一種氧化鎳-碳化硅顆粒增強(qiáng)鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于口腔醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域，特別是制備一種氧化鎳-碳化硅顆粒增強(qiáng)鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料的方法。通過二氧化碳、甲烷、氬氣和氧氣的混合氣體將活性炭、石墨、石英砂粉、鎳粉中的至少兩種組合的混合粉末吹入鎳鉻合金熔體中，通過反應(yīng)生成增強(qiáng)粒子，本發(fā)明因增強(qiáng)粒子顆粒是在是在鎳鉻合金熔體中反應(yīng)生成，解決了外加粒子與基體合金潤(rùn)濕性差、易發(fā)生界面反應(yīng)以及組織穩(wěn)定性差等問題。材料的室溫力學(xué)性能和耐磨性能顯著提高，尤其適合于口腔醫(yī)學(xué)材料、航空航天關(guān)鍵零部件等方面的應(yīng)用，還可應(yīng)用于要求高強(qiáng)度和高耐磨性的零部件，如模具沖頭表面和高強(qiáng)度螺栓組件。
【專利說明】一種氧化鎳-碳化硅顆粒增強(qiáng)鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于口腔醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域，特別是制備一種氧化鎳-碳化硅顆粒增強(qiáng)鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，鎳鉻合金的應(yīng)用非常廣泛，其中鎳鉻合金材料在口腔醫(yī)學(xué)方面需求量很大，鎳鉻合金材料由于不含有毒元素，具有良好的抗氧化性、耐腐蝕性和可加工型目前在口腔醫(yī)學(xué)牙齒材料方面得到了很好的應(yīng)用。
[0003]對(duì)于烤瓷牙用鑄造合金口腔醫(yī)學(xué)材料，要求合金要有高的強(qiáng)度、良好的韌性、高的耐磨性；同時(shí)要求合金有很好的組織穩(wěn)定性；同時(shí)在口腔中使用，要求合金要有很好的抗氧化性、耐腐蝕性。但是，目前烤瓷牙用鑄造鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料的使用壽命一般為15年，而大多數(shù)患者的要求為終生使用，因此鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料需要更高的強(qiáng)度、良好的韌性和硬度，從而能達(dá)到更高的疲勞壽命和耐磨性。
[0004]基于上述目的，采用在鎳鉻合金中添加無毒、無污染的氧化鎳-碳化硅顆粒來增強(qiáng)鎳鉻合金材料的強(qiáng)度、良好的韌性和硬度的方法。本發(fā)明鎳鉻合金基體材料的化學(xué)成分為:C:<0.8, Si<l.95, Crll-14, Mo<3.5，T1:0.2-3, N1:82-77 ;目前我國(guó)現(xiàn)有的鎳鉻合金材料在專利102277524A中，經(jīng)研究、分析表明均有像Ti和Ag等貴金屬元素添加，雖然使用性能提高，但是制造成本高昂。因此，在本發(fā)明中通過添加氧化鎳-碳化硅顆粒達(dá)到增強(qiáng)鎳鉻合金材料的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明專利的目的是:在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種加工工藝穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低廉、無污染排放、可在常規(guī)熔煉條件`下組織生產(chǎn)的氧化鎳-碳化硅顆粒增強(qiáng)鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料的制備方法，較傳統(tǒng)的鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料的強(qiáng)度、韌性和硬度大幅提升。
[0006]本發(fā)明專利的技術(shù)方案是:本發(fā)明是一種氧化鎳-碳化硅顆粒增強(qiáng)鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料的制備方法，通過二氧化碳、甲烷、氬氣和氧氣的混合氣體將活性炭、石墨、石英砂粉、石油焦(或煤焦)、鎳粉中的至少兩種組合的混合粉末吹入鎳鉻合金熔體重，通過反應(yīng)生成增強(qiáng)顆粒，再經(jīng)過機(jī)械化混合攪拌、變質(zhì)處理、精煉、澆注，即獲得氧化鎳-碳化硅顆粒增強(qiáng)鎳鉻合金材料。活性炭和石墨用于提供碳元素，石英砂粉用于提供碳化硅和硅元素，鎳粉為緩沖劑，用于控制反應(yīng)速度及顆粒的分布。
[0007]上述制備方法中將石英砂粉末采用加入無水乙醇并攪拌均勻，通過超聲振蕩處理5分鐘-10分鐘后，然后加入納米尺寸的活性炭粉末，繼續(xù)超聲振蕩處理10分鐘-50分鐘后轉(zhuǎn)移到坩堝中，然后在真空爐中1550-1800°C高溫煅燒下并保溫3小時(shí)左右，隨爐冷卻然后研磨；最后得到平均顆粒度為40納米-100納米的超細(xì)石英砂和碳化硅混合粉末顆粒:Si02+3C=(電爐)SiC+2C0 ?
上述制備方法中各混合氣體的體積含量為甲燒8-45%,気氣8-35%,氧氣8-35%, 二氧化碳8-70% ;混合氣體的壓力為0.05-0.3Mpa，氣體流量0.02-0.15m3/Min。二氧化碳用于提供C元素，二氧化碳和氧氣用于提供0元素。氬氣為稀釋劑，用于調(diào)節(jié)反應(yīng)速度及顆粒生長(zhǎng)速度。
[0008]氧化鎳-碳化硅顆粒增強(qiáng)鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料的制備方法，由于鎳鉻合金基體材料熔體含有質(zhì)量百分比為0-1.95的Si元素，鎳鉻合金熔體的溫度1860-2000°c。反應(yīng)生成增強(qiáng)顆粒的時(shí)間為10-60分鐘，顆粒含量要求越高反應(yīng)生成增強(qiáng)顆粒的時(shí)間越長(zhǎng)。 [0009](1)反應(yīng)增強(qiáng)相為熔體狀態(tài)下合成的SiC和NiO顆粒，在熔體狀態(tài)下主要發(fā)生如下反應(yīng):
C02+Ni=2Ni0+[C]
C02+Si=SiC+2[0]
Si02+3[C]=SiC+2C0 ?02+2Ni=2Ni0C+Si=SiCCH4+Si=SiC+2H2
而且兩種生成物的反應(yīng)相互之間也有分解及進(jìn)一步的反應(yīng)，是一個(gè)互相促進(jìn)和分解的平衡過程，從而達(dá)到最終的平衡反應(yīng)速度。增強(qiáng)顆粒的尺寸為0.1-1 μ m。通過對(duì)反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、混合氣體的組成等進(jìn)行相關(guān)調(diào)節(jié)，可以控制反應(yīng)生成增強(qiáng)顆粒的組成(SiC和NiO的比例)、顆粒尺寸、數(shù)量及分布，從而滿足不同部位的使用要求。
[0010]本發(fā)明的基體使用合金的化學(xué)成分為:C:<0.8, Si〈1.95，Crll-14，Μο〈3.5，Ti:
0.2-3, N1:82-77,可以通過上述成分要求合金熔煉進(jìn)行熔煉提供。在鎳鉻合金基體材料在電阻加熱坩堝爐內(nèi)熔煉，最終可獲得強(qiáng)度、韌性和硬度大幅提升的鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料。
[0011]該氧化鎳-碳化硅顆粒增強(qiáng)鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料無需專用設(shè)備(無需采用真空熔煉爐、高溫高壓等設(shè)備)，在常規(guī)鎳鉻合金廠即可組織生產(chǎn)，將熔煉后的合金直接澆入預(yù)先制備好的鑄型內(nèi)，冷卻后取件，最終將鑄件與瓷粉在高溫下燒結(jié)成假牙，本發(fā)明投資少，見效快，能快速收回投資成本。
[0012]與現(xiàn)有鎳鉻合金技術(shù)相比，氧化鎳-碳化硅顆粒增強(qiáng)鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料的制備方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)耐磨性、強(qiáng)度顯著提高，間隔2小時(shí)澆注試樣的力學(xué)性能差小于6%，這將有利于大批量、小尺寸口腔醫(yī)學(xué)材料的穩(wěn)定生產(chǎn)。增強(qiáng)顆粒尺寸細(xì)小，分布均勻，組織穩(wěn)定性高，表面無污染，與在鎳鉻合金基體結(jié)合良好。材料的室溫力學(xué)性能和耐磨性能顯著提高，尤其適合于口腔醫(yī)學(xué)材料、航空航天關(guān)鍵零部件等方面的應(yīng)用，還可應(yīng)用于要求高強(qiáng)度和高耐磨性的零部件，如模具沖頭表面；
(2)合金組織穩(wěn)定性好，不會(huì)分解有毒氣體或溶解物，對(duì)顧客的身體健康有好處，本發(fā)明因增強(qiáng)顆粒是在是在鎳鉻合金熔體中反應(yīng)生成，解決了外加顆粒與基體合金潤(rùn)濕性差、易發(fā)生界面反應(yīng)以及組織穩(wěn)定性差等問題。因生成的顆粒尺寸小，因比重差導(dǎo)致的上浮/下沉速度小，不易偏析，生產(chǎn)的工藝穩(wěn)定性高?！揪唧w實(shí)施方式】
[0013]下面給出本發(fā)明的最佳實(shí)施例:根據(jù)化學(xué)成分范圍，在電阻加熱坩堝爐內(nèi)熔煉本發(fā)明鎳鉻合金。本發(fā)明鎳鉻合金基體材料的化學(xué)成分為:C:0.6，Si:1.5, Cr:13,Mo:2.5，Ti:1.4, N1:81。待其融化并過熱到1430°C，扒渣，變質(zhì)、精煉、澆注鑄型；將合金熔體加熱到1580°C，用混合氣體(二氧化碳65%，氬氣35%)將混合粉末(熔劑50%+石英砂和碳化鈦納米粉30%+20%活性炭)吹入合金熔體中，氣體壓力0.1Mpa，氣體流量0.05 m3/Min,時(shí)間10分鐘，混合粉末加入量為合金熔體重量的5%，再進(jìn)行變質(zhì)處理和精煉處理，澆注鑄型，再保溫，并分別于20分、40分、80分澆注鑄型。然后進(jìn)行T6處理，并進(jìn)行性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明氧化鎳-碳化硅顆粒增強(qiáng)鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料抗拉強(qiáng)度為79.2Mpa，延伸率為
9.21%，布氏硬度292，腐蝕性能:失重比例為0.01577%，成本為105元/Kg。隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)性能有所下降，但即使保溫80分鐘后，其性能差也小于5%。如保溫80分鐘后室溫抗拉強(qiáng)度75.1 Mpa，延伸率為9.17%，布氏硬度288，腐蝕性能:失重比例為0.01598%，成本為106元/Kg。由此可見同時(shí)本發(fā)明氧化鎳-碳化硅顆粒增強(qiáng)鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料的價(jià)格雖然略高于傳統(tǒng)鎳鉻合金，但是本發(fā)明材料的抗拉強(qiáng)度，耐磨性、尤其硬度和組織穩(wěn)定性都顯著提高，而且生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性好， 便于大批量生產(chǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化鎳-碳化硅顆粒增強(qiáng)鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料，其特征是利用含通過二氧化碳、甲烷、氬氣和氧氣的混合氣體將活性炭、石墨、石英砂粉、鎳粉中的至少兩種組合的混合粉末吹入鎳鉻合金熔體重，通過反應(yīng)生成增強(qiáng)顆粒，再經(jīng)過機(jī)械化混合攪拌、變質(zhì)處理、精煉、澆注，即獲得氧化鎳-碳化硅顆粒增強(qiáng)鎳鉻合金材料:(a)鎳鉻合金基體材料的化學(xué)成分為:C:0.6, Si:1.5，Cr:13,Mo:2.5，T1:1.4，N1:81 ；(b)混合氣體中各組分的體積含量為甲燒8-45%,気氣8-35%,氧氣8-35%,二氧化碳8-70% ;混合氣體的壓力為0.05-0.3Mpa，氣體流量0.02-0.15m3/Min ； (c)石英砂粉末、無水乙醇和活性炭粉末在真空爐中1550-1800°C高溫煅燒下并保溫3小時(shí)左右，隨爐冷卻然后研磨；最后得到平均顆粒度為40納米-100納米的超細(xì)石英砂和碳化娃混合粉末顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鎳-碳化硅顆粒增強(qiáng)鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料，其特征是鎳鉻合金基體材料熔體含有質(zhì)量百分比為0-1.95的Si元素，鎳鉻合金熔體的溫度1860-2000°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鎳-碳化硅顆粒增強(qiáng)鎳鉻合金口腔醫(yī)學(xué)材料，其特征是:反應(yīng)生成增強(qiáng)顆粒的時(shí)間為10-50分鐘，顆粒含量要求越高反應(yīng)生成增強(qiáng)顆粒的時(shí)間越長(zhǎng)。
【文檔編號(hào)】C22C19/05GK103643062SQ201310667292
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月7日
【發(fā)明者】徐淑波, 李振東, 劉婷, 任國(guó)成, 范小紅 申請(qǐng)人:山東建筑大學(xué)