Koboltti-kromin kierrätys - valukertojen vaikutus korroosiokestävyyteen

Koboltti-kromilejeerinki on vakiinnuttanut asemansa rankaproteesimateriaalina. Nikkeli-kromilejeerinkiä käytetään pohjoismaita lukuunottamatta jossakin määrin kruunu- ja siltaproteesien valmistuksessa kultalejeerinkien sijasta. Hammashoidossa käytettyjen lejeerinkien sähkökemiallisiin ominaisuuksiin on kiinnitetty paljon huomiota, koska lejeerinkien korroosiotuotteet saattavat aiheuttaa allergiaa. Lejeerinki altistuu oraalisissa olosuhteissa useille eri korroosiotyypeille, joihin vaikuttavat lejeeringin koostumus ja sen mikroympäristö. Tyypillinen korroosiotyyppi on pistekorroosio, jossa metallia suojaava oksidikerros pettää ja metalli alkaa korrodoitua pistemäiseltä alueelta.

Tutkimus pistekorroosiosta

Tutkimuksessa verrattiin neljän epäjalon lejeeringin (taulukko 1) korroosiokestävyyttä 1 - 4 valukerran jälkeen. Lejeerinki sulatettiin induktiomenetelmällä argonsuojakaasussa ja valettiin sylinterin muotoisiksi koekappaleiksi. Timanttipastalla kiillotettujen koekappaleiden korroosiokestävyys tutkittiin potentiokineettisellä polarisaatiomittauksella, jolla määritettiin lejeeringin ns. yleinen korroosiopotentiaali ja pistekorroosion muodostumisen potentiaali (kuva 1). Korroosiopotentiaalit mitattiin kahdessa eri tyyppisessä keinosyljessä ( 0 % ja 3 % NaCl) +37 ^oC lämpötilassa.

Tutkimus osoitti, että koboltti-kromilejeerinkejä voidaan valaa neljä kertaa ilman huomattavaa muutosta lejeeringin yleisessä tai pistekorroosiopotentiaalissa. Koboltti-kromilejeeringin (Wironit, Cobond ja Biocast) korroosiokestävyys oli parempi kuin nikkeli-kromilejeeringin (Wirolloy). Wirolloy korrodoitui 26 kertaa nopeammin kuin Wironit. Natriumkloridia sisältävässä keinosyljessä nikkeli-kromilejeerinkiin muodostui helposti pistekorroosiota. Sen sijaan koboltti-kromilejeerinki käyttäytyi jalojen lejeerinkien tapaan: pistekorroosiota ei esiintynyt.

Koboltti-kromilejeeringin parempi korroosiokestävyys verrattuna nikkeli-kromilejeerinkiin johtuu koboltti-kromilejeeringin suuremmasta kromipitoisuudesta. Kromipitoisuus vaikuttaa koboltti-kromilejeeringin faasirakenteeseen. Alle 15 prosentin kromipitoisuuksilla lejeerinki muodostuu a- ja/tai e-faaseista. Yli 15 prosentin kromipitoisuus aikaansaa lejeerinkiin s-faasirakenteen, joka on myös hammaslääketieteessä käytetyn lejeeringin faasirakenne.

Oraalisissa olosuhteissa epäjalojen metallien pinnalle muodostuu suojaava oksidikerros. Ennen oksidikerroksen muodostumista lejeerinki kuitenkin korrodoituu ja esimerkiksi koboltti-kromilejeeringissä pintakerroksen kromipitoisuus lisääntyy koboltin korrodoiduttua pinnasta pois. Kromin muodostama suojakerros (Cr-O, Cr-OH) estää koboltin ja kromin siirtymisen myöhemmin suun nesteisiin.

Vaikka koboltti-kromilejeeringin valaminen moneen kertaan ei vaikutakaan staattisessa tilassa olevan lejeeringin korroosiokestävyyteen saattavat useat valukerrat vaikuttaa lejeeringin mekaanisiin ominaisuuksiin. Nyt raportoidussa tutkimuksessa lejeeringit valettiin induktiosulatuksella, jonka tiedetään aiheuttavan vähemmän karbidimuodostusta lejeerinkiin kuin mitä liekkisulatus aiheuttaa. Karbidit (Cr₄C, Cr₃C, Cr₂₃C₆, Cr₇C₃ ja Cr₆C) jähmettyvät sulassa lejeeringissä viimeisenä, jonka takia karbidien pitoisuus on suurin metallin raerajoissa. Karbidit lisäävät lejeeringin kovuutta ja haurautta ja vähentävät muokattavuutta. Useat koboltti-kromilejeeringin valukerrat etenkin liekkisulatuksella vaikuttavat karbidimuodostuksen takia lejeeringin mekaanisiin ominaisuuksiin. Lejeeringin mekaanisten ominaisuuksien muuttuminen saattaa lisäksi vaikuttaa jännityskorroosioon, joka on myös tärkeä proteettisten rakenteiden korrodoitumismekanismi.

Koboltti-kromilejeeringin pii (Si) -pitoisuus on noin 1 - 2 prosenttia. Piin tarkoituksena on estää metallikomponenttien hapettumista sulatuksen aikana ja vaikuttaa lejeeringin muokattavuuteen. On mahdollista, että toistuvat koboltti-kromilejeeringin sulatuskerrat alentavat lejeeringin piipitoisuutta, etenkin mikäli sulatuksen aikana lejeerinki ylikuumenee. Piin määrän pienetkin muutokset vaikuttavat lejeeringin mekaanisiin ominaisuuksiin.

Rankavalunappien käyttämistä uudelleen voi harkita, mikäli sulatuksessa lisätään valumetallin joukkoon myös uutta metallia. Koboltti-kromilejeeringin mekaaniset ominaisuudet poikkeavat tällöin kuitenkin valmistajan ilmoittamista lejeeringin ominaisuuksista, mikä saattaa johtaa esimerkiksi valupinteiden heikkoon väsymiskestävyyteen.

• Brune D, Hultquist G, Leygraf C. Corrosion resistance of a passivated and nonpassivated cobalt-chromium alloy. Scand J Dent Res 1984;92:262-267.
• Khamis E, Seddik M. Corrosion evaluation of recasting nonprecious dental alloys. Int Dent J 1995;45:209-217.
• Kuhn AT. Corrosion of Co-Cr alloys in aqueous environment. Biomaterials 1981;2:68-77.
• Stenberg T. Release of cobalt from cobalt chromium alloy constructions in the oral cavity of man. Scand J Dent Res 1982;90:472-479.