Development of Cu-Al-Ni alloy for dental post and core application

Abstract

Generally, the technique used for replacement of the tooth is "posts and cores". Noble and semi-precious dental alloys have numerous excellent properties, but they are expensive and unaffordable for lots of patients. The copper-aluminum-nickel alloy is a reasonably priced alternative, and theoretically is perceived as corrosion resistant. Therefore, this situation could potentially be a prototype to develop a base-metal alloy for dental post and core application, and generate dentistry that is more affordable to patients. Sixteen groups of experiment alloys, with varying proportions 0, 3, 6, 9 wt % Al and 0, 2, 4, 6 wt % Ni, were prepared and their properties were evaluated. As generated by the biocompatibility characteristic, the 6 wt % Ni series was inappropriate for use for this purpose, due to its high toxicity. Also, the 12 wt % Al series was not suitable due to its high brittleness and low castability. Additionally, the 0 wt % Ni series revealed extremely low strength and elongation, and the 6 wt % Al series exhibited only a small amount of modulus to withstand mastication in the mouth. As a result, the 9 wt % Al with the combination of 2 wt % Ni and 4 wt % Ni series not only produced appropriate modulus of elasticity (63.9±5.1 to 139.1±14.2 GPa), predictable on the point of dental gold alloy, and presented higher corrosion resistance than the others, but also had a value of 0.2 % proof strength (180.4±5.8 to 198.2±3.4 MPa), which complied with the ISO standard of at least 180 MPa. In conclusion, the 9 wt % Al in the combination of 2 wt % Ni and 4 wt % Ni series has the potential to present for dental post and core application, and is capable of being used for further development as good quality post-and-core material.

โดยทั่วไปแล้วโลหะที่ใช้ในการบูรณะฟันสำหรับงาน post and core ทางทันตกรรมเป็นโลหะเจือชนิด noble และ semi-precious ซึ่งมีคุณสมบัติที่ดีมาก แต่โลหะเหล่านั้นมีราคาแพง ผู้ป่วยจึงมีโอกาศเข้าถึงการรักษาได้น้อย โลหะเจือทองแดง อลูมิเนียม นิกเกิล มีราคาที่ถูกกว่า และมีคุณสมบัติ ต้านทานการกร่อนได้เป็นอย่างดี ดัวยเหตุนี้จึงเหมาะสมในการนำมาเป็นต้นแบบในการพัฒนาเป็นโลหะเจือชนิด basemetal เพื่อใช้ในงานชนิดนี้ซึ่งจะทำให้ผู้ป่วยได้มีโอกาศเข้าถึงการรักษามากขึ้น โลหะเจือทองแดง อลูมิเนียม นิกเกิล จำนวน 16 กลุ่ม ถูกหลอมตามกระบวนการทางโลหะวิทยา โดยมีสัดส่วนโดยน้ำหนักของอลูมิเนียม 0, 3, 6, 9 % นิกเกิล 0, 2, 4, 6 % และทองแดงเป็นสัดส่วนสมดุล แล้วทำการทดสอบและประเมินคุณสมบัติของโลหะเจือทองแดงนี้ ตามที่ระบุใน ISO International Standard ที่เกี่ยวข้อง ผลจากการทดสอบแล้วทำการประเมินพบว่าในกลุ่มที่มีสัดส่วนนิกเกิล 6 % มีความเป็นพิษสูงที่สุด กลุ่มที่มีสัดส่วนอลูมิเนียม 12 % มี brittleness สูงมาก ในขณะที่มี castability ต่ำ เช่นเดียวกับกลุ่มของอลูมิเนียม 6 % ทำให้ modulus ต่ำมากไม่สามารถต้านทานกับแรงภายในช่องปากได้ ส่วนกลุ่มที่ไม่มีสัดส่วน ของนิกเกิลอยู่เลยพบว่า tensile strength และ elongation ต่ำเกินไป ไม่เหมาะสมที่จะใช้สำหรับวัตถุประสงค์นี้ กลุ่มที่มีสัดส่วนอลูมิเนียม 9 % โดยมีนิกเกิล 2 % และ 4 % เป็นองค์ประกอบ มีค่า modulus อยู่ ระหว่าง 63.9±5.1 กับ 139.1±14.2 GPa เทียบเท่ากับสมบัติของโลหะเจือทอง และมีความต้านทานการกัด กร่อน สูงกว่ากลุ่มอื่น ๆ อีกทั้งค่า 0.2 % proof strength มีค่าอยู่ระหว่าง 180.4±5.8 กับ 198.2±3.4 MPa สอดคล้องกับค่ามาตรฐานของ ISO ซึ่งกำหนดให้ต้องมีค่าอย่างน้อย 180 MPa ดังนั้นโดยสรุป กลุ่มโลหะเจือทองแดง อลูมิเนียม 9 % ที่มี นิกเกิล สัดส่วน 2 % และ 4 % เป็น องค์ประกอบมีสมบัติเหมาะสมในการนำไปใช้บูรณะฟัน สำหรับงาน post and core ทางทันตกรรม และมี ศักยภาพในการที่จะนำไปพัฒนาเป็นวัสดุทันตกรรมที่คุณภาพต่อไป