan liệu | Khuấy đảo | Loại xỉ | Nhiệt độ |
| 1 | M24 | 15 phút, tiếp | 2 lần | 1 lần | >1400 |
| 2 | M25 | 125 phút, đầu | 2 lần | 2 lần | <1400 |
| 3 | M26 | 155 phút, đầu | 3 lần | 2 lần | >1400 |
| 4 | M27 | 190 phút, đầu | 1 lần | – | <1400 |
| 5 | M31 | 60 phút, tiếp | – | – | >1400 |
| 6 | M43 | 28 phút, tiếp | – | – | >1400 |
Bảng 2. Công nghệ luyện hợp kim
Từ bảng 2 thấy luyện ở nhiệt độ cao thuận lợi hơn, các mẻ tiếp theo tốc độ luyện rất nhanh, gần như là nhúng tan kim loại. Mẻ M43 rất thuận lợi và bề mặt lỏng sáng, tĩnh, phẳng.
