Чайка Олена Миколаївна. Структура та фізико-механічні властивості дентальних сплавів на основі систем Co-Cr-Mo та Ni-Cr-Mo при послідовних переплавах : Дис... канд. наук: 01.04.13 - 2007.
Анотація до роботи:
Чайка О.М. Структура та фізико-механічні властивості дентальних сплавів на основі систем Co-Cr-Mo та Ni-Cr-Mo при послідовних переплавах. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.13 – фізика металів. – Національний науковий центр "Харківський фізико-технічний інститут" Національної академії наук України. – Харків, 2007.
Дисертація присвячена вивченню закономірностей зміни хімічного та фазового складу, структури і фізико-механічних властивостей типових стоматологічних сплавів на основі кобальту та нікелю (Remanium GM-700, Remanium GM-800, Remanium CSe та декількох експериментальних сплавів) у процесі їх багаторазових послідовних переплавів з метою встановлення можливості використання рециркульованих сплавів.
Встановлено гетерофазний характер структури сплавів та роль різних елементів в формуванні їх структурних особливостей. Показано, що концентрація основних елементів у сплавах при послідовних переплавах залишається практично незмінної, але механічні властивості сплавів при цьому значно деградують. Цю деградацію умовно можна поділити на 3 етапи: деяке зниження властивостей вже після І переплаву в порівнянні з паспортними даними; поступове зниження цих характеристик при подальших переплавах; катастрофічне зниження характеристик, пов’язане з крихкістю матеріалу. Встановлені фізичні причини, які приводять до деградації властивостей сплавів при різної кількості переплавів.
Знайдено, що катастрофічне падіння механічних властивостей на третьому етапі обумовлено накопиченням домішок, які утворюють оксиді та карбіді. Основним джерелом домішок є поверхня матеріалів, які переплавляються. Показано, що обробка поверхні сплавів перед переплавом значно поліпшує їх властивості. Запропоновано методи обробки поверхонь перед переплавом (механічне полірування, електролітичне полірування і хімічне травлення), що дозволяють помітно знизити деградацію механічних властивостей на ІІ етапі і, принаймні, віддалити настання ІІІ-его етапу. На практиці найбільш раціональним є застосування методу хімічного травлення поверхонь матеріалів, що переплавляються.
У дисертації викладені результати дослідження елементного і фазового складу, структури і фізико-механічних властивостей ливарних сплавів на основі систем Co-Cr-Mo і Ni-Cr-Mo стоматологічного призначення. На основі цих результатів вирішена важлива наукова задача встановлення закономірностей зміни елементного складу, фазово-структурного стану і властивостей типових кобальтових і нікелевих дентальних сплавів при багаторазових повторних переплавах. Основні результати роботи полягають у наступному:
Досліджено фазовий склад і структуру кобальтових і нікелевих фірмових дентальних сплавів Remanium GM-700, Remanium GM-800 і Remanium CSe, а також ряду експериментальних сплавів близького елементного складу. Встановлено, що інтегральний склад основних елементів сплавів не зазнає помітних змін у процесі шести послідовних переплавів, проведених в умовах стоматологічної ливарної лабораторії, отже не може бути чинником, який суттєво змінює властивості досліджених матеріалів при переплавах.
Показано, що кобальтовий і нікелевий сплави Remanium GM-700 і Remanium CSe як у стані постачання, так і після переплавів є гетерофазними, причому дисперсність гетерофазної структури істотно зменшується при першому переплаві, що є наслідком суттєвої різниці умов кристалізації в промислових та лабораторних умовах, і має тенденцію до подальшого зниження при наступних переплавах.
Виявлено, що основні (матричні) фази у кобальтовому і нікелевому сплавах мають г.ц.к. гратки, параметри яких значно вище, ніж у чистих кобальту і нікелю. У нікелевому сплаві спостерігаються незначні тетрагональні викривлення гратки, що можуть бути зумовлені неоднорідністю розподілу елементів по вузлах гратки сплаву. Із порівняння структури фірмових та експериментальних сплавів слідує, що основними компонентами, які стабілізують високотемпературні г.ц.к. гратки у матриці кобальтових дентальних сплавів, є елементи проникнення – вуглець і, можливо, азот.
Показано, що в кобальтових сплавах Remanium GM-700 і Remanium GM-800, крім основної (матричної) фази, містяться евтектичні утворення, що складаються з карбідної (карбонітридної) фази та низькотемпературної модифікації твердого розчину на основі кобальту. Причиною втрати стабільності високотемпературної модифікації твердого розчину на основі кобальту в евтектичних утвореннях є знижена, у порівнянні з матричною фазою, концентрація в ній елементів проникнення.
Встановлено закономірності зміни фізико-механічних властивостей кобальтового і нікелевого сплавів при багаторазових переплавах. Показано, що найбільш істотно при збільшенні кількості переплавів знижуються пластичність, мікротвердість і межа міцності сплавів. Зниження межі міцності в протікає в декілька етапів: І етап – помітне зниження в у порівнянні з паспортними даними вже після першого переплаву; ІІ етап – поступове зниження в при подальших переплавах; ІІІ етап – катастрофічне зниження в, пов'язане з крихким характером руйнування матеріалу. Із характеру зміни механічних характеристик, структурних даних та досліджень елементного складу слідує, що основними механізмами, які відповідають за зниження механічних характеристик при переплавах, є зміна дисперсності мікроструктури сплавів і накопичення домішок. При цьому зміна дисперсності відіграє основну роль на І етапі, а накопичення домішок – на наступних етапах.
Виявлено, що основним джерелом накопичення домішок у сплавах є поверхня матеріалів, що переплавляються. Це свідчить про те, що перед переплавом потрібна ретельна очистка поверхонь відходів. Запропоновані методи обробки поверхонь відходів (механічне полірування, електролітичне полірування і хімічне травлення), що дозволяють помітно знизити деградацію механічних властивостей та поширюють можливості повторного використання сплавів. Порівняння різних методів визначило, що на практиці найбільш раціональним є застосування методу хімічного травлення поверхонь матеріалів, що переплавляються.
Показано, що такі важливі характеристики, як коефіцієнт термічного розширення і міцність зчеплення сплавів із стоматологічною керамікою, практично не залежать від кількості переплавів. Це означає, що дані характеристики не є чинниками, що обмежують повторне використання сплавів.
Отримані результати свідчать про принципову можливість рециркуляції ливарних дентальних сплавів на основі Co-Cr-Mo і Ni-Cr-Mo. При цьому необхідно дотримуватись запропонованого в роботі процесу обробки поверхонь матеріалу, що переплавляється, і враховувати тип виробів, що відливаються (протяжність, товщину, характер функціонального навантаження та ін.)
Публікації автора:
Complex study of the mechanical properties of Co-Cr-Mo сast alloy in the low temperature range /Lubenets S.V., Pal-Val L.N., Smirnov S.N., Fomenko L.S., Dotsenko V.I., Korol M.D., Ramus M.A., Chayka E.N. //Function Material. – 2000. – V.7., N1.– P.83-89.
Исследование структуры литого сплава Co-Cr-Mo /Доценко В.И., Чайка Е.Н., Брауде И.С., Эренбург А.И., Раенко А.В., Фоменко Л.С., Лубенец С.В. //Металлофизика и новейшие технологии. – 2002. – Т.24, №1. – С.113-125.
Доценко В.И., Чайка Е.Н. Влияние последовательных переплавов на структуру и физико-механические свойства сплава Remanium GM-700 //Металлофизика и новейшие технологии. – 2003. – Т.25, №3. – С.297-306.
Фазовый состав литых стоматологических сплавов Ni-Cr-Mo и Co-Cr-Mo /Брауде И.С., Гальцов Н.Н., Прохватилов А.И., Доценко В.И., Чайка Е.Н.//Физика металлов и металловедение. – 2005. – Т.100, №2. – С.76-83.
Доценко В.И., Тихоновский М.А., Чайка Е.Н. Влияние последовательных переплавов на структуру и физико-механические свойства никелевого сплава Remanium CSe //Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна. Сер. Ядра, частинки, поля – 2005. – В. 2, № 27. – С.92-97.
Чайка Е.Н. Влияние механической обработки поверхности переплавляемого материала на физико-механические свойства литейных дентальных сплавов Remanium GM-700 и Remanium CSe //Вопросы атомной науки и техники. Сер. Вакуум, чистые металлы и сверхпроводники. – 2005. – №7. – С.124-126.
Патент України на винахід № 13377 від 15.03.2006 р. "Спосіб отримання рециркульованих стоматологічних сплавів систем Co-Cr-Mo и Ni-Cr-Mo" (Чайка О.М., Доценко В.І., Тихоновський М.А.).
Complex study of the mechanical properties of Co-Cr-Mo сast alloy in the low temperature range //Lubenets S.V., Pal-Val L.N., Smirnov S.N., Fomenko L.S., Dotsenko V.I., Korol M.D., Ramus M.A., Chayka E.N.: Тезисы докладов международной конференции "Релаксационные явления в твердых телах" 18-21 октября 1999г. – Воронеж, 1999. – С.49-50.
Доценко В.И., Чайка Е.Н. Изменение структуры и физико-механических свойств стоматологического сплава Co-Cr-Mo после шести последовательных переплавов //Сборник статей 4-ой Международной научно-технической конференции "Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов" 19-23 мая 2003г. – Харьков: Изд-во ХФТИ, 2003. – С. 275-278.
Структура и физико-механические свойства кобальтовых и никелевых дентальных сплавов после многократных переплавов //Чайка Е.Н., Доценко В.И., Тихоновский М.А., Вирич В.Д., Иванцов В.И.: Матеріали 7-ої Міжнародної конференції «Фізичні явища в твердих тілах» 14-15 грудня 2005р. – Харків: В-во Харківського національного університету, 2005. – С.32.
Чайка Е.Н., Доценко В.И., Тихоновский М.А. Влияние обработки поверхности переплавляемых дентальных сплавов на их механические свойства //Сборник тезисов 45-ой Международной конференции “Актуальные проблемы прочности ” 25-28 сентября 2006 г. –Белгород: Изд-во Белгородского госуниверситета, 2006. – С.107.
