les alliages précieux et semi les alliages précieux et semi

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Les alliages précieux et semi-précieux
LES ALLIAGES PRÉCIEUX ET SEMISEMI-PRÉCIEUX
Introduction........................................................................................................ 3
I.
Caractéristiques structurales des alliages précieux .................................. 4
1.
Rappel ................................................................................................ 4
2.
Les alliages précieux .......................................................................... 4
2.1. Définition ..................................................................................... 4
2.2. Rôles des métaux constitutifs ........................................................ 4
2.2.1. Constituants principaux .......................................................... 5
2.2.2. Constituants mineurs............................................................... 6
3.
Les alliages semi-précieux .................................................................. 6
II.
Classification ...................................................................................... 7
III.
Les traitements thermiques ................................................................. 8
1.
Les traitements thermiques d’homogénéisation .................................. 8
2.
Le traitement de durcissement ............................................................ 8
IV. Propriétés des alliages précieux .............................................................. 9
1.
Propriétés dépendant de la structure volumique globale...................... 9
1.1. Propriétés physiques ..................................................................... 9
1.1.1. La densité ............................................................................... 9
1.1.2. La conductivité thermique ...................................................... 9
1.1.3. Intervalle de fusion ................................................................. 9
1.1.4. La coulabilité ........................................................................ 10
1.1.5. La contraction de refroidissement ......................................... 10
Pr. Ag. Dorra Kammoun | [email protected]
1
1.1.6. Incidence des propriétés physiques sur la mise en œuvre ...... 10
1.2. Propriétés mécaniques ................................................................ 11
1.2.1. Dureté et plasticité ................................................................ 11
1.2.2. Rigidité et élasticité .............................................................. 11
1.2.3. Ductilité et malléabilité ......................................................... 11
2.
Les propriétés de surface .................................................................. 12
2.1. Aptitude à la céramisation........................................................... 12
2.2. Aptitude au brasage .................................................................... 13
Conclusion ................................................................................................... 14
Références .................................................................................................... 15
2
Introduction
L’utilisation des alliages précieux en odontologie est très ancienne. L’or se
trouve métallique à l’état natif et l’homme a su très tôt maîtriser sa métallurgie.
Ceci a suscité son utilisation en odontologie. D’ailleurs, les civilisations
égyptiennes et précolombiennes ont légués des prothèses en or.
Plusieurs facteurs ont créé les conditions de son succès dans des applications
bucco-dentaires:
- Sa malléabilité qui facilite son travail;
- Son inoxydabilité;
- Son adaptabilité aux contraintes de mastication;
- Sa couleur.
L’évolution des techniques métallurgiques, prothétiques et sociales à la fin du
20ème siècle ont profondément modifié le recours à l’or:
- L’élaboration d’alliages précieux permet de mieux contrôler les propriétés
mécaniques des pièces prothétiques;
-
L’apparition des techniques céramo-métalliques a orienté la demande
vers des alliages spécifiques permettant l’émaillage;
- La proposition d’alliages non précieux pour des raisons économiques.
Actuellement, les alliages précieux se trouvent concurrencés par les matériaux
non métalliques organiques ou céramiques mais restent d’une incontournable
actualité en odontologie prothétique.
3
Caractéristiques structurales des alliages précieux
1. Rappel
- Un alliage est le produit solide, de caractère métallique qu’on obtient en
fondant ensemble deux ou plusieurs métaux, puis en laissant refroidir
jusqu’à la température ambiante le liquide qui résulte de la fusion.
- Un ʺsystème d’alliageʺ regroupe pour un alliage toutes les proportions
possibles. Exemple: système ʺOr-Agʺ (tous les alliages possibles formés
de proportions différentes d’Or et d’Ag)
- La composition de l’alliage est sa première caractéristique;
- Les alliages peuvent être classés en fonction du nombre de métaux
composants (alliage binaire, ternaire, quaternaire,……) ou en fonction du
type de miscibilité de ses constituants (alliages à miscibilité partielle,
totale, alliage eutectique).
2. Les alliages précieux
2.1. Définition
Un alliage précieux est un alliage dont les composants sont principalement des
métaux précieux: l’Or et les métaux de la lignée de Platine (Pt); le Palladium
(pd), l’Iridium (Ir), le Rhodium (Rh), le Ruthénium (Ru) et l’Osmium (Os).
Les autres composants sont choisis en fonction de leurs rôles spécifiques pour
orienter l’alliage vers la coulée classique ou la technique céramo-métallique.
La plupart d’alliages d’Or utilisés en dentisterie sont de type solution solide, de
structure homogène qui ressemble à celle d’un métal pur.
2.2. Rôles des métaux constitutifs
Certains éléments, à des concentrations inférieures au millième, ont des effets
sur les propriétés ou la structure de l'alliage final. Il est donc important de
4
connaître l'ensemble des composants. Aux éléments de base sont ajoutés en
proportions variables l'argent, le cuivre, et selon les alliages, des microadditions
de ruthénium, indium, fer, manganèse, zinc, tantale, étain, gallium, niobium...
Avec six constituants métalliques ou plus, certains alliages sont donc complexes.
2.2.1.
Constituants principaux
Tableau I: Rôles des métaux constitutifs
Métal
Rôles
Or
-
Confère à l’alliage sa couleur jaune;
Augmente la densité et la ductilité de l’alliage;
Augmente la résistance à la corrosion;
Il se combine avec le cuivre, lors du traitement
thermique pour durcir l'alliage.
-
Blanchit l’alliage au-delà de 12%;
durcit l’alliage en rigidifiant sa maille;
Augmente la résistance à la corrosion;
Augmente la densité;
Augmente le point de fusion
-
Blanchit fortement l’alliage (5 à 6%);
Ductile à l’état pur mais durcit les alliages précieux;
Inaltérable chimiquement;
Augmente de façon importante le point de fusion
- Jaune
- T°f= 1064,18°C
Platine
- Blanc-gris
- T°f= 1768,2 °C
Palladium
- Blanc argenté
métallique
- T°f= 1552 °C
Argent
- Blanc argenté
métallique
- T°f= 961,9 °C
Cuivre
- Orange cuivré,
métallique;
- T°f= 1083,5 °C
- tend à blanchir l'alliage (métal blanc);
- diminue la densité de l'alliage, qu'il durcit en
association avec le cuivre;
- Il se corrode en présence de soufre.
- Confère à l’alliage sa couleur rougeâtre qui peut être
responsable de discoloration en TCM;
- Permet à l’alliage une bonne conductibilité thermique;
- Diminue la résistance à la corrosion;
- Durcit à l’alliage si son pourcentage > 4%.
Tous ces métaux sont de structure cubique à faces centrées, et présentent donc
des propriétés directement liées à leur structure (dureté, résistance, plasticité,…).
5
2.2.2.
Constituants mineurs
D’autres métaux peuvent s’ajouter à la composition des alliages précieux mais
en faible pourcentage. On parle d’additions mineures qui peuvent modifier
certaines propriétés mécaniques ou physiques (dureté, Température de fusion
(T°f), maîtriser les phénomènes d’oxydation,…).
o Le rhuténium (Rh): Il diminue l'hétérogénéité de l'alliage. C'est un
affineur de grains. Il durcit l'alliage en présence de platine.
o L'iridium (Ir): Des micro-additions de l'ordre de 0,005 % provoquent une
germination homogène des alliages. C'est un affineur de grains. Il durcit
l'alliage en présence de platine.
o Le gallium (Ga), l'indium (In) et l'étain (Sn): Ces métaux très réactifs
chimiquement abaissent le point de fusion.
o Le zinc (Zn): Très réactif chimiquement, il blanchit l'alliage et joue un
rôle de désoxydant. Il abaisse la température de fusion et diminue la
densité de l'alliage. En présence de platine, le zinc durcit l'alliage.
3. Les alliages semi-précieux
Ils partagent les mêmes composants que les alliages précieux, mais leurs teneurs
en Or est nettement inférieure. On distingue:
- Le sous-groupe d’alliages faisant appel à environ 50% d’Or en poids et
constitué essentiellement par les alliages Or-Pd.
- Le sous-groupe d’alliages à faibles teneurs en Or. Ce sont plutôt des
alliages à forte teneur de Pd et/ou Ag. On parle de bases Pd-Ag.
6
Classification
On distingue 2 classifications des alliages précieux et semi-précieux:
- Classification selon la dureté et le domaine d’application: classification
donnée par l’ADA et qui répond aux normes AFNOR. (tableau II).
- Classification selon la teneur en métaux précieux et l’aptitude à la
céramisation et qui répond aux normes ISO. (tableau III)
Tableau II: Classification des alliages d’Or pour coulée (normes AFNOR)
BHN* (adouci)
Groupe de métaux Or et
Platine (minimum %)
Type
I (doux)
83
II (Moyen)
78
III (Dur)
78
IV (très dur)
75
Min
Max
40
75
70
100
90
140
130
…
*BHN: Brinel Hardness Number
Tableau III: Classification des alliages d’Or selon le pourcentage
en poids des principaux composants (normes ISO)
Alliages dentaires précieux à couler (type IV)
Alliages dentaires précieux pour
TCM
Classe
d’alliage
Base
Au
Base Au
Base
Au-Ag
Base Ag
Base
Au
Base
Au-Pd
Base
Pd
Au
≥75
60 à 70
30 à 50
30
≥75
46 à 60
5
Pt, Pd
4à6
10 à 20
25 à 40
75 à
80
Ag
8 à 10
15 à 25
40 à 60
50 à 60
5 à 20
4
Cu
10
Exempt
ou 11
Exempt
ou 11
11
In, Ga
6
4 à 10
10
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- Pour les alliages Or-Pd ou Or-Pd-Ag (or blanc), le Pd améliore la qualité
de jonction céramo-métallique. L’ajout de l’In ou le Ga en faible
proportion permet d’améliorer les propriétés mécaniques et renforcer la
liaison céramo-métallique;
- Pour les alliages Pd-Ag:
o Ajouter le Cu ou Sn pour favoriser l’oxydation de surface car le Pd
diminue les propriétés d’oxydation.
o A faible quantité d’Ag: il faut effectuer un refroidissement rapide pour
diminuer la contraction de refroidissement, et utiliser des céramiques
destinées aux alliages précieux;
o A forte teneur en Ag: effectuer un refroidissement lent et utiliser des
céramiques non sensibles aux oxydes d’Ag pour éviter les colorations
vertes des céramiques.
Les traitements thermiques
Les traitements thermiques permettent à l’alliage de retrouver une structure
homogène et de valoriser sa dureté.
1. Les traitements thermiques d’homogénéisation
Ces traitements consistent à chauffer l’alliage à une température ≈ 700°C (75°C
au-dessous de la ligne solidus), ensuite le refroidir dans l’eau (trempe). Le fait
d’augmenter la température à 700°C pendant 10 min dans le four permet aux
phases intermédiaires de se transformer en solutions solides désordonnées. Le
refroidissement rapide empêche la réorganisation. Ce traitement permet
d’améliorer la ductilité de l’alliage.
2. Le traitement de durcissement
Il consiste à maintenir l’alliage à une température donnée pendant un temps
donné avant de le tremper dans l’eau. La température de modification dépend de
la composition de l’alliage mais habituellement elle varie entre 350 et 450°C. Le
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temps nécessaire au durcissement est de 15 min environ. En tout état de cause,
ce traitement doit être précédé par un traitement d’homogénéisation. Il permet
d’augmenter la dureté, la résistance et la limite élastique. Ce type de traitement
est recommandé pour les PPA métalliques (constructions importantes). Pour les
petites constructions, telles que les inlays, un traitement d’homogénéisation
permettant une élasticité suffisante est utilisé.
Propriétés des alliages précieux
1. Propriétés dépendant de la structure volumique globale
1.1. Propriétés physiques
1.1.1.La densité
C’est la masse d’alliage pour 1 cm3 de matériau. Elle caractérise directement le
poids des prothèses réalisées. Elle varie en fonction de la teneur de l’alliage en
Or. Elle est de 15 à 18 g/ cm3 pour les alliages Or-Pt et de 10 à 12 g/ cm3 pour
les alliages semi-précieux. Une forte densité constitue une qualité lors de la
coulée par centrifugation permettant de reproduire avec précision les fins détails.
Cependant, une forte densité est un inconvénient en termes de confort des
patients (prothèse lourde) et sur le plan économique vu que le prix des alliages
précieux est considéré en unité de poids.
1.1.2.La conductivité thermique
Elle est plus importante pour les prothèses riches en Or. Ceci constitue un
inconvénient pour les prothèses adjointes et un préjudice pour les couronnes sur
dents vivantes.
1.1.3.Intervalle de fusion
L’intervalle de fusion des alliages précieux est situé entre 850 et 950°C;
température proche de la température de cuisson de la céramique. Ceci impose,
en TCM, de
choisir l’alliage semi-précieux riche en Pd pour élever la
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température de fusion à 1200°C. L’adjonction d’Indium (In) permet d’abaisser
cet intervalle de fusion afin d’affiner les grains et améliorer ainsi les propriétés
mécaniques ce qui s’accompagne inévitablement d’une diminution de
la
coulabilité.
1.1.4.La coulabilité
La coulabilité est l’aptitude de l’alliage liquide à s’écouler et reproduire
parfaitement les contours du moule. Certains facteurs spécifiques à l’alliage
affectent sa coulabilité, tels que la viscosité, la densité, la tension superficielle,
la conductivité thermique et les conditions thermo-dynamiques de solidification.
Les alliages d’Or ont une très bonne coulabilité. Les alliages semi-précieux
perdent en coulabilité quand le pourcentage de Pd dépasse 9%.
1.1.5.La contraction de refroidissement
Elle découle d’une contraction du métal qui passe d’un état désordonné liquide
à un état ordonné compact fixé par la cristallisation de l’alliage. Elle varie avec
la composition de l’alliage et son point de fusion. Les alliages précieux
présentent un retrait de 1,3 à 1,7%, ce qui est nuisible quant à la fidélité de
reproduction de la maquette en cire. L’addition importante de Pt, diminue le
coefficient de dilatation thermique (CDT). L’addition d’In et d’Sn augmente
coefficient. Cette contraction peut être limitée par le choix de revêtement.
1.1.6.Incidence des propriétés physiques sur la mise en œuvre
La précision de coulée est fonction de la coulabilité et du retrait de
refroidissement. Une bonne coulabilité permet:
- une reproduction très précise du relief morphologique des préparations. Il
faut éviter les angles vifs pour garantir une mise en place complète de
l’élément prothétique et garantir l’étanchéité;
- des bords cervicaux fins parfaitement ajustés garant d’une bonne santé
parodontale.
10
Pour pallier au retrait de refroidissement, limiter les défauts de coulée et
permettre le sablage et un polissage des bords sans déformation, un léger
surdimensionnement des bords sur la maquette en cire est souhaitable.
1.2. Propriétés mécaniques
1.2.1.Dureté et plasticité
Ce sont deux caractéristiques inverses: plus un alliage est dur, moins il est
plastique. La dureté des alliages d’Or varie de 40 à 230 HV (Type I Type
IV). Cette faible dureté constitue un élément négatif des alliages précieux.
L’addition de Pt ou de Pd, les traitements thermiques durcissant et le polissage
améliorent la dureté des alliages précieux. Pour les alliages semi-précieux, la
dureté est majorée pour les bases Pd.
1.2.2.Rigidité et élasticité
Un corps est rigide, si quelques soient les contraintes extérieurs, il conserve sa
forme. Une grande rigidité permet d’alléger les infrastructures en prothèse
amovible et d’affiner les chapes en TCM.
Le module de Young des alliages précieux varie de 75 à 80 pour les alliages
d’Or type III et de 95 à 100 pour les alliages d’Or type IV. Ceci autorise, en
prothèse fixé, la réalisation de chapes de 0,4 mm d’épaisseur renforcées par des
colliers vestibulaires et des embrasures réduites avec les préjudices esthétique et
parodontale qui en découlent. Pour les alliages semi-précieux, la réalisation de
chapes de 0,2 à 0,3 mm est permise car le Pd permet de doubler la rigidité.
1.2.3.Ductilité et malléabilité
La ductilité est l’aptitude d’un matériau à supporter une déformation plastique
sans présenter une rupture.
La malléabilité est l’aptitude d’un matériau à supporter une déformation
permanente sous compression.
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L’Or est le métal le plus ductile et le plus malléable, ce qui facilite les opérations
de brunissage, les aurifications (technique de reconstitution foulée par les Ors
cohésifs) et la réalisation d’une couronne céramo-métallique sur de l’Or pur
(feuille d’Or de 0,07 mm renforcée par un talon d’Or coulé).
Les alliages semi-précieux sont d’autant plus ductiles et plus malléables qu’ils
sont riches en Or.
2. Les propriétés de surface
2.1. Aptitude à la céramisation
Les alliages nobles pour TCM permettent l’emploi de tout type de céramique car
leur teneur en Pd et en Pt élève leur point de fusion et le maintenir éloigné de
celui des céramiques basses fusions (650°C) et haute fusion (930°C).
Le Pd (<35%) et le Pt permettent également de diminuer l’expansion thermique
de l’alliage (13 à 15 µm/m.k) et le rendre compatible avec celui des céramiques
(12 à 14 µm/m.k) ce qui permettra l’établissement de la liaison physicochimiques céramique-métal par contraction de la céramique sur le métal
(frettage) et un micro-clavetage du verre dans les micro-anfractuosités du métal.
Les alliages à haute teneur en Or, étant peu oxydable ne permettent pas la mise
en place d’une liaison céramo-métallique de haute énergie. Il faut donc ajouter
des métaux oxydables tels que le Zn, In et Sn qui permettent la mise en place de
liaisons covalentes en formant une couche d’oxydes limitée.
- Quand la teneur en Pd augmente au détriment de l’Or, il faut
impérativement ajouter l’Sn ou l’In pour ajuster le CDT avec celui de la
céramique.
- Si encore les alliages Pd-Ag voient leur teneur en Ag faible, leur CDT
serait bas et il faut opérer par refroidissement rapide pour diminuer la
contraction de refroidissement et utiliser des céramiques destinées aux
alliages précieux.
12
- Les alliages Pd-Ag à forte teneur en Ag demandent un refroidissement
lent et des céramiques non sensibles aux oxydes d’Ag pour éviter des
colorations vertes des céramiques.
2.2. Aptitude au brasage
- La soudure: liaison entre deux métaux par élévation localisée de la
température
- La brasure: liaison entre deux métaux par un troisième métal en fusion.
Les brasures des alliages précieux se fait par un troisième alliage précieux
également dont la composition, selon les normes ISO, est de 75% d’Au, 10 à
20% d’Ag, <10% de Zn et <5% de Pt.
Il faut ajouter des agents désoxydants pour éviter l’oxydation des métaux non
précieux au cours de la brasure
Les brasures primaires (assemblages d’armatures en métaux), à la flamme, et les
brasures secondaires (assemblages des pièces céramo-métalliques), au four, sont
envisageables avec les alliages nobles.
Avec les alliages Pd exempts d’Ag, seul le brasage au four est permis car la
flamme provoque une oxydation forte limitant la fusion et fragilisant la liaison.
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Conclusion
Les alliages précieux en odontologie sont très nombreux permettant de répondre
à toutes les situations cliniques: inlays bridges de grande étendue. Ces
alliages, de par leur mise en œuvre simple et éprouvée et leurs bonnes propriétés
mécaniques et physiques, restent des matériaux de référence en matière
prothétique. Les avantages des alliages précieux sont nombreux, en particulier
au plan de la biocompatibilité.
Outre ces qualités intrinsèques, peu d’alternatives sont envisageables pour se
substituer aux alliages précieux.
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Références
1. Gregoire G, Grosgogeat B, Millet P, Rocher Ph.
Alliages dentaire.
Paris: Société Française de Biomatériaux Dentaires, 2009.
2. Gregoire G, Bayle MA, Guyonnet JJ. Alliages précieux en odontologie.
EMC - Médecine buccale 2013;8(1):1-8 [Article 28-220-B-10].
3. Moulin P, Soffer E, Doukhan JY. Alliages précieux en odontologie.
EMC - Médecine buccale 2008:1-9 [Article 28-220-B-10].
4. O'brien WJ. Dental materials and their selection - 3rd edition Berlin:
Quintessence Publishing, 2002.
15

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Transcription

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