Slitiny obecných kovů

Historickým představitelem slitin obecných kovů je nerezavějící ocel. Zhotovovaly se z ní korunky i můstky, ale také konstrukce částečných snímatelných protéz bez litých spon. Zpracovatelské obtíže, velké objemové změny a nemožnost přesného lití oceli vedly k hledání jiných slitin. Tak byly objeveny a po dlouhém vývoji zavedeny chromkobaltové slitiny do oblasti snímatelných protéz, do fixní protetiky pronikají stále více slitiny na chromniklové bázi, zejména jako vhodný materiál pro napalování keramických hmot. Nerezavějící ocel tak zcela ztratila svůj význam a zůstává v současné protetice a v ortodoncii už jen v jedné podobě – jako ocelový drát.

Přesto, že jmenované slitiny byly původně hledány jako náhražka za zlaté slitiny, jsou nyní tak kvalitní, že je zejména mechanickými vlastnostmi předčí a že je za náhražku už dávno nepovažujeme.

Každá taková slitina musí splňovat následující požadavky:

  • mechanické vlastnosti, teplota tání a teplotní kontrakce musí mít požadované hodnoty podle indikací,
  • nesmí být biologicky závadná při zpracování, ani pro pacienta,
  • v prostředí ústní dutiny nesmí podléhat chemickým ani fyzikálním změnám,
  • měla by být snadno zpracovatelná a levná.

Všechny slitiny obecných kovů jsou charakteristické vysokou teplotou tání a skládají se z typických kovových prvků. Kovy jsou většinou stříbřité barvy.

  1. Kobalt (cobaltum, Co) má hustotu 8,9 g.cm-3, taje při 1 493 °C, ve slitinách zajišťuje pevnost, rigiditu a tvrdost. Je odolný proti korozi v ústech.
  2. Chrom (chromium, Cr) je tvrdostí roven korundu, hustota je 7,2 g.cm-3, bod tání 1 890 °C; zajišťuje odolnost proti korozi a tvrdost.
  3. Nikl (niccolum, Ni) má hustotu 8,9 g.cm-3 a bod tání 1 455 °C. Nepodléhá korozi, při zahřívání neoxiduje, zvyšuje kujnost a tažnost, ale snižuje pevnost.
  4. Molybden (molybdenum, Mo) je nejúčinnější přísadou pro zvýšení tvrdosti. Hustota je 10,2 g.cm-3 a bod tání 2 625 °C.
  5. Železo (ferrum, Fe) má hustotu 7,43 g.cm-3, bod tání 1 245 °C. Tvoří základ všech nerezavějících ocelí, jinak se užívá jen jako přísada do některých chromkobaltových a chromniklových slitin.
  6. Mangan (manganum, Mn) chrání taveninu před oxidací a snižuje její viskozitu. Hustota je 7,87 g.cm-3 a bod tání 1 245 °C.
  7. Wolfram (wolframium, W) působí stejně jako molybden (hustota 19,3 g.cm-3, bod tání 3 410 °C). Někdy je nazýván tungsten (Tu).
  8. Beryllium (Be) se přes příznivé účinky na velikost zrn a na snižování teploty tání (hustota 2,1 g.cm-3, bod tání 1 290 °C) nepoužívá kvůli toxickým účinkům.
  9. Titan (titanium, Ti) je velmi perspektivní kov pro příznivý účinek na jemnozrnnost, homogenitu a pevnost. Má nízkou hustotu 4,50 g.cm-3, taje při 1 670 °C.
    Slitiny obsahují i nekovy, které podstatně mění jejich vlastnosti. Jsou v nich obsaženy jako přísady, ale také jako nekontrolovatelné nečistoty při zpracování.
  10. Uhlík (carboneum, C) ovlivňuje vlastnosti slitiny nejvýrazněji. V množství přidaném výrobcem (okolo 0,2 %) zajišťuje její tvrdost a pružnost, stoupne-li však při nešetrném zpracování jeho množství jen o 0,05 %, slitina ztvrdne a zkřehne vlivem tvořících se karbidů kovů tvořících slitinu.
  11. Dusík (nitrogenium, N) působí podobně zhoršení vlastností slitiny jako uhlík (stačí zvýšení jeho obsahu o 0,1 %). Jeho vliv se při tavení v atmosféře obtížně kontroluje.
  12. Křemík (silicium, Si) je standardní přísadou. Snižuje viskozitu při lití, ale zvyšuje křehkost.

Všechny slitiny patřící do skupiny obecných kovů obsahují až na nepatrné výjimky určité procento chromu. Slitiny „chromového typu“ zpracovávané litím jsou tak hlavním materiálem pro konstrukce částečných snímatelných protéz a fixních protéz. Materiály podobného složení nacházejí použití v maxilofaciální implantační chirurgii, ale i v ortopedii.

Klasifikací slitin obecných kovů zpracovávaných litím uvádí tabulka podle W.O´Briena.

Slitiny obecných kovů Částečné snímatelné protézy Co, Cr
Co, Cr, Ni
Ni, Cr
Ti
Fixní protézy Ni, Cr
Co, Cr
Ti
 
Chirurgické implantáty Co, Cr
Ni, Cr

Slitiny kovů pro částečné snímatelné protézy

Slitiny obsahují jako základ kobalt nebo nikl a chrom. Hodí se pro odlévání konstrukcí částečných snímatelných náhrad, bází totálních protéz a chirurgických nebo parodontologických dlah.

Typy a složení slitin

Chrom-kobaltové – největší podíl ve složení většiny slitin zaujímá kobalt (60 %) a chrom (30 %). Dále mohou obsahovat malá množství Mo, Al, W, Fe, Ga, Mn, Si, C a Pt. Kobalt a chrom zajišťují mj. odolnost proti korozi, mangan a křemík tekutost roztavené litiny, molybden, wolfram a uhlík slitinu zpevňují a vytvrzují.

Kobalt-chrom-niklové slitiny této varianty chromového systému obsahují jako základ okolo 50 % Co, 25 % Cr a 19 % W. Přísady Mo (3,7 % ) a C (0,2 %) jsou významně nižší než u předchozí skupiny.

Chrom-niklové – typické slitiny této skupiny obsahují 70 % Ni, 16 % Cr, 2 % Al a 0,5 % Be. Nikl a aluminium tvoří intermetalickou sloučeninu, která zpevňuje a vytvrzuje slitinu. Někdy přidávané beryllium snižuje teplotu tání.

Vlastnosti – teplota tání se pohybuje okolo 1 400 °C. Po vyleštění jsou všechny stříbřitě bíle zbarveny. Jsou lehčí než zlaté slitiny (hmotnost 8-9 g.cm-3). Lineární kontrakce po odlití 2,0-2,3 %.

Slitiny chromového typu pro ČSN jsou asi o 30 % tvrdší než zlaté slitiny 4. typu (VHN 370). Hodnoty pevnosti v tlaku a tahu jsou u obou typů skupin srovnatelné, pružnost je u slitin chromového typu poloviční. Slitiny jsou křehké. Tepelným ošetřením se mechanické vlastnosti slitin kobalto-chromového typu nedají zlepšit. Klinické zkušenosti ukázaly, že slitiny obsahující minimálně 85 váhových procent Cr, Co a Ni jsou odolné proti korozi. Jejich povrch v ústech je tvořen tenkým filmem transparentní vrstvy oxidů chromu. Všechny slitiny s chromem mohou být poškozeny chlorem (pozor na čistící prostředky). Slitiny tají při teplotě okolo 1 300 °C a musí se proto odlévat do etylsilikátových nebo fosfátových formovacích hmot, které velkou teplotní expanzí mohou výrazně kompenzovat kontrakci slitin při chladnutí.

Při odlévání se u těchto vysokotavitelných slitin projevuje sklon k plynovým inkluzím. Je potřeba dbát na řádné rozmístění otisků a odvzdušnění formy. K roztavení vyžadují vysokoteplotní přístroje (elektrické indukční, kyslíko-acetylenové), vybavené optickým pyrometrem. Jen tak lze zajistit přesnou tavicí a licí teplotu a zabránit oxidaci. Každé překročení licí teploty a přehřívání může zavinit porézní odlitek a chemickou reakci s prvky obsaženými ve formovací hmotě.

Nevýhody slitin chromového typu

Příležitostně byly pozorovány alergické reakce na nikl. Mnoho reakcí přilehlých tkání protézního lože bývá ale reakcí na chybný návrh konstrukce a nepřesné zhotovení.

Ačkoliv souhrnem fyzikálních a chemických vlastností předčí slitiny chromového typu zlaté slitiny, mohou se při klinické aplikaci vyskytovat některé nevýhodné skutečnosti. Zřídka se vyskytující fraktury rigidních prvků konstrukce se připisují korozi ve vlhkém ústním prostředí (s vyloučením technologických defektů), obtížná je někdy dodatečná adaptace hotové konstrukce v souvislosti s velkou tvrdostí materiálu. Ten také někdy působí i nadměrný otěr tvrdých zubních tkání.

Slitiny obecných kovů pro fixní protézy

Slitiny chromového typu se ve fixní protetice používají téměř výhradně k odlévání konstrukcí v metalokeramice. Mohou se ale užít i ke zhotovení celoplášťových litých korunek, samostatných i pilířových. Rozdíly ve složení, u některých typů malé, se mohou ale projevit rozdílnou strukturou a vlastnostmi.

Typy a složení slitin

Chromniklové slitiny se skládají obvykle z 60-80 % niklu a okolo 10-20 % chromu. Jako přísady se mohou v malých množstvích vyskytovat některé z dalších kovů i nekovů, např. Mo, Co, Al, Si, Mn, Ga, Fe, Nb,Ti, Zr. V řadě výrobků je i Be (do 2 %). Jeho příznivý vliv na strukturu slitiny zřejmě převažuje nad méně příznivým vlivem biologickým.

Možnost elektrochemického leptání povrchu slitiny usnadňuje fixaci ploténkových můstků, známých jako marylandské.

Chromkobaltové slitiny se skládají většinou z 53-65 % Co a okolo 30 % chromu. Některé druhy obsahují do 6 % Mo a opět mikropřísady (W, Fe, Cu, Si, Sn, Mn, Ru).

Vlastnosti

Obě skupiny slitin tají mezi 1 200-1 450 ºC. Jsou dobře leštitelné, hmotnost je okolo 8 g.cm-3. Tvrdostí a pevností předčí zlaté slitiny užívané ve stejných indikacích.

Součet všech mechanických vlastností spolu s modulem elasticity mezi pevností v tahu a tuhostí z nich dělají nejvýhodnější materiál pro rozsáhlé metalokeramické můstky. Kvalita vazby s keramikou je srovnatelná se zlatými slitinami. Je ale známo, že nikl-chrom-beryliové slitiny vykazují významně lepší vazbu než slitiny bez beryllia.

Pokusně vykazují slitiny chromového typu větší míru koroze než zlaté slitiny, klinický význam těchto nálezů však není znám. Při laboratorním zpracování jsou méně přesné než zlaté slitiny, a je proto obtížné vytvořit přesný odlitek s ostrými okraji.

Vzhledem k vysoké licí teplotě je třeba užívat tzv. vysokoteplotní fosfátové formovací hmoty, které snesou vypalovací teplotu okolo 900 °C a nejúčinnější tepelné zdroje k tavení (např. kyslíko-acetylénový hořák nebo elektrickou indukci). Formovací hmoty nestačí teplotní expanzí zcela kompenzovat smrštění slitin, odlitky jsou proto nepřesné. Dodatečná adaptace je obtížná a vyžaduje použít vysokorychlostní přístroje a nejúčinnější brusivo. Spájení jednotlivých dílů odlitku není spolehlivé a konstrukce proto musí být odlévány vcelku. Opracování částí povrchu odlitku před napalováním keramiky má maximální význam.

K obroušení jsou indikovány pouze tvrdokovové nebo korundové brousky s keramickým pojivem od hrubých postupně k nejjemnějším. Jiné brusivo obsahující kovové oxidy s plastovým pojivem je kontraindikováno.

Povrch musí být následně opískován čistým nepoužitým jemnozrnným korundovým pískem a ultrazvukem očištěn v roztoku průmyslového detergentu nebo parní čističkou. Je třeba se vyhnout užití saponátu pro domácnost. Vyčištěný odlitek musí být nakonec opláchnut destilovanou vodou v ultrazvukovém přístroji. Ve zpracování keramiky dodržujeme přísně návod výrobce keramické hmoty.

Výhody a nevýhody slitin obecných kovů

Chromniklové slitiny jako alternativa k zlatým slitinám pro konstrukce fixních i snímatelných částečných protéz nabízejí lepší mechanické vlastnosti a významně menší cenu. Vysoká tvrdost ale ztěžuje laboratorní zpracování i klinické užití. Okluzní úpravy, případná pozdější trepanace nebo sejmutí jsou obtížné. Laboratorní zpracování tvrdých slitin ve fixní protetice trvá déle a tím znevažuje nižší cenu.