反复熔铸对非贵金属烤瓷合金铸流率的影响
作者：赵伟, 程辉, 郑志强, 郭永锦, 李秀容
【关键词】 非贵金属烤瓷合金; 反复熔铸; 铸流率
ABSTRACT: Objective Department of Prosthodontics; Technician Working Center, Affiliated Stomatology Hospital, Fujian Medical University, Fuzhou 350002, ChinaTo investigate the effects of recasting on the castability of non?precious ceramic alloy. Methods The non?precious ceramic alloy was recasted 6 times in argon protection without the addition of any new alloy. The castability of each generation non?precious ceramic alloy was determined by the ability of the alloy to cast a mesh pattern made from wax sieve. After being invested and casted, the pattern casting was then examined to determine the total number of filament segments that was successfully casted. The castability value(Cv) of each generation alloy was obtained. The effects of recasting on the Cv were compared, through directly calculating the castability values of each generation of non?precious ceramic alloy. Results There was no significant difference of castability from 1st to 5th generation castings, which were casted by non?precious ceramic alloy in argon protection(P>0.05).There was a significant difference of castability between 1st generation castings and 6th generation castings(P<0.05). Conclusion There is no significant change on the castability of non?precious ceramic alloy, which is recasted for 5 times.
KEY WORDS: non?precious ceramic alloy; recasting; castability value
烤瓷合金金属支架系采用失蜡铸造法的铸造方法完成,为了获得完整的烤瓷合金金属支架(铸件)及保证铸造的成功,投入铸造的合金量至少应达到铸件体积的2倍[1]。铸造完成后产生的铸道、底座、储金球等非临床所需部件的铸造合金便成了烤瓷合金废旧料而被抛弃。如何回收再利用烤瓷合金废旧料,已成为国内外学者关注的热点。牙科合金的铸流率是指牙科合金能够完全铸入铸型腔的能力,即实际铸入铸型腔内的合金占应该铸入铸型腔的合金量的百分比(castability value,Cv)[2]。以往国内外学者对于不同材质的非贵金属、贵金属烤瓷合金的铸流率进行了各种研究。为了保证不同材质的烤瓷合金经过反复铸造后仍保持较高的铸流率,过去学者们普遍认为反复熔铸时需要添加一定比例的新合金才能保证较高的铸流率[3?4]。笔者采用网状试样法,将非贵金属烤瓷合金进行反复熔铸,探讨反复铸造对非贵金属烤瓷合金铸流率的影响。
1 材料和方法
1.1 材料和设备
1.1.1 材料 镍铬烤瓷合金(日本SHOFU公司);Dewax方格网蜡(0000828L Retention Mesh,美国Power Dental MFG公司);牙科非贵金属磷酸盐铸造包埋材料(日本SHOFU公司);Al2O3砂粒(日本SHOFU公司)。
1.1.2 设备 真空加压氩气保护铸造机(Argoncaster?C,日本SHOFU公司);真空调拌机(Power Lift Mixer,日本Aloka公司);超声波清洗器(舒美KQ218,昆山超声仪器有限公司);箱体式喷砂机(JNCP?Ⅱ型,天津嘉年公司);带吸尘器高速切割机(Ray AG04,美国Ray Foster Dental Supply公司)。
1.2 方法
1.2.1 网状试件铸造原料准备 以厂家提供的镍铬烤瓷合金的原始合金(即熔铸前的合金,0代合金)为原料铸造的网状试件标为I代, I代合金的铸流率反映的是0代合金的铸造性能。以后每次铸造的镍铬烤瓷合金原料在铸造前都经过相同的表面处理程序[5?7]:(1)在箱体式喷砂机下用粒度为45目的Al2O3砂粒常规喷砂,去净材料表面黏附的包埋料及异物;按照真空加压氩气保护铸造机熔金坩锅的体积大小对材料进行必要的切割;再用蒸馏水冲洗,干燥;(2)在王水(硝酸∶盐酸=1∶3)中清洗60 s,取出后用流水冲净残留液;(3)置于超声波清洗器内清洗30 min,用镊子取出,干燥备用。其余各代的铸造原料是将前一代试件铸造后产生的铸道、底座部位烤瓷合金经前面所述的表面处理方法进行相同表面处理后作为铸造原料,反复熔铸6次,每一代网状试件的铸流率是反映的是其铸造原料的铸造性能。
图1 非贵金属烤瓷合金反复熔铸流程示意图（略）
Fig 1 Recasting procedure of non?precious ceramic alloy
1.2.2 网状蜡型制作 参照[8]，首先制作Y字型的蜡铸道,主铸道直径为3 mm,长10 mm。两分铸道分叉呈90 °夹角,直径2.5 mm,长25 mm。在分叉处接上均匀分布7×7格共49个网孔的Dewax成品蜡网,蜡网边长21 mm,制成网状蜡型(图1),网状蜡型制成后将其至于放大倍数为3倍的供应桌夹式放大镜灯下观察,选择网格片段完整无缺陷的网状蜡型72个,随机分6组,每组12件,称质量备用。
图1 铸流率网状蜡型示意图（略）
Fig 1 Wax mesh pattern for the obtaining of castability value
1.2.3 网状蜡型的包埋、焙烧及铸造 参照高温铸造包埋材料的说明书,对网状蜡型进行包埋(其中,膨胀液∶蒸馏水=1∶1)。将包埋好的铸圈进行常规的预热,焙烧,在真空加压氩气保护铸造机上对各代镍铬烤瓷合金进行铸造。
1.2.4 网状铸件的网格记数及统计分析 将网状铸件参照Hinman记数方法对完整的网杆进行记数(不完整的网格片段见图2),并求出各组的Cv 值、均数和标准差。
1.3 统计学处理 计量资料用x±s表示,采用LSD?t检验进行多个测试组之间的多重比较(α=0.05),P<0.05为差别有统计学意义。
铸流率(castability value,Cv)公式:
Cv = (完整金属网格片断数/112)×100%
1.4 结果 Ⅰ代网状铸件的铸流率与其余各代网状铸件的铸流率的LSD?t检验,Ⅱ～Ⅵ代分别为0.451,0.134,0.062,0.063,0.010。Ⅱ～Ⅴ代网状铸件的铸流率与Ⅰ代比较,差别无统计学意义(P>0.05);Ⅵ代与Ⅰ代比较,P<0.05(表1)。
“I”的网格片段即为不完整的网格片段
图2 不完整的网格片段示意图（略）
Fig 2 Schematic diagram of incomplete segments
表1 网状铸件的铸流率（略）
Tab 1 Results of castability test
n=12. 与Ⅰ代比较,☆:P<0.05.
2 讨论
2.1 研究方法 研究牙科合金铸流率的方法主有两类,一类是模拟牙科全冠外形制成帽状试件[9],通过观察试件边缘的不同外形、斜度等来研究牙科合金的铸流率,此类方法较客观,但受许多因素的影响,需多点测试,其准确性尚值得探讨。另一类方法是铸造一定外形的铸件,常见的铸型有螺旋状、轮状、杆状、弹簧型、楔型、碟型、网状、板状试件等[10?12],其中较多采用的是网状铸型和板状铸型,这两种铸型易于制作,评价指标客观性强,测量及计数简单,且对材料、温度、技术及其它影响铸流率的因素较敏感。为此,笔者采用网状铸件来研究反复的熔铸对非贵金属烤瓷合金铸流率的影响。
2.2 影响因素 影响因素是多方面的,主要有:(1)合金因素,如合金的组成、密度、熔金的表面张力等;(2)辅助材料因素,如包埋料的组成、种类及颗粒大小、熔模材料等方面;(3)加工因素如铸道设计、烘烤焙烧温度等;(4)铸造因素,如铸造压力及方向、超热、铸型腔内的回压、铸造设备及铸造方法等。
牙科铸造合金在铸造的过程中会发生化学成分和微观结构的变化，而这些变化将影响合金铸件的各项性能,如机械性能、铸造性能、金瓷结合力等[13]。合金在熔化和浇铸过程中通常会带入各种非金属夹杂物，合金中某些元素在高温下的氧化反应、熔金与包埋料的高温化学反应等也都会使铸件中产生非金属夹杂物,这些非金属夹杂物使得熔铸时液态合金的黏滞度增加,影响其充型能力,促使缩孔缩松等铸造缺陷的形成。夹杂物还会使合金晶粒的再结晶过程变得复杂,影响铸件组织结构,进而影响铸件性能[4,14]。不同的包埋料与不同合金的组合也影响合金的铸流率,即使同种包埋料,也存在颗粒大小不同、热传导性不同、湿润性不同、气体穿透性不同,对合金铸件的铸造完整性也产生不同的影响[15]。本次实验统一使用牙科非贵金属磷酸盐铸造包埋材料进行包埋,包埋过程严格按照说明书要求的粉液比例在真空调拌机中进行调配,尽可能的减少人为因素对实验结果造成的影响。
铸造因素对烤瓷合金的铸流率有重要影响。铸造因素包括铸造压力及方向、超热、铸型腔内的回压、铸造设备及铸造方法等方面。本次实验操作严格按照使用说明设定氩气压力为0.29～0.39 MPa(3～4 kgf/cm2)进行铸造,保证铸造设备、铸造压力及铸造方法的相同。朱松等研究得出结论:氩气保护,钴铬合金经反复熔铸,各种化学成分所占百分比相对稳定,各代合金内部很少有气孔和非金属性夹杂物存在,各代合金的晶粒大小较一致,排列有序,其晶界总面积较大,每个晶粒周围的晶粒数较多。而在空气环境中铸造,铝、硅、铁等元素被氧化,所占百分比逐渐减少,钴、铬等元素相对稳定,碳、氮等含量增加。有些区域有大量的气孔和金属性夹杂物,部位不定,随着铸造的代数增加,这种改变愈明显。合金内部有些区域的晶粒大小不一致,排列无序,随着铸造次数增加,这种变化也愈发显著[16]。本次实验是在氩气保护真空加压的铸造条件下进行的,非贵金属烤瓷合金经过反复铸造5次,其铸流率略有下降,但其与I代网状试件流率相比较,之间的差异没有统计学意义。反复熔铸至Ⅵ代,Ⅵ代网状试件铸流率与I代网状试件的铸流率相比较,之间的差别有统计学意义(P<0.05 )。在氩气保护的状态下进行铸造,合金内部有相对较少的气孔和非金属性夹杂物存在。但随着反复熔铸次数的增加,铸造原料内部的气孔和非金属夹杂物逐渐累积,某些化学元素的烧损更加严重。而当其成分和结构的变化达到一定的程度时必将影响到合金的铸造性能。
本实验的研究表明,就铸流率这个指标来说,非贵金属烤瓷合金在真空加压氩气保护的铸造条件下可以反复熔铸至第5代,铸流率没有发生变化。当然,非贵金属烤瓷合金能否重复利用，还要综合考虑反复熔铸对非贵金属烤瓷合金的其他各项性能,诸如对其机械性能,热膨胀率,金瓷结合强度,耐腐蚀性,生物相容性等方面的影响。
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