베릴륨이 포함되지 않은 Ni-Cr 비귀금속 합금의 재사용에 따른 금속과 도재간의 결합강도에 미치는 영향에 대한 고찰
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베릴륨이 포함되지 않은 Ni-Cr 비귀금속 합금의 재사용에 따른 금속과 도재간의 결합강도에 미치는 영향에 대한 고찰
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  • 승인 2012.12.20 11:09
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Abstract

The popularity of Ni-Cr-Mo based metal alloys for metal-ceramic crown have increased recently because of low price, superior yield strength and rigidity. The use of these alloys give us the potential advantage of thinner copping with the required rigidity for long span bridges.
The purpose of this study was to assess the microstructures and mechanical properties of Ni-Cr(Si, Al, Nb, Zr, Ti, Cu, Mn) based alloys not containing beryllium(Be) related toxic effects.
Ni-Cr alloy uncontained Be element for using as dental porcelain alloy were analyzed the mechanical properties through bonding strength after the bonding with porcelain. The bonding strengths between alloy and ceramic were measured through the shear bond strength test.
The morphological aspects of the fracture surface between alloys and ceramic were observed that all groups were caused mixed failure as conformation attached ceramic fragments to metallic surface by fracture process.
Mechanical properties values of Ni69 Cr20 Mo5 Si2 Al4 alloy among these specimen alloys was found to be superior to those of commercial Ni-Cr based alloy using in market place today.
* Corresponding author: kjh2804@korea.ac.kr

서 론

도재 전장 주조관(P.F.M. porcelain fused to metal)은 심미성과 내부 금속의 견고성을 함께 갖춘 수복물로 현재까지 임상에서 널리 사용 되어져 왔다. PFM은 심미성이 우수하고 마모성 및 변색에 대한 저항성이 높아 1970년대 이후 치과계에 많이 사용되고 있다. 그러나 얼마 전까지만 해도 PFM용으로 많이 사용되고 있는 비귀금속 합금에는 대부분 베릴륨이 함유되고 있는데, 이 베릴륨은 합금의 용융온도를 낮추거나 주조성을 향상시키기 위하여 제조업체에 따라 약 2% 범위에서 첨가하고 있다. 그렇지만 beryllium은 1933년에 독일에서 인체에 질병을 일으킬 수 있는 물질인 것으로 처음 보고되었고, 1943년에는 미국에서도 Van Ordstrand가 beryllium을 사용하는 작업장에서 발생한 폐 질환이 ‘직업성 beryllium 질환’ 이라는 보고를 하였다.

도재 보철물의 제작 시 결합강도에 미치는 요인으로서 가장 중요하게 것들은 금속과 도재의 열팽창계수, 금속 표면의 산화막, 금속 coping의 design, 금속의 표면처리, 금속의 반복사용 등을 들 수 있고, 이러한 것들에 대해 많은 연구가 진행되어왔다. 그 연구들 중에 도재용 귀금속 합금의 재사용에 대해서 McLean 등은 한번 주조된 합금에 50% 이상 새로운 합금을 추가해서 사용하면 결합강도에 변화가 없다는 것을 발표한 바 있다.

Ni-Cr 합금의 재사용에 대한 결합강도의 연구는 현재까지 많이 시도되어 왔으나 베릴륨이 포함되지 않은 비귀금속합금과 도재와의 결합 강도 등에 대한 연구는 별로 많지 않은 형편이다. 따라서 본 논문에서는 유해물질인 베릴륨이 포함되지 않은 종류의 Ni-Cr 합금의 재사용 시 도재와 결합강도에 미치는 영향에 대해 살펴보고자 한다.

본 론

Ni-Cr계 비귀금속 합금은 금합금과 비슷한 열팽창계수를 가지므로 이의 대체 재료로 개발 되었고, 연성이 좋고 융점이 비교적 낮아서 치과도재 소부용 금속재료로 널리 이용되고 있다.

성공적인 도재소부금관을 위해 도재와 금속의 강력한 결합이 요구된다. Lavine 등은 금속 코핑의 표면 거칠기에 변화를 주어 15%의 결합력 향상을 가져올 수 있다고 했으나, Shell등은 기계적 결합력은 도재와 금속의 결합에서 전혀 중요한 역할을 하지 못하며 표면 거칠기를 더하여도 결합력에는 변화가 없고 매끈한 표면에서 결합력의 향상이 일어났다고 보고하였다. 도재와 금속 결합의 물리적 조건 변화는 다른 종류의 결합력 변화를 동반한다. 따라서 물리적 결합력에 대한 이전의 연구들도 결과의 일치를 보지 못하였다.

주조된 금속 코핑과 도재의 결합 기전에서 산화층 형성에 의한 화학적 결합, 금속 코핑의 표면 형상에 의한 물리적 결합, 열팽창의 차이에 의해 발생하는 압축력 등이 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 도재와 금속의 결합에 기여하는 네 가지 요소 중 강력한 힘을 제공 하는 것은 화학적 결합이며 이는 금속 코핑 표면에 형성된 산화층과 도재간의 결합으로, 산화층과 도재가 접촉면에서 결합하여 강한 결합력을 나타낸다고 하였다.

Ni-Cr계 합금은 주성분이 62-82% Ni과 11-22%의 Cr이고, 기타 미량 성분으로 Mo, AI, Mn, Be, Si, B, Cu, Co, Nb, Ga, Fe, Se, Sn, Ti, Zr 등을 포함 하고 있다. 베릴륨이 들어간 합금은 앞서 말했듯이 베릴륨은 분진을 흡입하였을 때 치명적인 폐질환을 일으킬 수 있는 독성이 매우 큰 금속으로 현재 국제암연구센터(IARC)에 의해 발암물질로 분류되어 있다. 또한 베릴륨은 고체 상태에서는 안전하지만 casting, rolling, cutting, welding, sanding, polishing 등의 작업 시 작업자를 위험에 노출시킬 수 있다. 그리고 낮은 농도의 베릴륨은 괜찮다고 생각하는 경우가 많지만, 미국 Balkisson박사는 일단 베릴륨이 존재하기만 하면 베릴륨에 의한 질환에 걸릴 가능성은 항상 존재한다고 밝혔다.

베릴륨의 유해성에도 불구하고 기공사들이 베릴륨이 첨가된 합금을 선호하는 이유는 합금주조체의 degassing 후 표면 산화막의 색상 때문이다. 베릴륨이 첨가된 합금의 경우에는 베릴륨 산화물이 회백색을 띠는 반면 베릴륨을 첨가하지 않은 합금의 경우에는 검은색으로 보이기 때문에 합금의 산화막이 과도하게 형성된 것으로 판단하므로, 도재 소성 중 주조체로부터 도재가 박리되지 않을 까 걱정하기 때문이다. 이는 잘못된 상식이며 모든 금속원소는 산소와 반응하여 산화물을 형성할 경우 검은색, 녹색, 노란색, 붉은색, 회백색 등의 고유한 색깔을 나타낸다. 따라서 베릴륨이 첨가되지 않은 합금이라도 제조업체의 사용설명서에 따라 열처리 온도를 지키면 과도한 산화막이 형성되는 것을 막을 수 있다.

합금의 재사용과 관련하여 여러 연구가 보고되어 왔다. 합금의 재사용과 관련하여 실험에서 재사용 금속에 새 금속을 첨가할 때 높은 결합력을 나타낸다고 하였다. 이것은 도재와 결합하는 미량 원소를 다시 채워주는 역할을 하기 때문에 재사용을 하여도 문제 요소를 조금이나마 경감시켜 준다. 비귀금속의 재사용에 따른 결합강도에서는 Ni-Cr계 합금의 새 금속 첨가 없이도 4회 재 사용 경우에 결합강도의 변화가 없다고 주장한 외국의 연구자들도 있다. 국내에서도 여러 연구에서 Verabond로 제작된 시편 주조횟수가 증가할수록 인장강도와 결합강도가 높아진다는 보고가 있다. 그러나 새 금속을 섞지 않고 계속하여 재사용하면 결합력은 감소하나 뚜렷한 감소는 없다는 보고가 있다.

그러므로 필자들은 베릴륨이 포함되지 않은 비귀금속합금의 올바른 사용에 도움이 되기 위해 다음과 같은 연구를 진행 중이다. 조사된 결과 가운데 하나를 소개함으로써 임상 실무에 도움이 되고자 한다.

본 저자들은 베릴륨이 포함되지 않은 Ni-Cr 비귀금속합금인 Verabond 2V를 사용하여 연구를 한 결과 인장결합 강도의 측면에서 100%의 새 금속을 사용한 군과 50%의 새 금속을 섞은 군 사이에 유의한 차이를 발견하지 못하였다. 이러한 재사용에 관련된 결과는 절대적 기준은 아니지만 앞으로 임상에서 많이 사용되어지는 베릴륨이 포함되지 않은 비귀금속을 사용할 때 참고할 만한 내용이며, 이를 입증하기 위해 앞으로 보다 체계적인 연구가 뒷받침 되어야 할 것으로 사료된다.

결 론

도재 전장 주조관(P.F.M. porcelain fused to metal)은 심미성과 견고성이 좋아 얼마 전까지 널리 사용되어 있지만, 여기에 사용되는 Ni-Cr계 비귀금속 합금의 경우는 유해물질인 beryllium이 포함되어 있어 현재에는 그 사용을 금하고 있는 형편이다. 그러므로 beryllium을 포함한 비귀금속합금에 대한 연구를 토대로 이들의 올바른 사용방법에 대한 제시는 중요하다.

앞서 필자들이 실험을 통해 보여준 beryllium이 포함되지 않은 비귀금속합금의 재사용에 대한 결과를 일반화 할 수는 없을 것이다. 따라서 앞으로 보다 체계적인 다양한 연구가 이어져 비귀금속합금의 재사용에 대한 명확한 가이드라인이 제시되어 지기를 희망한다.

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