Пайка и ремонт каркасов металлокерамических мостовидных протезов

Пайка - сложный физико-химический процесс получения неразъемного соединения в результате взаимодействия твердого паяемого и жидкого присадочного металлов соединяемых деталей. Образующиеся в результате этого взаимодействия переходные слои на границах шва и соединяемых пайкой поверхностях деталей называются спаями.

Для получения спая необходимо удалить с поверхности металлов окисную пленку и создать условия взаимодействия твердого и жидкого металлов. При кристаллизации вступившего во взаимодействие с материалом паяемых деталей более легкоплавкого связующего (припоя) образуется паяное соединение.

Пайка имеет сходство со сваркой плавлением (лазерная пайка), но между ними имеются принципиальные различия. Если при сварке основной и присадочный материалы находятся в сварочной ванне в расплавленном состоянии, то при пайке паяемый металл не плавится. Формирование шва при пайке происходит путем заполнения припоем зазора между соединяемыми деталями, т. е. процесс пайки связан с капиллярным течением, что не имеет места при сварке плавлением. В отличие от сварки плавлением пайка осуществляется при температурах, лежащих ниже температуры плавления паяемого материала.

В ряде случаев пайка обеспечивает более высокую надежность изделий, чем сварка. При применении рациональных сочетаний паяемых материалов и припоев и использовании конструкций с оптимальной площадью перекрытия надежность паяных соединений для самолетов в 4 раза выше, для космических аппаратов в 25 раз выше, чем сварных.

В соответствии со спецификой и особенностями процесса образования паяного соединения пайку классифицируют: по характеру взаимодействия твердого и жидкого металлов при возникновении спаев; по особенностям технологии образования паяного соединения; по способам нагрева.

По характеру взаимодействия и природе связей на границе паяемый металл - припой выделяют четыре вида спаев: бездиффузионный, растворно-диффузионный, контактно-реакционный и диспергированный.

По особенностям технологии получения паяного соединения (режим пайки, способ введения припоя, формирование шва) выделяют капиллярную, диффузионную, контактно-реактивную, реактивно-флюсовую и некапиллярную пайку. При производстве зуботехнических изделий на практике применяемы только три технологических вида получения паяного шва - капиллярная, диффузионная и некапиллярная пайки.

Виды пайки могут быть осуществлены с применением различных способов нагрева, но наибольшее распространение в зуботехническом производстве получила пайка осуществляемая бензиновыми и газовыми горелками.

Капиллярная пайка

Пайка, при которой расплавленный припой заполняет зазор и удерживается в нем под действием капиллярных сил, называется капиллярной пайкой. Этот способ пайки является самым распространенным. Обычно под этим способом подразумевают пайку с зазорами, не превышающими 0,5-0,7 мм. Величина зазора при прочих равных условиях определяет структуру, химический состав шва, механические свойства соединения, экономичность процесса, дефектность структуры (газовую пористость) и т. д. Зазоры подразделяют на большие (0,2-0,7 мм), номинальные (0,05-0,2 мм) и малые (менее 0,05 мм).

При пайке разнородных металлов, особенно для телескопических соединений, необходимо учитывать изменение зазора, связанное с различием их ТКЛР. При пайке больших поверхностей с односторонней подачей припоя возможны значительные непропаи, связанные с процессами массообмена, приводящими к изменению вязкости и температуры плавления припоя. Во избежание непропаев в этих случаях рекомендуется предварительно вводить припой в зазор в виде тонкого проката или наносить его сначала в виде покрытий (лужением). Оптимальная ширина зазора определяется комплексом факторов: конструкцией соединения, особенностью взаимодействия припоя с паяемыми материалами, активностью флюса (газовой среды), состоянием паяемых поверхностей и т. д. Газовые среды при пайке изделий бензиновыми горелками и газовыми горелками различны, это нужно учитывать при переходе производства с одного вида применяемых паяльных агрегатов на другой. Рекомендуемые зазоры при капиллярной пайке нержавеющей сталь серебряными припоями составляют 0,08-0,20 мм. Хромоникелевых и хромокобальтовых сплавов никелевыми припоями 0,10-0,25 мм.

При пайке изделий с переменным зазором для лучшего его заполнения и снижения пористости соединения припой необходимо вводить с узкой стороны зазора. При флюсовой пайке для облегчения удаления флюса, снижения газовой пористости зазор следует увеличивать. При уменьшении высоты микронеровиостей спаиваемых поверхностей площадь растекания увеличивается в 8 раз и более вследствие снижения шероховатости поверхности и преимущественного растекания металла по границам блоков. Окончательная шлифовка поверхностей подлежащих пайке должна осуществляться мелкозернистыми абразивными инструментами. Капиллярная пайка изделий должна осуществятся наиболее текучими припоями.

Диффузионная пайка

Пайку, при которой затвердевание расплава происходит при температуре выше температуры солидуса (начало плавления) припоя без охлаждения из жидкого состояния, называют диффузионной пайкой. Процесс пайки начинается непосредственно после завершения процесса растворения паяемых материалов в шве, т. е. более легкоплавкие компоненты припоя диффундируют в спаиваемые поверхности изделий, изменяя тем самым качественный состав припоя, точка плавления которого увеличивается. Однако отвод легкоплавких компонентов из шва может осуществляться разными механизмами: в результате взаимной диффузии в паяемые материалы, испарением в окружающую среду или связыванием их в тугоплавкие химические соединения посредством флюсов. Принципиально возможно сочетание и всех трех механизмов.

Метод диффузионной пайки имеет большую значимость при соединении деталей мостовидных протезов из хромоникелевых и хромокобальтовых сплавов, при их дальнейшим покрытием облицовочными фарфоровыми массами. Увеличение температуры распайки изделий является решающим в выборе диффузионной пайки как способа соединения каркасов мостовидных металлокерамических конструкций.

Для предотвращения пористости, зазоры при диффузионной пайке стремятся выбирать минимальными. Широкие возможности формирования в шве структуры с требуемым комплексом эксплуатационных свойств открываются при сочетании диффузионной пайки с использованием композиционных припоев.

Композиционные припои

Припои, имеющими гетерофазную структуру псевдосплава. Наполнитель композиционного припоя в виде порошка, сетки, волокон образует разветвленный капилляр, удерживающий большую часть жидкого припоя (матрицы), излишками которого осуществляется смачивание поверхностей паяемых материалов.

Некапиллярная пайка

При некапиллярной пайке разделка кромок соединяемых деталей аналогична подготовке, применяемой при сварке. При соединении изделий толщиной более 4 мм рекомендуется V-образная разделка кромок под углом 70-90°.

При этом виде пайки применяются лазерные, плазменные, элеюродуговые и газопламенные (ацетилен, пропан и водород- кислород) паяльные агрегаты и печи. Используемые припои более тугоплавки, жестки и мало текучие.

Припои

Припои, содержащие серебро палладий и золото, обладают повышенной теплопроводностью, высокой пластичностью, прочностью, коррозионной стойкостью и технологичностью. Эти припои нашли широкое применение в зуботехническом производстве при пайке изделий мостовидных паяных протезов. Они хорошо смачивают металл и затекают в самые тонкие зазоры. При работе с этими видами припоев используется капиллярный вид пайки.

Особенно широкое применение получил припой Цитрина и ПСр 37 - сплавы эвтектического состава, обладающие высокой прочностью. Припои применяются для спайки мостовидных протезов из нержавеющей стали.

Палладий, вводимый в качестве компонента для высокотемпературных припоев, значительно повышает их коррозионную стойкость, пластичность, а также способность растекаться и смачивать паяемую поверхность. Припои с палладием применяют для пайки паяных мостовидных протезов изготовляемых из серебряно-палладиевых сплавов. Добавка палладия в серебряные припои приводит к снижению их способности проникать в паяемый материал и разъедать его, что позволяет производить пайку тонкостенных изделий. В качестве припоев применяют как двойные сплавы системы серебро-палладий, обладающие высокой пластичностью, так и многокомпонентные припои, в состав которых входят золото, серебро, медь, никель, марганец и другие металлы.

Припои на основе золота обладают пластичностью и высокой коррозионной стойкостью. Золото в чистом виде как припой применяется редко, но оно образует твердые растворы со многими металлами, чем пользуются при разработке пластичных припоев.

Все виды вышеперечисленных припоев применяются в зуботехническом производстве для пайки мостовидных паяных конструкций и, в некоторых случаях бюгельных протезов.

Никель-хромовые и кобальтовые припои

Никелевые припои широко применяют в качестве припоев для пайки коррозионно-стойких хромокобальтовых и хромоникелевых жаропрочных сплавов. Они позволяют получать паяные соединения, обладающие высокими прочностью и коррозионной стойкостью как при нормальной, так и при повышенной температуре.

Большинство никелевых припоев содержат хром, который повышает их жаростойкость и жаропрочность, но в то же время припои имеют высокую температуру плавления, что ограничивает область их применения в зубопротезном производстве.

Снижение температуры плавления никель хромовых припоев достигают введением в их состав кремния, а также других элементов (Р, В, Мn, С), образующих с никелем эвтектики или легкоплавкие твердые растворы. Температура начала и конца плавления никелевых припоев лежит в пределах 970-1080 °C. Пайку никелевыми припоями производят при температуре равной ~1100 °C.

Припои системы Ni-P (7-11 %) применяют при диффузионной пайке хромокобальтовых и хромоникелевых сплавов. Содержание фосфора в паяном шве в процессе диффузионной пайки резко уменьшается вследствие интенсивной диффузии фосфора в паяемый материал. Высокой коррозионной стойкостью обладают припои с индием (Ni-In). Соединения, выполненные диффузионной пайкой припоями систем Ni-Р и Ni-In, имеют значительно более высокую температуру распая и достаточно высокую жаропрочность, обусловленную диффузией хрома из паяемого материала.

Припои системы Ni-В малопластичны, так как бор малорастворим в никеле и образует с ним хрупкие фазы. Обычно такие припои выпускаются в виде литых прутков. Особенностью никелевых припоев с бором или фосфором является их высокая способность к межзеренному проникновению и растворению никелевых сплавов в процессе пайки.

Никелевые припои применяются как для спаивания и ремонта коронок и каркасов мостовидных протезов, так и для паяных работ при изготовлении бюгелей. Кобальтовые припои относительно мало распространены в зуботехническом производстве за счет более высоких температур плавления.

В таблицах: - 1, 2 и 3 представлены сравнительные составы некоторых никелевых припоев - отечественных (1), американских (II) и германских (III) производителей.

Таблица 1 (% Ni - остальное)

Cr % Si % C % Fe % B % P % t° начала плавления t° полного плавления
13-20 - - - 3-5 - 1010 1070
10 4,5 - 9 3,5 - 994 1004
16,5 4,5 1 4,5 3,5 - 1100 1066
13,5 4,5 8 4,5 3,5 - 1090 1130

Таблица 2 Некоторые припои применяемые в США (% Ni - остальное)

Марка Cr % Si % C % Fe % B % Co % t° начала плав. t° полного плав. t° пайки
NST (AMS4775) 13,5 4,5 0,8 4,5 3,5 - 980 1040 1100
G981 Nocrobraz30 19 10,0 0,1 - - - 1080 1130 1170
Enderwrance 56 16 4,5 - 4,0 3,5 7,0 1080 1130 1150
NW9 (Nicrobraz) 11,5 3,5 0,15 3,5 3,0 - 970 1100 1150

Таблица 3 BEGO -Германия

- - Cr % Si % C % Fe % B % Mn % Mo % t° начала пл. t° полного пл. t° пайки
Wiron - Solder Ni-66% 19 3,5 - 5,0 1,0 - 5,5 1020 1150 1165
Wirobond - Solder Co-60,5% 28,5 4,0 0,5 1,5 1,5 1,5 3,0 1100 1150 1180

На отечественном рынке также встречаются никелевые припои и других фирм изготовителей, среди которых наибольшее распространение в зуботехническом производстве получили припои - Post-Solder Pre-Flux (NEODONTICS, Inc); Thermabond Hi-Fusing (DENTECON, Inc). Эти припои имеют более низкие температуры плавления (~980 °С), в связи с чем, пайка деталей мостовидных протезов успешно может быть осуществлена бензиновыми паяльными аппаратами.

Существуют и ремонтные, еще более низкотемпературные припои, припои позволяющие спаивать (ремонтировать) металлический каркас с уже нанесенной и спеченной керамической массой.

Паяльные флюсы

Паяльный флюс - вспомогательный материал, применяемый для удаления окислов с поверхности паяемого материала и припоя и предотвращения их образования. Для обеспечения высокого качества паяного соединения свойства флюсов должны отвечать следующим требованиям: вступать во взаимодействие с окислами, прежде чем расплавится припой.

Для каждого флюса существует температура его активного действия, которая несколько превышает температуру плавления флюса, но она должна быть обязательно ниже температуры плавления припоя. Флюсы должны смачивать паяемый металл и не вызывать коррозионного влияния на соединяемые детали и припой. В качестве флюсов используются различные одно- и многокомпонентные соединения. Наиболее эффективны при работе с хромокобальтовыми и хромоникелевыми сплавами многокомпонентные флюсы, в состав которых могут входить вещества, выполняющие различные функции

При классификации паяльных флюсов учитываются следующие признаки: температурный интервал пайки; природа растворителя; природа активаторов; механизм действия; агрегатное состояние. По температурному интервалу пайки флюсы делятся на высокотемпературные (выше 450 °С) и низкотемпературные (ниже 450 °С). По природе растворителя флюсы бывают водные и неводные. По природе активаторов высокотемпературные флюсы делятся на галогенидные, фторборатные, боридноуглекислые. Низкотемпературные - на канифольные, кислотные, галогенидные, гидразиновые, фторборатные, анилиновые, стеариновые. В наименованиях флюсов, имеющих несколько активаторов, указываются все активаторы. Например, канифольно-галогенидный, фтороборатно-галогенядный флюс. По механизму действия различают флюсы защитные, химического дёй. ствия, электрохимического действия, реактивные. По агрегатному состоянию флюсы бывают твердые, жидкие и пастообразные.

Для высокотемпературной пайки в зуботехнической лаборатории очень часто используют борную кислоту (Н3ВО3) и буру (Na2B2O7). Эти вещества при пайке выделяют борный ангидрид (B2O3), который, соединяясь с основными окислами металлов, образует легкоплавкий шлак, всплывающий на поверхность шва и предохраняющий его от вторичного окисления. Борная кислота, бура, их смеси, иногда и борный ангидрид используются при пайке преимущественно мостовидных протезов из нержавеющих сталей серебряными припоями.

При пайке сплавов, содержащих никель, хром, кобальт, титан, молибден и другие элементы, флюсующего действия буры, борной кислоты и соединений натрия недостаточно. Поэтому в таких случаях для удаления окислов используются галогениды и другие соединения. Наиболее часто для пайки таких металлов в состав боридных флюсов вводят фтористый калий (KF), фтористый натрий (NaF), фтористый литий (LiF) и фтористый кальций (CaF). Первые три фторида применяют, как правило, при температуре пайки ниже 850°С, фтористый кальций - выше 850°С.

Стоматологические сплавы металлов на основе хрома и кобальта характеризуются высокой коррозионной стойкостью, а также повышенными жаропрочностью и жаростойкостью.

На чистом хроме и кобальте при нагреве образуется только один окисел; при легировании хрома и кобальта никелем, марганцем, титаном и другими металлами образуется комплекс окислов соответствующих металлов.

Для пайки хромокобальтовых и хромоникелевых сплавов никелевыми припоями требуются специальные флюсы, поскольку поверхность сплавов покрыта весьма стойкой окисной пленкой, состоящей из прочных оксидов. Остатки флюсов по окончанию паяльных работ недопустимо убирать с помощью, каких бы то ни было кислот или отбелов. Ошлакованные остатки флюсов убираются с металлических каркасов только механическим путем или, если позволяет конструкция, деталь нагревают до 300 °С и опускают в воду.

Никелевые припои слабо растворяют в себе спаиваемый материал, вследствие чего довольно-таки успешно производится пайка тонкостенных конструкций (коронок). Однако, при пайке и ремонте коронок припоями, легированными бериллием и особенно бором, паяемый металл активно растворяется в припое, поэтому необходимо строго соблюдать режим пайки: процесс следует вести с высокими скоростями и без перегревов. Заметному локальному растворению подвергаются детали спаиваемых конструкций и при пайке их припоями содержащими кремний, особенно при температуре выше 1200 °С, что приводят также к снижению растекания припоя т.е., чем выше температура пайки, относительно рекомендуемой температуры, текучесть припоя заметно снижается.

Все эти рекомендации необходимо учитывать при проведении работ связанных с ремонтом и пайкой мостовидных каркасов и коронок металлокерамических конструкций.

Насколько полезна была эта статья?
4.0
Средняя оценка
1 голосов

Мнения специалистов + ПОДЕЛИТЬСЯ СВОИМ МНЕНИЕМ
ПОДЕЛИТЬСЯ СВОИМ МНЕНИЕМ

Комментарии 0