Исследование возможности замены пескоструйной обработки на плазменно-электролитный процесс при изготовлении металлокерамической коронки

Актуальность. Метод пескоструйной обработки нашел широкое применение при изготовлении металлокерамических коронок. Статистический анализ показывает большое количество сколов, не связанных с конструктивными особенностями, что, в свою очередь, может быть сопряжено со свойствами места контакта «металл—керамика».

Цель исследования — изучить влияние пескоструйной обработки на структуру поверхности, свойства контакта «металл—керамика» и возможность применения плазменно-электролитного формирования микрорельефа для обработки после литья.

Материал и методы. Изучены 2 группы образцов плоских пластинок размером 5,0×4,0×2,0 мм, отлитых из кобальтохромового сплава (Starbond CoS) на форвакуумной литейной установке и обработанных механически карборундовым диском. В 1-й группе производилась пескоструйная обработка с помощью потока частиц оксида алюминия 99,5% Al₂O₃ и SiO₂ не более 0,06% зернистостью 110—150 мкм (Cobra, Renfert) на установке АПО-5У («Аверон», Екатеринбург). Во 2-й группе микрорельеф поверхности сформирован плазменно-электролитным методом на экспериментальной установке. Поверхности образцов исследовались с помощью сканирующего электронного микроскопа EVO 50 Carl Zeiss AG. Элементный состав определялся с помощью электронно-зондового микроанализа. Профилограмму поверхности и параметры шероховатости определяли с помощью профилометра TR-200. Исследования морфологии и структуры поверхности проводились до и после пескоструйной обработки и обработки поверхности парогенератором Omec GP92.3.

Результаты. Структура поверхности образцов 1-й группы после обработки карборундовым диском была ровной и имела величину шероховатости R_a=0,5 мкм. Анализ поверхности после пескоструйной очистки выявил частицы песка размером 100—200 нм, в том числе и большего размера — 2—3 мкм, которые были впечатаны в металл и удалялись лишь после тщательной двухминутной обработки пароструйным генератором. Частицы нанометрового диапазона, соответствующие составу используемого песка Al₂O_3, оставались, и их удаление не представлялось возможным без механического снятия самой металлической основы. Во 2-й группе плазменно-электролитная обработка поверхности проводилась в двух режимах: первый, когда разряд зажигался на аноде, и второй, когда разряд зажигался на катоде. При обработке в анодном режиме наблюдалось образование капелек металла размером 1—3 мкм на поверхности, и необходимых параметров шероховатости не достигалось — наблюдалось постепенное растворение металла. Обработка в катодном режиме дала возможность формировать микрорельеф CoCr сплава и получать различные структуры с образованием пор размером 4—5 мкм, что соответствует всем необходимым параметрам для эффективного сцепления наносимого керамического покрытия. Более детальный анализ пористой структуры показал, что края пор состоят из бугров с характерным размером 200—300 нм, и его формирование происходит при напряжении разряда 195 В.

Вывод. После пескоструйной обработки на поверхности металла остаются частицы песка размером 100—200 нм, которые могут являться причиной образования сколов на границе «металл — керамика». Метод плазменно-электролитной обработки позволяет получить нескольких типов структур на поверхности CoCr сплава: «оплавленная» структура и пористая структура, покрытая шпорами размером 200—300 нм. Данные структуры имеют усредненный параметр шероховатости Ra=1,7 мкм, что совпадает с параметром шероховатости, получаемым после стандартного метода пескоструйной обработки. Поэтому применение метода плазменно-электролитной обработки позволит устранить наличие примесей на поверхности металла, что увеличит адгезию керамики к его поверхности.