Общие сведения о металлах, их свойствах, кристаллическое строение.
Лекция № 11
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
Общие сведения о металлах, их свойствах, кристаллическое строение.
Виды сплавов: механическая смесь, твердый раствор, химическое соединение.
Благородные металлы и сплавы.
Металлы – это вещества, обладающие рядом характерных свойств. Они хорошо отражают свет, что обуславливает их непрозрачность и блеск; обладают хорошей тепло- и электропроводностью, повышенной пластичностью. Этими свойствами обладают и смеси двух и более металлов или сплавы. Металлы проявляют различную активность по отношению к кислороду. Медь, железо, алюминий окисляются при обычных условиях, золото, платина – даже при накаливании не соединяются с кислородом, поэтому встречаются в природе в чистом виде, в виде самородков. Химическое соединение металлов называется рудами. Выделение металлов из рудных соединений производят несколькими способами:
а) восстановлением металлов при нагревании,
б) восстановлением металла действием окиси углерода,
в) восстановлением металла из солей действием другого более активного металла
г) восстановлением металла методом электролиза.
Штейнгарт и Батовский все металлы делят на черные и цветные. Черные, в свою очередь, на железные (железо, кобальт, никель), тугоплавкие: ( температура плавления выше 1529 градусов), урановые (актиноиды) и редкоземельные («лантаноиды» - лантан, церий.).
Цветные металлы подразделяются на легкие (алюминий, магний), благородные (серебро, золото, платина, палладий) и легкоплавкие( цинк, кадмий, олово).
Все металлы имеют кристаллическое строение.В жидком состоянии атомы располагаются хаотически. При затвердевании образуется кристаллическая решетка, т.е. происходит кристаллизация, состоящая из двух фаз:
а) зарождение в жидком металле центров кристаллизации или зародышей и
б) рост зародышей.
Каждый центр кристаллизации имеет решетку, свойственную данному металлу. Чем быстрее идет охлаждение, тем больше образуется центров кристаллизации, тем мелкозернистое будет металл.
При охлаждении расплавленного металла температура понижается ниже истинной температуры плавления, а металл еще может оставаться в жидком состоянии. Такое запаздывание кристаллизации называется переохлаждением, а разница между температурой кристаллизации и температурой плавления - степенью переохлаждения. Это явление присуще всем металлам.
Три вида взаимодействия между металлами,
Благородные металлы (золото, серебро, платина палладий).
Лекция № 12.
Нержавеющая сталь.
Кобальто – хромовые сплавы.
Припои для стали и золота.
Вспомогательные металлы.
Характеристика основных компонентов
Нержавеющей хромоникелевой стали.
Общая характеристика нержавеющей хромоникелевой стали.
Положительные и отрицательные качества.
Сортимент изделий и полуфабрикатов
Из нержавеющей хромоникелевой стали, поставляемых
в стоматологические лечебные учреждения.
Характеристика компонентов кобальто-хромовых сплавов (КХС).
Общая характеристика КХС.
Сортимент заготовок из КХС, поставляемых
в стоматологические лечебные учреждения.
Краткая характеристика.
Основной компонент кобальто-хромового сплава (КХС) – кобальт. Это белый с красноватым оттенком металл. Плотность 8,8, температура плавления 1490˚, твердость по Бринеллю -124 кгс/кв.мм. Это твердый и вместе с тем ковкий, тягучий металл. При обычных условиях на воздухе не окисляется. При нагревании до 300˚ покрывается окисной (оксидной) пленкой. В растворах кислот медленно растворяется. Входит в состав сплавов в количестве 55-70%, обеспечивая высокие механические качества.
Хром составляет 25 - 30% КХС / о нем говорилось выше/. Молибден улучшает межкристаллическую структуру. Марганец повышает износостойкость. Титануменьшает содержание в сплаве карбидов хрома, повышает коррозийную стойкость.
Кобальто-хромовый сплав для стоматологических целей состоит из кобальта, хрома, молибдена, никеля. Плотность -8,3, температура плавления -1400˚, твердость по Бринеллю -370 кгс/кв. мм и сравнительно небольшая усадка (1,8-2%). КХС не подвергается коррозии, обладает хорошей текучестью, хорошо штампуется, паяется припоями типа припоя Цитрина и припоем для золотых сплавов. Полированная поверхность в обычных условиях не тускнеет. Предназначается для изготовления цельнолитых каркасов бюгельных протезов, съемных шинирующих конструкций, применяемых при лечении парадонтитов и других аппаратов. Большая твердость сплава (КХС тверже нержавеющей стали примерно в 1,5 раза) позволяет моделировать и создавать элементы каркаса бюгельного протеза более ажурными. КХС легче золотого сплава в 2,5 раза, что дает возможность избежать еще и массивности деталей каркаса протеза.
КХС выпускается слитками весом 30 (±2) г или 10 (±1) г каждый, упакованных по 5-15 штук. Для изготовления стандартных зубов и каркасов его не применяют т.к. по причине твердости, такие детали очень трудно припасовывать (притачивать) к модели.
ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ
КОНСТРУКЦИЙ В СТОМАТОЛОГИИ.
Молибден, марганец, титан).
Свойства и применение.
Вспомогательные металлы используются при составлении сплавов, а сплавы применяются для изготовления штампов, моделей, инструментов.
Медь – металл красного цвета, с плотностью -8,8, температура плавления -1083˚. Обладает хорошей ковкостью, тягучестью, тепло- и электропроводностью. Окисляется во влажной среде, покрываюсь зеленым налетом. Растворяется в слюне, являясь ядовитым для организма человека веществом. Применяется для очистки золотых сплавов от примесей при квартовании, входит в состав золотых сплавов для повышения вязкости и твердости, в состав припоев, амальгамы, для изготовления некоторых инструментов.
Алюминий – серебристо-синеватый металл, плотность -2,7, температура плавления - 658˚. Хорошо штампуется, вытягивается, на воздухе покрывается пленкой, защищаясь от дальнейшего окисления. Растворяется в кислотах. Очень неустойчив к растворам поваренной соли, поэтому непригоден в качестве материала для протезов. Непрочен, не паяется. Применяется в виде проволоки для изготовления шин при переломах челюстей. Входит в состав алюминиевой бронзы, которая используется для изготовления лигатурной бронзы.
Свинец –синевато-серый с блеском металл. Плотность – 11,37, температура плавления -327˚. Мягкий , тягучий, непрочный. Под влиянием влажности воздуха окисляется (пассивируется). Имеет малую (1,4%) усадку. Применяется в виде фольги, для прокладок с целью получения герметизма, в виде подставок, «подушек», для предварительной штамповки коронок. Входит в состав легкоплавких сплавов, припоев для холодного паяния.
Цинк - синевато-серый металл, с блеском. Плотность – 7.2, температура плавления - 419˚. В интервале температур 500-600˚ в присутствии воздуха цинк активно соединяется с кислородом и горит ярким синевато-зеленым пламенем. Стоек против окисления. Очень хорошо разливается. Входит в состав припоев. Соединение цинка с медью называется латунью.
Олово –серебристо-белый блестящий металл. Плотность – 7,3, температура плавления - 232˚ /самая низкая их всех твердых металлов/. Ковкий, растворимый в кислотах. Образует сплавы с большинством других металлов. Применяется в виде фольги. Входит в состав бронзы, припоя для холодного паяния, легкоплавких сплавов, серебряной амальгамы.
Висмут –серебристо-белый с красноватым оттенком. Плотность -9,8, температура плавления - 271˚. Очень хрупкий металл. При накаливании горит ярким пламенем. Хорошо растворяется в азотной и серной кислотах. Входит в состав легкоплавких сплавов, понижая усадку и придавая им твердость.
Кадмий – серебристо-синеватый металл. Плотность – 8,6; температура плавления - 320˚. Температура кипения - 778˚ (самая низкая из всех металлов). Окисляется под влиянием влажного воздуха, образуя ядовитую темно-желтую окись кадмия. Применяется в припоях и легкоплавких сплавах.
Сурьма –серебристо –белый, с голубоватым оттенком. Плотность – 6,7, температура плавления - 630˚. Очень хрупкий металл. Имеет ничтожную усадку (0,29%), поэтому сурьму применяют в сплавах для получения точных штампов. Входит в состав легкоплавких соединений для изготовления типографических штампов, подшипников к машинам и моторам.
Магний –метал бледно-серого цвета. Самый легкий из металлов. Плотность -1,74, температура 650˚, твердость -40 кгс/кв.мм. В нагретом до 240-300˚С состоянии приобретает пластичность. Легко растворяется в кислотах, на воздухе. При температуре 600˚вопламеняется. Вводится в состав сплавов как очиститель и окислитель. Входит в состав припоя для нержавеющей хромоникелевой стали.
Молибден –светло-серый металл, самый тугоплавкий изприменяемыхдля зуботехнических целей. Плотность -10,2 , температура плавления 2620˚, твердость -155. На воздухе и в некоторых кислотах, а также в щелочах устойчи, против коррозии. Растворяется в азотной кислоте и царской водке. Входит в состав КХС, улучшая его межкристаллическую структуру.
Марганец –серебристо-белый металл. Плотность -7,3, температура плавления -1245˚. Марганец имеет четыре модификации, отличающиеся различным строением кристаллической решетки. Химически активен. В соляной кислоте и разбавленной серной кислоте растворяется, образуя соли. Его вводят в сталь для окисления сплава, уменьшения содержания серы и повышения износостойкости.
Титан – серебристо-белый металл. Плотность -4,5, температура плавления -1668˚, твердость по Бринеллю -100 кгс/кв. мм. Обладает хорошей коррозийной стойкостью, на поверхности металла образуется тонкая пленка, предохраняющая металл от дальнейшего окисления. Слабо-растворим в серной кислоте. В нержавеющей стали титан уменьшает содержание карбидов хрома. Двуокись титана используется как замутнитель пластмассы и в качестве основы в качестве основы в разделительных (маскировочных) лаках.
Легкоплавкие сплавы.
Сплавы на основе меди.
СПЛАВЫ ТИТАНА
Титан – серебристый металл, не темнеющий со временем ни в атмосфере, ни в морской воде; на него не действуют кислоты и щелочи. Коррозийная 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, а такое свойство, как термостойкость (температура плавления – 1670 ˚) резко выделяет его среди других металлов. Стали с присадками титана обладают повышенной жаропрочностью и используются в космической технике и других технологиях. Соединения титана используется в качестве катализаторов в полимеризации мономеров, красителей, наполнителей высокомолекулярных соединений.
В настоящее время сплавы титана используются для получения цельнолитых каркасов зубных протезов, а также мостовидных протезов с последующей обработкой и нанесением покрытий нитрида титана. Это производится нагреванием в атмосфере азота или аммиака. Покрытие нитридом титана увеличивает твердость и придает эстетический вид, пленка имеет золотистый оттенок , (температура плавления - 2950˚, твердость - 7-8 ед. Для сравнения: твердость алмаза -10 ед. топаза-8ед.).
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 усадка при литье у сплава ВТ5Л составляют 0,8-1%, что близко к таковым для золотых сплавов.
Технология получения ортопедических конструкций из литьевого титана, следующая: к смоделированной по обычной методике восковой модели протеза прикрепляются литниковая система из штифтов диаметром 5-6 мм и устанавливают центральный питатель. Модели с питателем присоединяются к коллекторам блока литниковой системы. Для изготовления керамической формы используется электрокорунд. Общее количество слоев покрытия -9. Каждый слой подвергается сушке в атмосфере аммиака. Затем блок моделей помещают в ванну для выталкивания воска. Формы для литья прокаливают при температуре 1000˚ С и обрабатывается пироуглеродом (подаваемый в печь углеводород при высокой температуре в отсутствии кислорода разлагается и атомарный углерод пропитывает стенки керамической формы, предотвращая ее химическое взаимодействие с металлом). Формы, остывшие до температуры не более 150˚, устанавливают в контейнер под заливку.
Плавку и литье титана проводят в вакуумно-дуговой гарнисажной литьевой установке. Плавку ведут в графитовом тигле с гарнисажем. Благодаря постоянному охлаждению тигля (водой) гарнисаж не расплавляется, защищает тигель от воздействия, расплавленного металла.
После наплавления необходимого количества металла включается центробежная установка, и расплавленный металл сливается в центральный метала
приемник контейнера с формами. Охлаждение металла проводится в вакууме или в среде аргона.
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 выполняет из графита. Плотность тока составляет 0,5-0,7 А/мм. Напряжение 24В.
Выдерживание изделий из титана в атмосфере азота при температуре 850-950˚ приводит к образованию на их поверхности золотистой пленки нитрида титана.
ВИРОНИУМ
Механические свойства:
-твердость по Виккерсу – 330 Н/мм2;
-предел прочности на разрыв – 940 Н/мм2;
-0,2% проба на давление – 650 Н/мм2;
-разрывное удлинение А5 – 12%;
Физические свойства:
-температура плавления – 1320-1340˚;
-температура литья - 1440˚;
-удельный вес – 8,4 г/см3;
-модуль Юнга – 210000 Н/мм2;
Состав: Co-63;Mo-5; Cr-29; Si; Mn; N; C- 0,25.
Цвет: серо-белый.
ВИРОКАСТ
Механические свойства:
-твердость по Виккерсу – 330 Н/мм2;
-предел прочности на разрыв – 860 Н/мм2;
-0,2% проба на давление – 590 Н/мм2;
-разрывное удлинение А5 – 7%;
Физические свойства:
-температура плавления – 1280-1350˚;
-температура литья -1460˚;
-удельный вес – 8,2 г/см3;
-модуль Юнга – 210000 Н/мм2.
Состав: Co-33; Cr-30; Fe-29; Mo-5; Si; Mn; C-0,35
Цвет: серо-белый.
ВИРОН – 88
Механические свойства:
-твердость по Виккерсу – 200 Н/мм2;
-0,2% проба на давление – 360 Н/мм2;
-разрывное удлинение А5 – 15%;
Физические свойства:
-температура плавления – 1250-1310 Н/мм2;
-температура литья – 1420 ˚;
-удельный вес – 8,2 г/см3;
-модуль Юнга – 200000 Н/мм2.
Состав: Ni-64; Cr-24; Mo-10; Si; C- 0,02
Цвет: белый.
ЭСТЕТИКОР
Механические свойства:
-твердость по Виккерсу – 800 H/мм2
-предел прочности на разрыв – 600 H/мм2
-0,2% проба на давление – 435 H/мм2
-разрывное удлинение А5 -9%.
Физические свойства:
-температура плавления – 1150-1260˚;
-удельный вес – 18 г/см3;
-модуль Юнга – 10600 Н/мм2;
-КТР х10-6К-1 – 14,2;
-сцепление с фарфором – 115 Н/мм2;
Состав: Аu-77,5; Pt-9,0; Ag-1,0
Цвет: бело-желтоватый.
ЭСТЕТИКОР ПЛЮС
Механические свойства:
-твердость по Виккерсу -245 Н/мм2;
-предел прочности на разрыв -810 Н/мм2;
-0,2% проба на давление – 515 Н/мм2;
-разрывное удлинение А5 – 15,5%.
Физические свойства:
-температура плавления – 1230-1280˚;
-удельный вес – 13,7 г/см3;
-модуль Юнга – 12700 Н/мм2;
-КТР х10-6 К -1 -14,3
Состав: Au-45; Pt-39; Ag-5
Цвет: белый.
ЭСТЕТИКОР РОЙАЛ
Механические свойства:
-твердость по Виккерсу – 150 Н/мм2;
-предел прочности на разрыв – 500 Н/мм2;
-0,2% проба на давление – 400 Н/мм2;
-разрывное удлинение А5 – 8,5%.
Физические свойства:
-температура плавления – 1090-1205˚;
-удельный вес – 17,9 г/см3;
-модуль Юнга – 91000 Н/мм2.
Состав: Au-81; Pt -8,6; Pd-2
Цвет: желтый.
НЕОКАСТ-2
Механические свойства:
-твердость по Виккерсу – 160-210 Н/мм2;
-предел прочности на разрыв -520-670 Н/мм2;
-0,2% проба на давление – 330-475 Н/мм2;
-разрывное удлинение А5 – 19-29%;
Физические свойства:
-температура плавления - 910-970˚;
-удельный вес – 15,6 г/см3.
Состав: Au-70; Pt-4; Ag-18,
Цвет: желтый.
Лекция № 11
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
Общие сведения о металлах, их свойствах, кристаллическое строение.