Badania materiałowe i korozyjne konwencjonalnych stopów Co-Cr-Mo-W przeznaczonych na odlewy konstrukcji szkieletowych w protetyce dentystycznej

• Autorzy: Augustyn-Pieniążek J. , Łukaszczyk A. , Loch J.

Warianty tytułu

EN

Material and corrosion studies of conventional Co-Cr-Mo-W alloys for frame construction casts in dental prosthetics

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Podstawowe cechy jakimi powinny charakteryzować się materiały stosowane na protezy szkieletowe w stomatologii to biotolerancja w środowisku tkanek i płynów ustrojowych oraz duża odporność na korozję wżerową i szczelinową. Ważna jest również stabilność zespołu określonych własności fizyczno-mechanicznych (wysoka wytrzymałość, odpowiednia ciągliwość, twardość i odporność na ścieranie) oraz jednorodność składu chemicznego W pracy przedstawiono wyniki badań konwencjonalnych stopów odlewniczych Co-Cr-Mo-W stosowanych do wykonywania odlewów szkieletów protez ruchomych, koron i mostów w protetyce dentystycznej. Badania wykonano na czterech stopach Co-Cr-Mo-W o różnej zawartości Mo, W oraz innych domieszek. W pracy dokonano analizy mikrostruktury stopów z zastosowaniem mikroskopu świetlnego oraz elektronowego mikroskopu skaningowego. Dodatkowo wykonano pomiary mikrotwardości metodą Vickersa oraz badania odporności korozyjnej. Dla każdego z badanych stopów Co-Cr-Mo-W wykreślono zależność potencjału stacjonarnego w funkcji czasu oraz wykonano badania woltamperometryczne w środowisku sztucznej śliny. Przeprowadzone obserwacje metalograficzne pozwoliły stwierdzić, że analizowane materiały charakteryzowały się budową dendrytyczną typową dla stopów odlewanych. Mikrostruktura ta jest chemicznie niejednorodna, złożona z austenitycznej osnowy składającej się z roztworu stałego kobaltu oraz chromu w rdzeniowej strukturze dendrytycznej. Stopy charakteryzowały się wysoką twardością. Wzrost mikrotwardości jest silnie determinowany występowaniem wydzieleń węglikowych M23C6, które zapewniają dużo silniejsze umocnienie stopu. Analizowane stopy wykazywały zbliżone przebiegi krzywych polaryzacji. Zachowanie elektrochemiczne stopów Co-Cr-Mo-W w dużej mierze zależy od zawartości w stopie chromu i molibdenu, pierwiastków, które przyczyniają się do pasywacji stopów.

EN

The basic characteristics of skeletal prosthetic materials used in dentistry are: biotolerance with tissues and body fluids, as well as high pitting and crevice corrosion resistance. Also important are such characteristics as: high strength, adequate ductility, hardness and abrasion resistance, as well as homogeneity of the chemical composition. The work presents the results of the studies of conventional Co-Cr-Mo-W casting alloys used in the production of frame casts of removable dentures, crowns and bridges in dental prosthetics. The studies were performed on four Co-Cr-Mo-W alloys of different contents of Mo, W and other additives. The work analyzes the alloys microstructures with the use of a light microscope and a scanning electron microscope. Additionally, hardness measurements were made by means of the Vickers method and corrosion resistance tests were conducted. For each examined Co-Cr-Mo-W alloy, the open circuit potential as a function of time was determined and voltamperometric tests were performed in artificial saliva. The microstructure of the examined alloys was of the dendrite type. This microstructure was chemically inhomogeneous and consisted of an austenitic matrix formed by a solid cobalt solution and chromium in the core dendritic structure. The investigated alloys were characterized by high hardness. The increase in the microhardness was depended on the presence of carbide precipitates M23C6, which provide a much stronger reinforcement of the alloy. The analyzed materials exhibited a similar progress of the polarization curves. The electrochemical corrosion of Co-Cr-Mo-W alloys was depended on the content of chromium and molybdenum, which largely contributed to alloy passivation.

Słowa kluczowe

PL

konwencjonalne stopy na osnowie kobaltu; protetyka dentystyczna; roztwór sztucznej śliny; odporność korozyjna; woltamperometria liniowa

EN

conventional cobalt-based alloys; dental prosthetics; artificial saliva solution; corrosion resistance; linear sweep voltammetry

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 18, no. 130
• Strony: 2--9
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Augustyn-Pieniążek J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Łukaszczyk A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Odlewnictwa, Katedra Chemii i Korozji Metali, ul. Reymonta 23, 30-059 Kraków

autor

Loch J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Odlewnictwa, Katedra Chemii i Korozji Metali, ul. Reymonta 23, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Lin H-Y., Bumgardner J.D.: Changes in the surface oxide composition of Co–Cr–Mo implant alloy by macrophage cells and their released reactive chemical species. Biomaterials 25 (7-8) (2004) 1233-1238.
• [2] Balagna C., Spriano S., Faga M.G.: Characterization of Co-Cr-Mo alloys after a thermal treatment for high wear resistance. Materials Science and Engineering C 32 (2012) 1868-1877.
• [3] Hanawa T.: Evaluation techniques of metallic biomaterials in vitro. Science and Technology of Advanced Materials 3 (2002) 289-295.
• [4] Julián L.C., Muñoz A.I.: Influence of microstructure of HC CoCrMo biomedical alloys on the corrosion and wear behavior in simulated body fluids. Tribology International 44 (2001) 318-329.
• [5] Cawley J., Metcalf J.E.P., Jones A.H., Band T.J., Skupien D.S.: A tribological study of cobalt chromium molybdenium alloys used in metal –on-metal resurfacing hip arthoplasty. Wear 255 (2003) 999-1006.
• [6] Lassila L.V.J., Vallittu P.K.: Effect of water and artificial saliva on the low cycle fatigue resistance of cobalt-chromium dental alloy. The Journal of Prosthetic Dentistry 80 (6) (1998) 708-713.
• [7] Lee S-H., Takahashi E., Nomura N., Chiba A.: Effect of carbon addition on microstructure and mechanical properties of a wrought C-Cr-Mo implant alloy. Materials Transactions 47(2) (2006) 287-290.
• [8] Zhuang L.Z., Lander E.W.: Effects of alloy additions on the microstructures and tensile properties of cast Co-Cr-Mo alloy used for surgical implants. Journal of Materials Science 24 (1989) 4324-4330.
• [9] Lee S-H., Nomura N., Chiba A.: Significant improvement in mechanical properties of biomedical Co-Cr-Mo alloys with combination of N and Cr-enrichment. Materials Transactions 49 (2) (2008) 260-264.
• [10] DIN EN ISO 22674 Instructions ROBUR 400®
• [11] ISO 9693 Instructions Wirobond 280®
• [12] EN ISO 22674 Instructions Combibond® BST Triumph
• [13] EN ISO 9693 Instructions Combibond® BST Triumph
• [14] DIN EN ISO 9693 Instructions Heraenium® Pw
• [15] Giachci J.V., Morando C.N., Fornaro O., Palacio H.A.: Microstructural characterization of as-cast biocompatible Co-Cr-Mo alloys. Materials Characterization 62 (2011) 53-61.
• [16] Heda H.: Engineering materials for biomedical applications, Publisher University of Technology, Poznan 2011 (in Polish).
• [17] Yamanaka K., Mori M., Chiba A.: Effects of carbon concentration on microstructure and mechanical properties of as cast nickiel –free Co-28Cr-9W-based dental alloys. Materials Science and Engineering C 40 (2014) 127-134.
• [18] Podrez-Radziszewska M., Haimann K., Dudziński W., Morawska-Sołtysik M.: Characteristic of intermetallic phases in cast dental CoCrMo alloy. Archives of Foundry Engineering 10 (3) (2010) 51-56.
• [19] Komorek Z., Jóźwiak S., Kuchta M.: The influence of production conditions on the strength of Co-Cr-Mo-C stomatology alloy. Archives of Foundry Engineering 6(18) (2006) 279-282.
• [20] Taylor R.N.J., Waterhouse R.B.: Journal Materials Science 18(11) (1983) 3265-3280.
• [21] Clemow A.J.T., Daniell B.L.: Solution treatment behavior of Co-Cr-Mo alloy, Journal of Biomedical Materials Research Part A 13(2) (1979) 265-279.
• [22] Ciszewski B., Przetakiewicz W.: Modern materials in technology, Publisher Bellona, Warszawa 1993 (in Polish).
• [23] Spiechowicz E.: Prosthetics Dental, Medical Publishing PZWL, Warszawa 2008 (in Polish).
• [24] Hsu R. W-W., Yang C-C., Huang C-A., Chen Y-S.: Electrochemical corrosion studies on Co–Cr–Mo implant alloy in biological solutions. Materials Chemistry and Physics 93 (2005) 531-538.
• [25] PN-EN ISO 10993-15. Biological evaluation of medical devices – Vol. 15, 2005 (in Polish).
• [26] Metikos-Huković M., Pilić Z., Babić R. & Omanović D.: Influence of alloying elements on the corrosion stability of CoCrMo implant alloy in Hank’s solution. Acta Biomaterialia 2 (2006) 693-700.
• [27] Augustyn-Pieniążek J., Łukaszczyk A., Zapała R.: Microstructure and corrosion resistance characteristics of Co-Cr-Mo alloys designed for prosthetic materials. Archives of Metallurgy and Materials 58 (2013) 1281-1285.
• [28] Augustyn-Pieniążek J., Łukaszczyk A., Szczurek A., Sowińska K.: Structure and properties of dental cobalt alloys used to perform framed dentures. Materials Science 2 (2013) 116-120.
• [29] Augustyn-Pieniążek J., Stopka J., Ciaputa K.: Technology of metal-ceramic crowns impact on the microstructure and mechanical properties of dental materials, Modern Dental Technician 3 (2013) 40-44.
• [30] Loch J., Łukaszczyk A., Augustyn-Pieniążek J., Krawiec H.: Electrochemical behaviour of Co-Cr and Ni-Cr dental alloy. Solid State Phenomena 227 (2015) 451-454.
• [31] Valero Vidal C., Igual Muñoz A.: Study of the adsorption process of bovine serum albumin on passivated surfaces of CoCrMo biomedical alloy. Electrochimica Acta 55 (2010) 8445-8452.

Uwagi

PL

Praca realizowana jest w ramach badań statutowych nr 11.11.110.299 AGH.