JPH0959732A - 低融点高強度チタン合金及び鋳造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決課題】歯科用の鋳造品を鋳造するに際して耐火材
からの酸素の取込みが少なく、加工性が良好で、表面肌
も良好な低融点高強度チタン合金を提供することを目的
とする。 【解決手段】チタン合金の組成を、重量％でＣｒ：１６
〜４０％を含有するとともに、Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｐ
ｄ，Ｓｉ，Ｓｎの１種又は２種以上を、Ｃｕ：１〜（３
６．８−１．０５［Ｃｒ］）％，Ｆｅ：１〜７％，Ｍ
ｎ：１〜９％，Ｐｄ：０．２〜１５％，Ｓｉ：０．６〜
１．５％，Ｓｎ：１〜８％の範囲で含有し、残部が実質
的にＴｉからなる組成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は歯科用鋳造品等と
して好適な低融点高強度チタン合金及び鋳造物に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】歯科用の義歯床，クラウン，ブリッジ等
の金属材料として、従来コバルト−クロム合金が用いら
れている。これに対し近時チタンが、機械的性質に優
れ、軽量であり、生体との馴染みが良く、また耐食性が
良いなどの特長を有していることから歯科用の材料とし
て注目されている。

【０００３】しかしながらチタンは一方で融点が１６７
０℃と高融点であり、義歯床等を鋳造する際の鋳造温度
が高くなる問題がある。しかもチタンは高温度での活性
が高く、従って鋳造時にチタンが鋳造型となる耐火材の
酸素と反応してチタンの酸化物を形成し、硬く、脆く、
また伸びが少なくなって、歯科用材料としての適正が損
なわれてしまうといった固有の問題がある。

【０００４】図１はＴｉＯ₂や各種酸化物の標準生成自
由エネルギー、つまり酸化物の安定度を比較して示した
ものであって、図示のようにチタンは酸化物を生成し易
い。而してチタンは図２に示しているように酸化物形成
によって、即ち酸素を含有することによって且つその酸
素含有量が多くなるにつれて硬度が硬く、強度が強くな
る一方、伸びが低下し、歯科用の義歯床やクラウン，イ
ンレー等の鋳造品の加工性を低下させる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願の発明はこのような
課題を解決するためになされたものである。而して本願
の発明は、チタン合金組成を重量％でＣｒ：１６〜４０
％を含有するとともに、Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｐｄ，Ｓ
ｉ，Ｓｎの１種又は２種以上を、Ｃｕ：１〜（３６．８
−１．０５［Ｃｒ］）％，Ｆｅ：１〜７％，Ｍｎ：１〜
９％，Ｐｄ：０．２〜１５％，Ｓｉ：０．６〜１．５
％，Ｓｎ：１〜８％の範囲で含有し、残部が実質的にＴ
ｉからなる組成とすることを特徴とする。

【０００６】

【作用】以上のように本発明は、ＴｉにＣｒを１６〜４
０重量％の範囲で含有させ、更にＣｕ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｐ
ｄ，Ｓｉ，Ｓｎ等を第三成分として適正量で含有させた
ものである。

【０００７】而してＴｉにＣｒを含有させた場合、その
含有量とともに物理的性質が変化し、とりわけその融点
がＣｒの含有量の増加とともに効果的に低下する。図３
はＣｒ含有による物理的性質の変化を示したもので、こ
の図からＣｒの含有量の増加とともに融点が連続的に低
下すること、とりわけＣｒを１６％以上含有させること
によって融点が１５５０℃以下に低下することが分か
る。

【０００８】尚、Ｃｒを４０％を超えて含有させた場
合、融点はＣｒ含有量の増加ほどには低下せず、逆に含
有量が一定以上多くなると却って融点が上昇傾向に転ず
る。

【０００９】而してチタン合金の融点が低下した場合、
これを耐火材製の鋳造型を用いて鋳造したとき、低い温
度での鋳造が可能となって、その鋳造の際にチタン中に
酸素が取り込まれるのを抑制することができる。

【００１０】図４はチタン合金の融点と酸素含有量との
関係を表わしたもので、図示のように融点が下がるにつ
れて酸素含有量は効果的に減少している。

【００１１】即ち、チタン合金の融点が低下することに
よって、これを歯科用の材料として用いたとき加工性が
良く、また良好な表面肌が得られるようになる（酸素含
有量が多いと表面肌が荒れるようになる）。

【００１２】本発明は、上記のように第三成分としてＣ
ｕ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｐｄ，Ｓｉ，Ｓｎを含有させることを
特徴としている。これら一群の元素はαＴｉ，βＴｉ相
に固溶してマトリックス相を固溶強化する元素であり、
これら元素を第三成分として合金化することにより、チ
タン合金の強度を効果的に高め得ることが確認された。
尚、添加すべき第三成分を選択する場合においてその望
ましい順位はＣｕ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｓｉの順
である。

【００１３】次に本発明における各成分の限定理由を以
下に具体的に説明する。 Ｃｒ：１６〜４０％ Ｃｒ含有量が低いと、延性は良いが融点が高くなってし
まい、低融点チタン合金としてのメリットがなくなって
しまう。そこでＴｉ−Ｃｒ合金の融点が１５５０℃であ
る１６％を下限とした。一方、Ｃｒ含有量を増大してい
くと硬さが増大し、高強度化が図れるが、延性も低減し
てしまう。特に４０％を超えると著しい脆化が認められ
たので、上限を４０％とした。望ましくは２０〜３０％
である。

【００１４】 Ｃｕ：１〜（３６．８−１．０５［Ｃｒ］）％ Ｃｕが１％未満では高強度化は期待できない。Ｃｕ添加
量を増していくと硬さが大きくなり、強度も向上する。
図５に示すように延性のあるＣｕ含有量の範囲はＣｒ含
有量に依存していることが分かった。そこでＣｕの上限
値は３６．８−１．０５［Ｃｒ ｗｔ％］から計算され
る値とした。

【００１５】Ｆｅ：１〜７％ Ｆｅの含有量１％未満では高強度化の効果がほとんどな
くなり、また７％を超えると硬さが著しく大きくなり、
延性がほとんどなくなってしまう。望ましくは２〜５％
である。

【００１６】Ｍｎ：１〜９％ Ｍｎの含有量１％未満では高強度の効果がほとんどなく
なり、また９％を超えると硬さが著しく大きくなり、延
性がなくなってしまう。望ましくは２〜７％である。

【００１７】Ｐｄ：０．２〜１５％ Ｐｄはチタンの耐食性を向上させる合金として知られて
いるが、０．２％未満では高強度化は期待できない。一
方、１５％を超えると合金の延性がなくなるという問題
がある。望ましくは１〜１０％である。

【００１８】Ｓｉ：０．６〜１．５％ Ｓｉは０．６％以上の添加で強度が向上する。但し多量
に添加すると延性が低下するため、１.５％以下とし
た。

【００１９】Ｓｎ：１〜８％ Ｓｎの含有量１％未満では高強度の効果がほとんどなく
なり、また８％を超えると硬さが著しく大きくなり、延
性がなくなってしまう。望ましくは２〜６．５％であ
る。

【００２０】

【実施例】次に本発明の実施例を以下に詳述する。表１
に示す各種組成のチタン合金を純チタン，金属クロム及
びＣｕ，Ｆｅ，Ｍｎ等の材料を適量に配合した約１５０
ｇの原料を用いてアルゴン雰囲気中，水冷銅ルツボ中で
アーク溶解した。尚、組成の均一化を図るためにボタン
インゴットを裏返して溶解する操作を４回繰り返して実
施した。この条件及び手順でインゴットを製造し、これ
より試験片を作成してビッカース硬さ測定及び常温圧縮
試験を行なった。ここでビッカース硬さ測定は、樹脂に
埋め込んだ試験片の一面を鏡面研磨して荷重３００ｇで
微小硬度計を用いて測定した。また常温圧縮試験は４ｍ
ｍφ（直径）×７ｍｍ（高さＨｏ）の試験片を用いて油
圧式万能試験機を用いて歪速度［数１］の条件で行なっ
た。結果が表１に併せて示してある。

【００２１】

【数１】

【００２２】

【表１】

【００２３】この結果から、Ｃｒを本発明の範囲内で含
有させ、また第三成分としてのＣｕ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｐ
ｄ，Ｓｉ，Ｓｎを含有させることによってチタン合金の
融点を効果的に低下させ、また強度を高め得ることが分
かる。

【００２４】以上本発明の実施例を詳述したがこれはあ
くまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において、種々変更を加えた態様で実施可能である。

【００２５】

【発明の効果】上記のように本発明によれば、チタン合
金の融点を低下させて鋳造時における酸化反応を抑制で
き、以て加工性の良好なチタン鋳造品を得ることができ
るとともに、強度においても優れたチタン鋳造品を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＴｉＯ₂を含む各種酸化物の標準生成自由エネ
ルギーを比較して示す図である。

【図２】チタンにおける酸素含有量と物理的性質の関係
を表す図である。

【図３】チタンにクロムを合金化した場合のクロム含有
量と合金融点を含む物理的性質の変化の関係を表す図で
ある。

【図４】チタン合金の融点と酸素含有量との関係を示す
図である。

【図５】チタン−クロム合金に銅を添加した場合の延性
の評価を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％でＣｒ：１６〜４０％を含有する
   とともに、Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｐｄ，Ｓｉ，Ｓｎの１種
   又は２種以上を Ｃｕ：１〜（３６．８−１．０５［Ｃｒ］）％ Ｆｅ：１〜７％ Ｍｎ：１〜９％ Ｐｄ：０．２〜１５％ Ｓｉ：０．６〜１．５％ Ｓｎ：１〜８％ の範囲で含有し、残部が実質的にＴｉからなることを特
   徴とする低融点高強度チタン合金。
2. 【請求項２】 請求項１記載のチタン合金を用いた歯科
   用の義歯床，クラウン，ブリッジ，インレー等の鋳造
   物。