Les alliages précieux,semi- précieux et les alliages en titane

Les alliages précieux,semi- précieux et les alliages en titane

Introduction

Plusieurs métaux et alliages sont utilisés en prothèse dentaire. Ils permettent la réalisation de reconstitutions fixées unitaires ou plurales, d’armatures pour prothèse scellée recouverte de céramique cosmétique ainsi que de châssis de prothèse amovible. L’éventail de choix de matériaux est large, allant du métal pur (par exemple le titane) à l’alliage de plusieurs métaux. Ce large choix implique des différences notoires de comportement, il est donc nécessaire d’avoir une bonne connaissance des matériaux pour faire le meilleur choix en fonction de l’indication et du patient.

I. Définition des alliages

Selon Skinner et Philips (1971) : Le mélange obtenu, en général, par fusion de deux ou plusieurs métaux ou métalloïdes est appelé alliage.

II. Classification des alliages

On peut classer les alliages en fonction de leur carat. On peut également séparer les alliages selon leur couleur, jaune ou blanche.

Classifications de l’American Dental Association (ADA)

Les spécifications de l’American Dental Association (ADA) classent les alliages dentaires en trois catégories :

1. High noble : comprenant un taux de métaux nobles supérieur ou égal à 60 % (en poids) dont un minimum de 40 % d’or.
2. Noble : comprenant un taux de métaux nobles supérieur ou égal à 25 % (en poids) sans précision pour l’or.
3. Base métal : alliages non précieux, comprenant un taux strictement inférieur à 25 % (en poids) de métaux nobles.

L’ADA a aussi établi un classement des alliages en fonction de leurs propriétés physiques. Elle distingue ainsi 4 types d’alliages :

ADA designation	Yield strength (MPa, in tension)	Elongation (%)
Soft	<140	18
Medium	140-200	18
Hard	201-340	12
Extra-hard	>340	10

III. Les alliages précieux

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).

2. Composition

Types	Or et métaux du groupe du platine (1) min. %	Or	Argent	Cuivre	Palladium	Platine	Zinc
I	83	80-96	2-12	2-6	0-4	0-1	0-1
II	78	73-83	7-15	6-11	0-6	0-4	0-1
III	78	71-80	5-13	7-13	0-7	0-8	0-2
IV	75	62-72	8-17	9-15	0-10	0-8	0-3

3. Rôles des métaux constitutifs

1. Or : Il donne aux alliages une excellente résistance à la corrosion et une grande ductilité.
2. Argent : Il tempère la couleur rouge du cuivre, augmente la ductilité de l’alliage. Après l’or, l’argent est le métal le plus ductile.
3. Cuivre : Il abaisse l’intervalle de fusion et augmente la résistance et la dureté de l’alliage.
4. Palladium (Pd) : Il augmente la résistance mécanique, la résistance à la corrosion et aux ternissures des alliages à base d’or. Ductile à l’état pur mais durcit les alliages précieux (en association avec le cuivre). Il blanchit l’alliage d’or.
5. Platine : Il augmente la résistance à la corrosion, la dureté et élève l’intervalle de fusion.
6. Zinc : Il est utilisé en faible quantité comme désoxydant, contribue à abaisser le point de fusion en fluidisant l’alliage, et accélère le processus de durcissement de l’alliage.

4. Propriétés physiques et mécaniques

• Très variables en fonction de la composition et des traitements subis lors de la mise en œuvre.
• Malléable et ductile.
• Dureté de Vickers varie de 40 à 330 HVN en fonction de leur nature, mise en œuvre et des traitements thermiques subis.
• Le module d’élasticité varie de 80 à 130 GPa.
• Biocompatible ; présentent le risque le plus faible de réaction d’hypersensibilité.

5. Propriétés biologiques

Les alliages d’or sont très bien tolérés en bouche à condition que la teneur globale en or et en métaux nobles, telle que le platine, ne soit pas inférieure à 70 %. Toutefois, pour éviter les phénomènes subjectifs liés à la corrosion électrochimique (le picotement de la langue et le goût métallique), il est préférable d’homogénéiser l’alliage.

6. Propriétés physico-chimiques de l’or

L’or pur a :

• Un point de fusion de 1063 °C.
• Un point d’ébullition de 2600 °C.
• Un poids spécifique de 16.3 neutron/m³.
• On peut l’obtenir par affinage électrolytique à un pourcentage de pureté de 99.99 % (l’or à 24 carats).

Le caratage

• Un “carat” représente 1/24 de teneur en or, donc 18 carats représentent 18/24 soit 75 % de sa teneur en or.
• L’or cristallise dans le système cubique à face centrée.
• Il possède la propriété de constituer avec la plupart des métaux des alliages à cristaux mixtes homogènes.
• Le mercure attaque les alliages d’or.

7. Indications

1. Alliages d’or de Type I : Indiqués pour les inlays de collet et proximaux (III et V).
2. Alliages d’or de Type II : Indiqués pour les couronnes et les travées des bridges de longue portée.
3. Alliages d’or de Type IV : Indiqués pour les châssis métalliques et aussi pour les alliages d’or pour les céramo-métalliques.

IV. Les alliages semi-précieux

A. Les alliages nickel-chrome (Ni-Cr)

1. Chimiquement

Les alliages semi-précieux sont :

• Soit des alliages ternaires (50 % en poids minimum d’or et de métaux de la mine platine) type or-palladium-argent.
• Soit des alliages binaires type palladium-argent, palladium-étain, voire palladium-cuivre avec également des éléments d’addition mineurs (étain, fer, indium, iridium, ruthénium, zinc ou gallium).

Ces alliages sont utilisés en prothèse conjointe pour servir d’infrastructures aux réalisations céramiques unitaires ou plurales.

2. Composition

• Nickel : 60-80 %.
• Chrome : 10-25 %.
• Fer : 10-12 %.
• Auxquels sont additionnés : l’aluminium, le carbone, le bore, le molybdène et du silicium.

3. Propriétés

• La masse volumique est de 8 g/cm³ (2 fois plus faible que celle des alliages d’or).
• Ils sont plus durs que les alliages d’or.
• La coulabilité des Ni-Cr (l’aptitude des alliages Ni-Cr à remplir et à s’étaler le plus intimement dans un moule) est d’une manière générale suffisante et donc des pièces prothétiques cliniquement satisfaisantes au plan des dimensions.
• Les alliages Ni-Cr ont un intervalle de fusion plus élevé que celui des ors conventionnels.
• La conductivité thermique est en moyenne de 0.035 calorie/cm/seconde/°C, soit 2 fois inférieure à celle des ors dentaires.
• La passivité des alliages Ni-Cr au milieu buccal est principalement assurée par le chrome à partir d’une teneur suffisante de 13 %.
• L’addition en faible quantité de molybdène et de manganèse améliore leur résistance à la corrosion.
• Non toxique.
• Le module d’élasticité est plus de 2 fois supérieur à celui des ors.

4. Indications

• La prothèse conjointe coulée.
• Les infrastructures céramo-métalliques (leur grande rigidité sous faible épaisseur permettant une moindre mutilation coronaire et un large dégagement des embrasures, seul compatible avec le respect du parodonte).
• Le fil de crochet.

B. Les alliages chrome-cobalt

1. Chimiquement

Ce sont essentiellement des alliages à base de cobalt :

• Soit ternaires : Cr-Cobalt-Molybdène.
• Soit quaternaires : Cr-Cobalt-Ni-Molybdène.

2. Composition

1. Cobalt : 62.5 %.
2. Chrome : 30 %.
3. Tungstène : 7 % (remplacé par le molybdène pour améliorer la ductilité et la résistance à la corrosion en milieu biologique).
4. Carbone : 0.5 %.

3. Propriétés

• La masse volumique est faible, de l’ordre de 8 à 8.5 g/cm³.
• La limite élastique (390-660 MPa) et la résistance à la rupture (680-840 MPa) sont les plus élevées de tous les alliages utilisés en odontologie, ce qui permet pratiquement d’éviter toute déformation plastique permanente au niveau des barres et des crochets les plus fins grâce à la rigidité que leur confère leur haut module d’élasticité.
• La dureté varie de 280 à 365 VHM, alors que celle de la dentine est de 70 et celle de l’émail de 320.
• Intervalle de fusion : Relativement élevé, et ce d’autant plus que la teneur en cobalt est importante (1250 °C – 1400 °C).
• Résistance à la corrosion chimique : Il est préférable que la fusion ait lieu à l’abri de toute oxydation et de tout apport d’éléments étrangers tels que le carbone.
• Résistance à la corrosion électrochimique : Très bonne.

4. Indications

• La confection des châssis métalliques en prothèse adjointe.
• La réalisation des arcs et ressorts en orthodontie (ODF).

V. Le titane et ses alliages

1. Composition et classification

Le titane employé en odontologie est le plus souvent soit “pur” soit “allié”. Le titane dit “pur” ou “non allié”, ou plus exactement titane commercialement pur (Ti-cp), présente sur le plan chimique des éléments incorporés tels que l’oxygène, le fer, le carbone, l’azote et l’hydrogène. En fonction du pourcentage de ces différents éléments, on distingue 4 types de Ti-cp.

Composition chimique en poids :

	Fe	O	N	C	H	Ti
Grade 1	0.15	0.12	0.05	0.06	0.013	reste
Grade 2	0.20	0.18	0.05	0.06	0.013	reste
Grade 3	0.25	0.25	0.05	0.06	0.013	reste
Grade 4	0.30	0.35	0.05	0.06	0.013	reste

D’autres éléments tels que l’aluminium, le vanadium, le palladium, le nickel ou même le cuivre peuvent être ajoutés au titane en quantité plus importante, réalisant ainsi un alliage de titane dont les propriétés sont optimisées en fonction de l’application désirée.

2. Propriétés

• Une masse spécifique faible (ρ = 4.5 g/cm³), deux fois plus faible que celle des alliages chrome-cobalt.
• Un point de fusion élevé (aux environs de 1720 °C selon le degré de pureté) qui le classe dans la série des matériaux réfractaires.
• Une conduction thermique très inférieure aux autres alliages utilisés en prothèse.
• Une dureté comparable à celle des alliages précieux à base d’or et bien inférieure à celle des alliages non précieux (210 à 465 HVN).
• Corrosion chimique : La tenue du titane à la corrosion est très satisfaisante en milieu biologique, toutefois la présence de fluorures en milieu acide diminue cette résistance.
• Propriétés biologiques : Il est reconnu de façon unanime que le titane et les alliages de titane présentent une bonne biocompatibilité.

VI. Aptitude des alliages à la liaison céramo-métallique

Il existe 3 types de liaisons :

• Physique : Par adhésion (elle dépend de la mouillabilité de la céramique sur l’armature métallique).
• Chimique : Nécessite la présence de la couche d’oxyde.
• Mécanique : Par la création de micro/macro-rugosités de surface.
• Rétention négative par la fraise.
• Rétention positive par projection à chaud d’une poudre métallique auto-adhérente permettant de réaliser des microbilles de rétention.

VII. Qualités requises aux alliages dentaires

1. Haute résistance mécanique.
2. Stabilité dimensionnelle afin d’éviter les déformations pendant la fabrication et l’usage.
3. Manipulation aisée, ne nécessitant pas des techniques d’élaboration trop compliquées pour les techniciens de laboratoire.
4. Absence de toxicité, inertes en bouche.

Conclusion

Les alliages, de par leur mise en œuvre simple et éprouvée et leurs propriétés mécaniques, restent des matériaux de référence en matière prothétique. Leur polyvalence face aux différentes situations cliniques restant inégalée, ils sont encore, de très loin, les plus employés en prothèse dentaire.

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