Trabajos Originales

Resistencia a la tracción que ofrece un grabado electrolítico y un grabado por calor en medio acido sobre estructuras metálicas coladas

Jorge Medina Satine 1

RESUMEN

En el presente estudio se realizó un análisis comparativo del comportamiento de un grabado electrolítico y un grabado por calor en medio ácido sobre estructuras metálicas coladas.

Se hicieron determinaciones para analizar el factor de retención que produjo cada conjunto metal-metal cementado utilizando para ello cemento de resina compuesta BIS-GMA (Comspan26).

Durante el curso de la investigación fue obtenida una información con respecto al procedimiento del grabado utilizado, muestra control y análisis al microscopio electrónico de barrido usados a través del experimento.

El análisis de los datos reveló diferencias en la resistencia al despegue que ofrecieron las muestras metálicas cementadas con respecto a los procedimientos utilizados en el desarrollo de la investigación, lo que estuvo en concordancia con las muestras metálicas estudiadas en el microscopio electrónico de barrido1.

1 Comspan., The LD Caulk Company, Milford, Delaware, 963.

SUMMARY

In the present study was made a comparative analysis of the behavior between an eltrolitic etching and a heat etching in acid over cast metal su8bstructure.

Determinations were made in order to analyze the retentive factor of each metal - metal cemented specimens using composite resin cement BIS - GMA (Comspan).

During the course of the investigation was obtained an information with regard to the etching procedure, control sample and the analysis in the scanning electron microscope used through the experiment.

The analysis of the data developed some differences in tensile strength of cemented metal samples regarding the procedures used in the course of the investigation with was correlated with the samples studied in the scanning electron microscope.


  1. Trabajo que presenta el Odontólogo Jorge Medina Satine para optar a la Categoría de Profesor Asociado en el Escalafón Universitario. Universidad Central de Venezuela.

INTRODUCCIÓN

Los procedimientos convencionales para la preparación de dientes pilares en la confección de la prótesis parcial fija, frecuentemente involucran una mayor reducción de la estructura dentaria.

Si el recubrimiento completo de un diente es necesario, por alguna finalidad estética, como resultado de caries o restauraciones existentes, la remoción de la estructura es acertada. Sin embargo, cuando la estructura coronaria se encuentra sana e íntegra, estos procedimientos convencionales de recubrimiento total, parecen ser algo radical.

Otros procedimientos tales como preparaciones parciales o restauraciones coladas con pines, como mecanismo retentivo, presentan limitaciones en cuanto a estética y retención. Es por esto, que muchos objetan estas desventajas de las prótesis parciales fijas y consecuentemente eligen las dentaduras parciales removibles que en muchos casos no deberían ser indicadas1.

El aporte de una técnica para la fabricación de prótesis parciales fijas que involucren poca o ninguna preparación en los dientes pilares quizás ha sido el avance más importante hasta el presente en la historia de la Odontología Restauradora.

En el desarrollo de esta técnica se han establecido dos grandes grupos2. El primero utiliza materiales fácilmente disponibles en el consultorio odontológico y no se requiere de un laboratorio dental para su confección. En esta técnica se utiliza un diente de acrílico o el diente extraído del paciente para ser utilizado como fantoma3-8.

El segundo grupo utiliza la ayuda de un técnico dental para la elaboración de una estructura de metal donde el fantoma es de acrílico o porcelana según sea el caso, y donde el mecanismo de unión del metal a la resina es logrado a través de retenciones microscópicas localizadas a lo largo de una superficie, como resultado de perforaciones hechas en la estructura metálica de la prótesis9-12.

Posteriores investigaciones con relación a esta técnica demostraron que el mecanismo de unión de este tipo de prótesis incluye un proceso electrolítico que resulta de la inmersión de la prótesis en una solución de ácido sulfúrico al 10% en contacto con un ánodo. A esta solución se le hace pasar una corriente de bajo voltaje (300 mA) para obtener unas estructuras microscópicas tridimensionales a lo largo de la superficie interna del retenedor. Esto permite una mayor área retentiva entre la prótesis y los dientes pilares13,14.

A pesar del poco tiempo que tiene en vigencia la técnica para confeccionar prótesis parciales fijas donde no se necesita preparación en el diente pilar, se puede decir que existen métodos mecánicos y químicos que se utilizan para unir las estructuras metálicas a la superficie del esmalte de los dientes pilares por medio de una resina autopolimerizable.

Rochette9, fue el primero en describir una técnica mecánica para unir la parte metálica de la prótesis fija a la superficie lingual de los dientes anteriores. Su técnica consiste en perforar la estructura metálica del puente con el propósito de obtener formas retentivas macroscópicas localizadas a lo ,argode!la superficie metálica donde el agente cementante es una resina autocurable que una vez cementada la prótesis en su sitio, esta queda expuesta al medio ambiente bucal.

La Barre y Ward15, siguen la técnica de Rochette, pero en lugar de perforar la estructura de metal, utilizan las perlas de retención que son colocadas en la superficie interna del patrón de cera previo a la obtención del colado.

Después de la introducción de los retenedores perforados utilizados por Rochette9, los retenedores grabados recibieron un interés considerable como una alternativa válida con relación a la prótesis parcial fija convencional.

Los pasos iniciales para el grabado electrolítico de una aleación de metal no noble, fueron estudiados por Tanaka y cols16. Su estudio comprende un método para obtener cavidades retentivas microscópicas por medio de electrólisis en aleaciones de Níquel (84%), Cromo (8%) y Cobre (5%), usando una solución de cloruro de sodio al 5% y una corriente eléctrica de 175 mA/ cm2, durante 30 minutos.

La idea de Thompson y cols13,17,18, de transferir la tecnología de la aleación grabada a la prótesis parcial fija como medio de unión a los dientes pilares, trajo como consecuencia la obtención de estructuras retentivas microscópicas a lo largo de la superficie interna de los retenedores de la estructura metálica de la prótesis fija. Este procedimiento se fundamenta en sumergir la prótesis en una solución grabadora del metal ayudado por una corriente eléctrica en un tiempo determinado, creando ciertas expectativas en la aceptación de este proceso innovativo y a la vez conservador. De allí en adelante, la técnica electrolítica se diseñó para diferentes tipos de aleaciones, los pasos a seguir fueron clarificados y los procedimientos fueron modificados y adaptados.

Posteriormente a esto, Livaditis19, desarrolló una técnica menos compleja utilizando un sistema de grabado químico por inmersión llegando a la conclusión de que las aleaciones de cromo-níquel- berilio grabadas a través de este método, produjeron altos niveles de resistencia al desplazamiento vertical en intervalos de 60 ó más minutos.

Love y Breitman20, también describieron la técnica de grabado ácido por inmersión pero utilizando un ácido diferente y obtienen resultados bastante parecidos.

Posteriormente, otro grupo de investigadores21, reportó la técnica de grabado electrolítico usando un hisopo impregnado en ácido sulfúrico o nítrico, el cual se coloca en la superficie a grabar, creando un micro baño electrolítico entre el hisopo y la aleación, lo que le permite al Odontólogo grabar el metal en el consultorio sin la asistencia de un técnico dental. Brady y cols22, en un estudio comparativo entre el retenedor perforado y el retenedor grabado, señalaron que los retenedores grabados electrolíticamente fueron superiores en retención a los retenedores perforados, siendo capaces de soportar cuatro veces más la cantidad de fuerza aplicada para ser desalojados.

Doukoudakis y cols23, describieron una nueva técnica de grabado por calor en medio ácido para grabar estructuras metálicas no nobles usadas en la confección de este tipo de prótesis. El agente grabador fué una solución de agua regia en gel (HNO3, 5 ml- HCL, 25 ml- H2O, 30 ml), que condujo a la obtención de resultados exitosos con relación al desplazamiento vertical, al igual, que cuando fueron evaluados por la técnica de microscopía electrónica. Los resultados obtenidos fueron excelentes.

Por lo anteriormente expresado, este trabajo diseña y comprueba una metodología capaz de evaluar y comparar el efecto producido por el grabado electrolítico en una estructura metálica colada en contraste con la técnica del grabado por calor con medio ácido como medio de unión del puente fijo a los dientes pilares.

Del problema planteado anteriormente, se obtuvo el siguiente objetivo general:

  • Estudiar comparativamente el comportamiento de un grabado electrolítico, un grabado por calor en medio ácido y la muestra control respectivamente, en estructuras metálicas de Níquel-Cromo y Berilio para ser usadas en las pruebas de tracción.
  • Evaluar y comparar los diferentes parámetros obtenidos en ambos grabados y en la muestra control a través del uso del microscopio electrónico.

MATERIAL Y METODO:

Durante la primera parte del experimento que trató sobre el estudio del comportamiento del grabado electrolítico y grabado por calor en medio ácido para determinar la resistencia al desplazamiento vertical, el número de especímenes a estudiar fué de 15 para cada procedimiento en particular.

Con relación a la segunda parte del experimento que trató sobre el estudio del comportamiento del grabado obtenido visto al microscopio electrónico de barrido, se tomó una muestra de 20 casos.

Los procedimientos para el análisis fueron realizados utilizando muestras metálicas para el$estufi al microscopio, al igual que para la prueba de despegue de las muestras cementadas en ambas técnicas de grabado quefueron empleadas.

La confección de los patrones de cera para la obtención de los colados, se obtuvieron de la siguiente manera:

  1. Para el estudio al microscopio electrónico se confeccionaron patrones en forma de láminas de 2 x 1 cm de superficie.
  2. Para la prueba de despegue del conjunto metal-metal cementado en ambas técnicas de grabado y para la muestra control, se colocó a cada uno de los patrones de cera, un anillo del mismo material para facilitar la remoción de los futuros especímenes.

Estas reproducciones en cera, fueron revestidas de acuerdo a las indicaciones del fabricante.(Ceramigold, Whip-Mix Corp, Lousville, U.S.A.).

Para obtener los colados se utilizó una aleación no noble compuesta de Níquel- Cromo y Berilio.(Rexillium III,Jeneric Company,USA)

Una vez obtenidos los colados y finalizado el alisado y adaptado de las muestras, se procedió a colocarlos en un limpiador de ultrasonido para eliminar las impurezas. Las muestras, una vez limpias fueron llevadas a 960 oC por lo menos tres veces para simular el ciclo de cocción de una restauración ceramometálica. Ver fig.1.

(FIGURA 1). Estructura metálica para ser utilizada en la prueba de tracción de ambos procesos de grabado.

Una vez concluído esto, se atomizó con óxido de aluminio y aire comprimido la superficie de cada una de las muestras obtenidas e inmediatamente se realizó el grabado de las mismas, siguiendo al pie de la letra los pasos descritos para cada técnica en particular. Ver figs. 2-3 y 4.

GRABADO ELECTROLITICO

Para el grabado electrolítico se utilizó una máquina de grabado que fué diseñada para regular la corriente necesaria en el momento de grabar la estructura de metal24. (Etching Unit, E-582, Esmadent, Co, U.S.A.).

La técnica empleada para llevar a cabo este procedimiento, fue la siguiente:

  • Cada muestra metálica fue rociada con óxido de aluminio y aire en la superficie a grabar.
  • Cada muestra fue colocada y adherida en el brazo positivo de la unidad grabadora para asegurar un contacto eléctrico en el momento del grabado.
  • Inmediatamente, la muestra se colocó en un recipiente que contiene la solución grabadora (ácido sulfúrico al 10%).
  • Posteriormente, se conectó a la máquina ambos polos y se dejó pasar una corriente regulada de 300 mA durante 3 minutos.
  • Una vez concluido el proceso, se retiró la muestra y se lavó con agua. Un depósito oscuro se observó en el área grabada producto de la reacción óxido - reducción, fue removido con ácido clorhídrico al 18% durante 9 minutos al colocar la muestra en un limpiador de ultrasonido.
  • Al concluir el proceso de limpieza, la muestra se retiró y se lavó con agua y aire durante 45 segundos para eliminar cualquier resto de ácido que hubiese quedado en la superficie grabada. Finalmente, la muestra se secó y se almacenó hasta el momento de su estudio.

(FIGURA 3). Grabado electrolítico de la estructura metálica que fue usada en la prueba de tracción.

(FIGURA 4). Grabado electrolítico de muestra metálica que fué analizada usando la técnica de microscopía electrónica.

(FIGURA 8). Estructuras metálicas donde se puede apreciar el producto de la reacción electrolítica una vez terminado el proceso de grabado.

GRABADO POR CALOR EN MEDIO ACIDO

El grabado por calor en medio ácido fue ejecutado de acuerdo a la siguiente técnica:

  • La superficie a grabar fue atomizada con óxido de aluminio y aire comprimido, de igual manera que en el procedimiento anterior.
  • Posteriormente se aplicó la solución grabadora de agua regia en gel. Esta solución, fue esparcida por toda el área a grabar con una espátula de plástico.
  • Inmediatamente la muestra se colocó en un horno para colado a una temperatura de 65.5 °C, durante 10 minutos.
  • Al finalizar el tiempo estipulado, se retiró la muestra del horno se lavó con agua durante 45 segundos y se secó con aire.
  • Al terminar el proceso de grabado se retiró la muestra y se observó que la solución grabadora había cambiado de su color original a verde, signo indicativo de que el metal h!bíacolpletado su proceso de grabado25.
  • Una vez retirada la muestra, se colocó en un recipiente con ácido clorhídrico al 18% durante 6 minutos y posteriormente se lavó con agua. Se secó y se almacenó hasta su posterior estudio. Ver figs. 5 y 6.

(FIGURA 9). Solución utilizada para el grabado por calor en medio ácido.

(FIGURA 5). Colocación de la solución grabadora en gel a las estructuras metálicas a ser grabadas por calor en medio ácido y analizadas al microscopio electrónico de barrido.

(FIGURA 6). Muestras metálicas una vez culminado el proceso de grabado por calor en medio ácido. Nótese el cambio de color en la solución grabadora al terminar el proceso de grabado, además de la evaporación visible de la solución grabadora en la superficie de la muestra metálica.

Una vez finalizado el procedimiento de grabado se procedió con el cementado y posterior remoción de las estructuras metálicas. El agente cementante que se utilizó fue una resina compuesta basada en la reacción de un producto de bisfenol A y diglicil metacrilato (BIS-GMA ), más un solvente que disminuye la viscosidad de la misma26.

El cemento fue proporcionado y mezclado de acuerdo a las indicaciones del fabricante. Pequeñas porciones de la mezcla fueron aplicadas a la superficie grabada de cada espécimen y luego adaptadas con presión digital.

Las muestras fueron almacenadas por 24 horas a 37 °C y una humedad relativa del 100%. Luego fueron sumergidas alternativamente en un ciclo térmico por 1 minuto en agua a °0 y entre 50 y 60 °C por 100 ciclos respectivamente.

Posteriormente se llevó el conjunto metal-metal a la máquina medidora de fuerzas traccionales para determinar la cantidad de resistencia a la tracción que opone la retención microscópica creada por ambas técnicas utilizadas en la investigación.

La velocidad de desalojo fue de 0.8 mm, manteniendo un desplazamiento constante, de acuerdo a las especificaciones de la Asociación Dental Americana con relación a las pruebas de cementos dentales27. Un total de 30 muestras del conjunto metal-metal cementado, fueron usadas para medir las fuerzas requeridas durante la separación de las mismas en la máquina de tracción.

Este procedimiento fue utilizado similarmente para el estudio de las muestras control, las cuales no recibieron ningún procedimiento de grabado. Esto se hizo con el objeto de obtener valores que determinaran, en términos numéricos, la condición de una estructura metálica al ser sometida a fuerzas traccionales previamente cementada.

Para la segunda etapa del experimento, se obtuvo un conjunto de 20 colados, los cuales fueron tratados de la misma manera a la fase inicial.

Una vez terminado el proceso de grabado de las muestras metálicas obtenidas, se procedió a montar cada uno de los especímenes en el cubridor de iones y recubrirlos con una capa delgada de oro para lograr un mejor contraste en el momento de analizarlos al microscopio electrónico de barrido.

Seguidamente se procedió a observar cada una de las muestras en el microscopio y analizar así los resultados que arrojaron cada una de las técnicas de grabado empleadas en el estudio.

RESULTADOS:

Al comparar y estudiar las cifras(obtejiDas de las fuerzas requeridas para el desalojo de las estructuras metálicas cementadas (Cuadros 1- 2- 3), se observa que el análisis de los datos reveló que hay una diferencia en términos de retención de estas estructuras metálicas con relación a las técnicas de grabado utilizadas, y la muestra control.

Al interpretar los resultados obtenidos de la técnica de grabado electrolítico (cuadro No 1), se observó que la fuerza de remoción necesaria para el desalojamiento del conjunto metal - metal cementado, fue superior en todas las experiencias con relación a la carga aplicada durante las pruebas del grabado por calor en medio ácido y muestra control respectivamente.

(Cuadros 1- 2).

Así mismo, al examinar el promedio de 193.3 Kg. obtenido en la técnica del grabado electrolítico con relación al promedio de 142.9 Kg. obtenido en la técnica de grabado por calor en medio ácido y el promedio de 54.8 Kg. que se obtuvo en la muestra control, se aprecia claramente que existe una diferencia en el resultado de los métodos que se emplearon durante la investigación. Diferencia que es más notable, si comparamos las técnicas de grabado empleadas en relación a los resultados obtenidos en la muestra control (Cuadro No.4).

Incluso, debe destacarse, que el valor más alto obtenido en la técnica de grabado por calor en medio ácido y muestra control, no alcanzaron a igualarse con el mínimo valor obtenido en la técnica de grabado electrolítico lo que denoda clir!mente, a la luz de los resultados obtenidos, la diferencia de comportamiento entre un procedimiento y otro.

Al evaluar y comparar los patrones de grabado obtenidos por el ataque de las soluciones grabadoras a las estructuras metálicas cuando se utilizaron las técnicas de grabado descritas anteriormente y con la ayuda del microscopio electrónico de barrido, se obtuvo la siguiente información:

  • Al utilizar el procedimiento de grabado por calor en medio ácido, se observó un ataque menos profundo de la matriz dendrítica BERILIO-NIQUEL. La disolución está en una escala aproximada del 60% del compuesto interdendrítico eutéctico BERILIO-NIQUEL. Figs. (7).
  • Con el grabado electrolítico, se observó un ataque más profundo de la matríz dendrítica BERILIO-NIQUEL, siendo la disolución más extensa y en el orden de un 90% del compuesto interdendrítico eutéctico BERILIO-NIQUEL. Figs. (8).
  • En la muestra control, cuya superficie no fue atacada por ningún ácido, se observó solamente las modificaciones propias de la superficie cuando se lleva la aleación a la temperatura de colado y luego se deja enfriar lentamente. Figs. (9).

Las figuras (10-11-12) muestran la irregularidad lograda en el especímen grabado por calor en medio ácido y el grabado electrolítico, al igual que la muestra control cuando se utilizó el rugosímetro.

RESULTADOS

DISCUSION:

El objetivo de este estudio fue evaluar la propiedad retentiva de cada una de las técnicas que se usaron a lo largo de la investigación.

Los hallazgos obtenidos con relación a las fuerzas necesarias para remover las estructuras metálicas cementadas y medir así las cualidades retentivas que produjo el grabado por calor en medio ácido y la muestra control respectivamente, indicaron que hubo una reducción en la fuerza requerida para el desalojo, en comparación con los resultados obtenidos cuando se utilizó la técnica de wrabalo`electrolítico. Estos resultados no estan en concordancia con aquellos obtenidos por Doukoudakis y cols23 previamente descritos en la literatura.

La íntima relación existente entre las retenciones microscópicas generalizadas a lo largo de la superficie grabada electrolíticamente y las fuerzas requeridas para su desalojo, fue encontrada similar para aquellos hallazgos obtenidos por Thompson13, Livaditis19 y Brady22.

La irregularidad obtenida en la superficie metálica al usar la técnica de grabado electrolítico y analizada al microscopio electrónico de barrido, es mayor que la conseguida con el grabado por calor en medio ácido y la muestra control respectivamente, lo que determina claramente que existe concordancia con relación a los ejercicios realizados en las pruebas de tracción para el grabado electrolítico, grabado por calor en medio ácido y muestra control utilizados durante la investigación.

CUADRO No. 1
RESULTADO DE LA FUERZA DE REMOCION NECESARIA PARA EL DESALOJAMIENTO DEL CONJUNTO METALMETA CWANDO SE UTILIZO LA TECNICA DEL GRABADO ELECTROLITICO
RESULTADO DE LA FUERZA DE REMOCION NECESARIA PARA EL DESALOJAMIENTO DEL CONJUNTO METAL-METAL CUANDO SE UTILIZO LA TECNICA DEL GRABADO ELECTROLITICO
NOTA: El promedio obtenido en este cuadro es 193.93 Kgs.
CUADRO No. 2
RESULTADO DE LA FUERZA DE REMOKION JEcESARIA PARA EL DESALOJAMIENTO DEL CONJUNTO METAL-METAL CUANDO SE UTILIZO LA TECNICA CON CALOR EN MEDIO ACIDO
RESULTADO DE LA FUERZA DE REMOCION NECESARIA PARA EL DESALOJAMIENTO DEL CONJUNTO METAL-METAL CUANDO SE UTILIZO LA TECNICA CON CALOR EN MEDIO ACIDO
NOTA: El promedio obtenido en este cuadro es 142.93 Kgs.
CUADRO No. 3
RESULTADO DE LA FUERZA DE REMOCION NECESARIA PARA EL DESALOJAMIENTO DEL CONJUNTO METAL-METAL CEMENTADO CUANDO SE UTILIZO LA MUESTRA CONTROL SIN ATAQUE ACIDO
RESULTADO DE LA FUERZA DE REMOCION NECESARIA PARA EL DESALOJAMIENTO DEL CONJUNTO METAL-METAL CEMENTADO CUANDO SE UTILIZO LA MUESTRA CONTROL SIN ATAQUE ACIDO
NOTA: El promedio obtenido en este cuadro es de 54.80 Kgs.

(FIGURA 16). Vista al microscopio electrónico de barrido de estructura metálica grabada por calor en medio ácido. 210 x.

(FIGURA 7). Patrón de grabado obtenido por calor en medio ácido. 1000 x.

(FIGURA 18). Vista al microscopio electrónico de barrido de estructura metálica grabada utilizando la técnica del grabado electrolítico. 210 x.

(FIGURA 8). Patrón de grabado obtenido al utilizar la técnica del grabado electrolítico. 1000 x.

(FIGURA 9). Vista al microscopio electrónico de barrido de estructura metálica sin ataque ácido. 1000 x.

(FIGURA 10). Vista al microscopio electrónico de barrido de estructura metálica sin ataque ácido al ser utilizado el rugosímetro. 1000 x.

(FIGURA 11). Vista al microscopio electrónico de barrido de estructura metálica grabada por calor en medio ácido cuando es utilizado el rugosímetro. 1000 x.

(FIGURA 12). Vista al microscopio elctrónico de barrido de estructura metálica grabada electrolíticamente una vez utilizado el rugosímetro. 1000 x.

CONCLUSIONES:

  1. Los valores retentivos del conjunto metal-metal cementado donde se utilizó la técnica del grabado electrolítico, fueron hallados más altos cuando se compararon con aquellos donde se utilizó la técnica de grabado por calor en medio ácido y muestra control respectivamente.
  2. Medidas comparativas de los valores medios para el procedimiento del grabado electrolítico, fueron encontrados más aptos que cuando tasaron con los valores del procedimiento de grabado por calor en medio ácido y muestra control respectivamente.
  3. Al interpretar los resultados obtenidos del análisis al microscopio electrónico de las muestras grabadas con las técnicas descritas anteriormente, se observó un ataque más profundo de la matríz interdendrítica Berilio-Níquel en la muestra grabada electrolíticamente, que cuando se utilizó la técnica del grabado por calor en medio ácido.
  4. El análisis al microscopio electrónico de las muestras grabadas cuando se utilizó el rugo3ímeTro- determinó que la irregularidad producida en la muestra metálica cuando se empleó la técnica de grabado electrolítico, es mayor que la conseguida con el grabado por calor en medio ácido y la muestra control respectivamente.
  5. En consecuencia, según estos resultados, se puede concluir que la técnica utilizada en el procedimiento "A ", a través de esta investigación, es más recomendable que la técnica empleada en el proc%dimiEntn "B".

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