Clase 1, Metalurgia - Apuntes materiales dentales PDF

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clase Dr. rubio, metalurgia. Odontología UV...

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Metalurgia -

En los años 90 el 70% de todas las restauraciones eran metálicas Se usan en diferentes áreas de la odontología: Ortodoncia, Operatoria, Endodoncia, Cirugía, Prótesis fija y removible, etc. Usamos metales preciosos, aleaciones, metales comunes, metales líquidos (Mercurio y Galio), etc. Cada vez se va reduciendo más la aplicación de metales en odontología, pero no ha desaparecido. Aleaciones de titanio no han sido reemplazadas por otros metales en prótesis.

Metales de uso odontológico: o o o o o o o

Alambres Como estructuras obtenidas por colado Como material restaurador plástico Estructuras metálicas para equipamiento Estructuras metálicas para instrumental menor Aleaciones para elementos rotatorios Implantes

La metalurgia es el arte y ciencia que se ocupa de la extracción y aplicación de elementos metálicos. Existen 3 tipos: 1. Química: está en relación con los procesos de obtención de los metales a partir de sustancias encontradas en la naturaleza por ej: proceso electrolítico de obtención del Cu. Esta parte de la metalurgia tiene aplicación indirecta en la odontología, en los troqueles galvano formados y también en el pulido de bases metálicas (sobre ella se ponen los dientes de acrílico o porcelana) 2. Física: estudia la naturaleza, estructura y propiedades de los materiales metálicos y de los métodos para hacer variar estas propiedades. Por ejemplo, la metalografía que estudia la estructura de los metales por medio de la microscopia metalográfica, la difracción de rayos X y ME. Para variar las propiedades se usan los tratamientos térmicos. 3. Mecánica: estudia métodos para dar forma a los materiales mecánicos: - Forjado: obtener forma deseada por deformación - Colado: obtención de un cuerpo metálico por volcado de metal. Permite transformar un patrón de cera en una aleación metálica. - Soldadura: procedimiento para unir partes metálicas, como la soldadura de punto o autógena. Metal: Todo elemento que es solución iónica ioniza positivo. Tienen propiedades como:

- Sonido metálico - Buenos conductores térmicos - Buenos conductores eléctricos Un metaloide no ioniza positivo, pero tiene todas las características de los metales. B, Si, Ge, Sb, Te, Po, At. Los metales nobles son los de mejores propiedades, de mayor valor comercial y de difícil obtención en la naturaleza. Características de los metales: ✓ Se identifican por su estado sólido, aunque no todos lo están en estado sólito a t° ambiental (Hg y Ga) ✓ Tañido metálico: Ruido característico al ser percutido (ej: campana) ✓ Opacidad, brillo y reflectancia característicos (espejo) ✓ Alta resistencia mecánica: Dureza, Resistencia, Maleabilidad (capacidad de formar láminas), Tenacidad, Ductibilildad. ✓ Alta conductividad térmica y eléctrica ✓ Son densos y de alto peso específico ✓ Poseen punto de fusión, que es la temperatura donde el metal va a pasar de un estado líquido a un estado sólido, cuando se trata de aleaciones se habla de “rango de fusión” ✓ C, Si, B tienen estas características, pero no son metales ✓ En estado sólido tienen una estructura cristalina, pueden formar diferentes estructuras geométricas. ✓ Presentan alrededor de los cationes una nube de electrones, que permiten formar enlaces metálicos Metal noble: aquellos que presentan una buena estabilidad electroquímica y por lo tanto buena resistencia a la oxidación, pigmentación y corrosión además de adecuada biocompatibilidad: Au, Pt, Pd, Rd, Rh, Ir, Os. (por lo tanto, no tienen problemas en boca) Metal no noble: aquellos que no presentan buena estabilidad electroquímica (tienen a tener procesos de corrosión): In, Sn, Fe, Zn, Ga, Cr, Co, Ni (el níquel en boca provoca alergia) Estructura: En estado sólido tienen una estructura cristalina, con iones formando un reticulado espacial dando lugar a diversos tipos de celdas unitarias: -

A: estructura cara centrada de Cu de tipo sustitución. B: estructura superred o colocación ordenada.

Propiedades más específicas: ✓ DENSIDAD (g/cm3): Más alta que otros materiales por la estructura compacta del reticulado espacial. ✓ CONDUCCIÓN ELÉCTRICA Y TÉRMICA: Muy buenos conductores por presencia de nube electrónica, lo que además los hace ser opacos. ✓ CALOR ESPECÍFICO: Cantidad de calor para subir un grado la t°. En metales es bajo, evitando calentamiento muy largo en la fusión. Curva enfriamiento de un metal puro a Tº ambiente en un recipiente limpio e inerte Punto de fusión, ebullición, propiedades físicas y químicas. - Tº disminuye de A a B I - Hay incremento de B I a B - Tº constante de B a C (tº congelación) - Durante la fusión la tº permanece constante - A-B I super enfriamiento se inicia cristalización - Calor latente de solidificación: se define como el no de calorías de calor liberadas por un gramo de metal cuando cambia del estado líquido al sólido. Metal fundido a medida que disminuye la temperatura llega a un punto B’ donde es más baja la tº y ahí se forman los primeros cristales del metal (del paso de líquido a sólido hay liberación de energía) calor latente de solidificación. -

En B’ se forman los núcleos de cristalización y los embriones de cristalización. Se forma una meseta en donde se solidifican más los núcleos, de C a D está completamente en sólido. Durante todo el proceso se produce contracción por los coeficientes de variación térmico lineales. Se realiza a tº ambiente y en un recipiente limpio e inerte para que haya una nucleación homogénea (todos los núcleos sean iguales). Energía libre de formación de un núcleo como función de su radio -

Fv: Volumen de energía libre del núcleo o embrión Fs: representa el aumento de energía superficial libre como una función del aumento del radio del núcleo o embrión

R: representa la energía libre resultante en cualquier momento r0: radio del núcleo cuando energía libre resultante comienza a disminuir con el aumento del radio - A mayor super enfriamiento menor será el radio crítico r0 Metal semi liquido hay núcleos que se están formando y otros rompiendo, por lo tanto, están en equilibrio. -

Cuando el metal pasa el radio se vuelve sólido. Enfriamiento rápidamente: radio se acorta por lo tanto los núcleos de cristalización son más pequeños (en uno lento los núcleos son más grandes). Etapas en la formación de granos metálicos en la solidificación de Metales: -

El crecimiento empieza desde el núcleo de cristalización. Cuando dos o más cristales chocan, su crecimiento se detiene. El espacio se rellena con cristales Cada cristal remanente es una unidad de sí mismo Enfriamiento rápido, solidificación ocurre a baja temperatura, habrá tendencia a formar muchos pequeños centros de solidificación Nucleación homogénea (lenta) y heterogénea (sembrado)

1. Embrión 2. Núcleo dendrítico o esférico que empiezan a chocar y forman: 3. Grano metálico (se observa con microscopía), estos granos son mayor cuando se enfría lento. ** aleación de bronce en microestructura es de formación dendrítica. ** latón: aleación de Cu+ Zn Grano metálico en microscopio:  

Si a cualquier metal que se encuentre altamente pulido Si la superficie pulida se graba con un reactivo apropiado, la estructura del grano puede ser visible en un microscopio.

Tamaño del grano:   

Depende del número y localización de los núcleos al momento de la solidificación. Núcleos equidistantes, granos similares en tamaño. El núcleo comienza en forma esférica y aumenta constantemente el diámetro.

 

Cuando las esferas se contactan se aplanan Si el grano se mantiene esférico (equiaxial)

Control del tamaño del grano:        

Menor tamaño, mejores propiedades físicas(aunque se forma uno muy duro y se rompe fácilmente) El no de granos formados se relaciona directamente con el no de núcleos de cristalización presentes al solidificar Esto puede ser controlado por la cantidad de super enfriamiento y la velocidad de enfriamiento Es decir, que a mayor rapidez en el cambio de estado l-s, se formarán granos más pequeños o finos Velocidad de cristalización: si los cristales se forman más rápido que los núcleos, el grano será mayor A la inversa si los núcleos se forman más rápido se obtiene un grano pequeño El enfriamiento lento produce granos mayores La forma del grano puede ser influida por la forma del molde en el cual solidifica

Determinación de un diagrama de fase por análisis térmico En aleación no hay punto de fusión, hay intervalo de fusión: nivel superior e inferior en que el metal está en estado líquido sin solidificar completamente (a diferencia de lo que ocurre con un metal puro que tiene un punto de fusión. El diámetro atómico de metales en odontología: dos metales – del 15% forman solución sólida (no se distinguen componentes) Metales puros en odontología: 1. Hg 2. Au: técnica de odificación, es un meta muy moldeable, laminas que se fundían en frio (tienen alta reactividad) 3. Ti: implantes 4. Soldaduras: tienen que tener un punto de fusión menor que los metales que va a unir, aunque ahora para unión se ocupa laser.

Aleaciones en odontología Definición de metal: -

Sustancia opaca y brillante que es buena conductora del calor y la electricidad, y cuando está pulida, refleja muy bien la luz.

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El Mercurio, el Galio, el Oro, la Plata y el Titanio son metales que se utilizan puros en la odontología. Una aleación es una sustancia con propiedades metálicas, que consta de dos o más elementos químicos, siendo, al menos uno de ellos un metal.  Amalgamas Dentales  Aleaciones de metales Nobles  Aleaciones de metales base  Acero Además de los enlaces iónicos y covalentes, los átomos pueden mantenerse unidos mediante una interacción primaria denominada: ENLACE METÁLICO. La capacidad de conducir la electricidad y el calor se asocia a la movilidad de los electrones libres que se encuentran en estos materiales. El enlace metálico también es el responsable del brillo o propiedad de reflexión de los metales pulidos y su capacidad de soportar una considerable deformación permanente al someterse a fuerzas mecánicas de notable intensidad (ductibilidad, maleabilidad).

Aleación:  Combinación de dos o mas elementos químicos, donde al menos uno es un metal: (binarias, terciarias, etc.)  El metal mas importante da el nombre a la aleación.  Sus propiedades son diferentes a los metales que las componen.  Se busca mejorar sus propiedades mecánicas.  Para combinar los metales puros debemos fundirlos primero (Cu- Pb) y después mezclarlo  Si son solubles pueden presentarse en tres tipos Tipos de aleación: Solución solida  solución sólida sustitucional y solución solida intersticial. - Los metales son completamente solubles en estado líquido. - Al solidificar permanecen mezclados. - Constituyen un sistema de una fase, es decir, no pueden ser separados mecánicamente. - Los metales deben ser semejantes en tamaño atómico y en reticulado espacial.

Condiciones para la solubilidad de sólidos:  Tamaño del átomo: si el tamaño de dos átomos difiere en menos de un 15%, se considera favorable para la solubilidad de los sólidos. Si es mayor se producen múltiples fases durante la solidificación.

 Valencia: Mismo tamaño y valencia más probabilidades de formar soluciones de sólidos. La solubilidad de sólidos máxima disminuye a medida que la valencia del soluto aumenta.  Afinidad química: a lo menos tienden a formar un compuesto intermetálico en vez de solución de sólidos.  Estructura cristalina Tipos de celdas unitarias: -

A: estructura cara centrada de Cu-Au de tipo sustitución B: estructura superred o colocación ordenada

Características solución sólida:  Mayor límite proporcional y mayor resistencia de los metales que la constituyen.  Son dúctiles y maleables.  Pueden bruñirse y trabajarse con facilidad.  Presentan intervalo de fusión.  La temperatura del intervalo es menor que la t° del metal de más alto punto de fusión y a veces de los dos, ej: Au-Cu. Compuesto intermetálico  - También son solubles en estado líquido. - Al solidificar forman compuestos químicos por enlace covalente, estos refuerzan el estado metálico. - Los átomos se ubican en forma uniforme en la estructura, esto define sus propiedades. - Son duros difíciles de trabajar, bruñir, poco maleables y poco dúctiles. - Tienen poca deformación permanente - Sus propiedades en general difieren de aquellas de los metales que las constituyen. - Tiene intervalo de fusión. - Un ejemplo la aleación Ag-Sn. Solución Eutéctica  - También son solubles en estado líquido. - Al cristalizar lo hacen en forma separada, formando capas de un metal sobre la otra, por ej: Al-Bi-Cd y Au (81,5%)-Cu. - Otro ejemplo importante es el eutéctico Ag-Cu. - Son más duras que los metales que la componen. - Tienen punto de fusión, se produce a la t° de fusión más baja que se pude lograr en el sistema Diagrama de fase de equilibrio para el sistema Ag-Pd: no es lo mismo cuando hay más de un material que otro. Va variando el rango de fisión de acuerdo con porcentaje de composición de cada uno de los metales en la aleación.

Modificación de las propiedades mecánicas  Tratamientos térmicos  Cada grano cristalino del metal tiene tendencia a formar un reticulado espacial.  Se producen dislocaciones: que es la falta de átomos de una hilera.  Las dislocaciones se pueden propagar a través del reticulado espacial, si se induce una tensión en la aleación.  Las dislocaciones se acumulan en el espacio intergranular. Las dislocaciones son defectos en estructura policristalina.  Si la carga continua se produce deformación del grano cristalino, esto da las características de maleabilidad y ductilidad.  Esta deformación puede ser permanente, por lo tanto, la falla de una aleación permite su ductibilidad.  Si necesitamos un metal más duro Aleaciones para colados: Requisitos: Biocompatibilidad Resistencia al deslustrado Colabilidad: capacidad de ser volcado y solidificarse. Depende de varios factores: como la t° de fusión, intervalo de fusión, reactividad en estado líquido. - Propiedades mecánicas: o Resistencia traccional o Límite proporcional o Módulo elástico o Porcentaje de elongación o Dureza - Resistencia química: o Corrosión: proceso químico o electrónico en el cual el metal es atacado por elementos naturales como el aire y el agua, resultando en parcial o completa disolución del Metal. o Resistente a pigmentación: coloración de la superficie del metal por sustancias depositadas sobre ella. - Estética - Acabado del metal colado - Unión a la porcelana - Consideraciones económicas - Costos de laboratorio Clasificación de las aleaciones según su uso:  Aleaciones para incrustaciones: Au, Ag-Pd-Sn, Cu-Al Cu-Zn, Sn-Sb.  Aleaciones para prótesis fija: Au, Ag-Pd-Sn, Cu-Al y Ni-Cr.  Aleaciones para prótesis removible: Au, Co-Cr, Ni-Cr.  Aleaciones para alambres de ortodoncia: Fe-C (aceros)  Aleaciones para soldar: Au, Ag-Pd. -

Para cofia-remo: Niquel-cromo Para fija: plata-paladio Aleaciones preciosas de oro Tipo I

Dureza Vickers 80

II

101

III

121

IV

149

Características Indicaciones Orificación Débiles, blandas y altamente dúctiles Mediana dureza Incrustaciones u onlays Duras Inlays, onlays y coronas Extraduras Prótesis fija plural y PR

Tipo I:       

Denominadas blandas Se indican en clases II y IV de Black (sector anterior) BHN 40-80 Au, Cu, Zn Rango de fusión:950ºC-1050ºC Dúctiles y bruñibles No admiten tratamiento térmico

Tipo II:       

Medianas Indicación en incrustaciones y prótesis fija singular BHN 70-100 Composición: Au (77%), Ag (14%), Cu (7%), Pt, Pd (1%)y Zn (1%) Rango de fusión:927ºC a971ºC Permiten bruñido Admiten tratamiento térmico

Tipo III:       

Indicadas en prótesis fija plural BHN: 90-140 Composición: Au (75%), Cu (9%), Ag (11%), Pd (4%), Pt, Zn (1%) Rango de fusión: 865ºC – 980ºC Poco dúctiles Duras y resistentes Admiten tratamiento térmico

Tipo IV:     

Indicadas para base de prótesis removible BHN: 130-235 (tratamiento térmico) Composición: AU, Cu, Pd, Pt, Zn Son muy duras y resistentes Admiten tratamiento térmico

Aleación para oro:      

Oro entre 66% y 88% Cobre entre 4% y 15% Plata entre 9% y 12% Paladio entre 0% y 3% Zinc entre 0% y 2% Platino entre 0% y 1%

Oro: noble - Principal componente de la aleación. - Da color característico, dorado. - Aumenta la resistencia a la corrosión y pigmentación. - Aumenta la ductibilidad y maleabilidad. - Aumenta el peso específico (19,32 g/cm3). - Participa en el tratamiento térmico. - T° de fusión: 1063 °C Cobre: no noble - Confiere color rojizo a la aleación 15% de Cu y 15% de Ag. - Disminuye resistencia a la pigmentación y corrosión porque no es noble. - Aumenta la dureza y resistencia Cu, Pt y Pd. - Participa en el tratamiento térmico. - Disminuye el punto de fusión. Plata: noble -

Blanquea la aleación. Aumenta ligeramente la dureza. Punto de fusión 960,5 °C Mejora su ductibilidad.

Platino: noble -

Blanquea la aleación. Aumenta el punto de fusión 1755 °C Aumenta dureza y resistencia Participa en tratamiento térmico.

- Aumenta la resistencia a pigmentación y corrosión. Paladio: noble - Reemplaza al Pt por costo en un principio, luego se encarece. - Blanquea la aleación. - Aumenta el punto de fusión (1555 °C) - Disminuye el peso específico (12) - Aumenta la dureza y resistencia - Participa en el tratamiento térmico. Zinc: no noble -

Agente limpiador de óxidos, también la Ag. Aumenta la fluidez de la aleación en estado líquido, necesario para el colado. Baja el punto de fusión (419 ºC)

Metal Au Pd Cu

Aumenta Ductibilidad y maleabilidad Dureza y punto de fusión/blanqueador Dureza y resistencia

Ag

Estética

Pt

Rango de fusión, resistencia a t° y mejora estética

Zn

Disminuye Corrosión Propiedades electroquímicas (corrosión y pigmentación) Propiedades electroquímicas (corrosión y pigmentación)

Oxidación Tratamiento térmico - Se aplica para casi todas las aleaciones - Al enfriarse entre los 450 °C y los 250 °C se mantiene en un horno por media hora y luego se deja enfriar. TRATEMIENTO ENDURECEDOR - La aleación de Au se mantiene a 700 °C por 10 minutos y luego al agua. TRATAMIENTO ABLANDADOR Aleación de Ag-Pd          

Se indican por razones económicas Compuestas por Ag, Pd, Cu y Zn. Se usan en Prótesis Fija y Operatoria Dental. Es una aleación tipo III de la ADA, a pesar de no ser una aleación de oro. Color platinado Densidad de 10,5 g/cc Rango de fusión de 980 °C a 1060 °C Son susceptibles al tratamiento térmico. BHN 110 (blanda) 160 (dura), formatos de dureza No reproducen detalles muy finos

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Permiten bruñido Poco maleables, no permiten la elongación del material. Es la aleación de elección después del Oro.

Aleación de Ag-Sn  

Composición plata, estaño, Zn-Au Solo se utilizan en operatorio dental y odontopediatría

Aleación de Cu-Al           

También se clasifica como tipo III Se usa para hacer incrustaciones, muñones colados Se idearon en Japón y Brasil con el fin de economizar. Aluminio representa un 6% al 10%, después se bajó ya que la aleación se tornaba muy blanda. Composición: Cu, Al, Zn, Ni y presenta más del 80% de Cu. Son poco dúctiles y maleables. Los gitios deben ser desechados debido a que porcentaje de aluminio es crítico. Cuesta reproducir biseles. Se indican exclusivamente por razones económicas. Resiste a la corrosión y es compatible con el medio bucal. Presenta grado de pigmentación y corrosión

Aleación Cu-Zn      

También conocida como el oro japonés o metal ORDEN. Se compone de Cu en 60 a 70 %, Zn 20 a 40 %, Ag y Ni en pequeño porcentaje. Presenta alta corrosión ya que no hay componentes metálicos...