Konfigurierbare Technische Elemente

Sigrid Löbig
Fakultät für Maschinenbau und Verfahrenstechnik

Neuer Sonderforschungsbereich der DFG in Chemnitz

Können Zähne "korrodieren"?

Zur Beständigkeit metallischer Dentalwerkstoffe

Bild 1a: Starke Korrosionsschäden ( Lochfraß) am Amalgam Vivadent Amalcap S. A. S.

Bild 1b: Keine sichtbaren Schäden zeigen sich an Heragam 48.

Um eine vergleichende Beurteilung zu ermöglichen, sind einfache Testverfahren erforderlich, die mit überschaubarem Zeit- und Mittelaufwand zumindest qualitative vergleichende Einschätzungen erlauben. Dies ist umso wichtiger, als dentale Werkstoffe teilweise ohne eine grundlegende Prüfung ihrer Eigenschaften durch neutrale Stellen auf den Markt gebracht werden können. Untersuchungen der Korrosion zahnärztlicher Amalgame haben vor längerer Zeit ergeben, daß bereits dreißig Tage nach Legen der Füllung die Korrosion überwiegend elektrochemischer Natur ist. Dies bedeutet, daß das Amalgam durch anodische Auflösung seiner Komponenten in Lösung geht, während anderenorts die kathodische Reduktion des im belüfteten Speichel stets vorhandenen Sauerstoffs stattfindet. Für eine vergleichende Beurteilung der Korrosionsstabilität sollte daher ein Verfahren geeignet sein, das von der Geschwindigkeit der anodischen Auflösung auf die Korrosionsgeschwindigkeit schließen läßt. Unter identischen experimentellen Bedingungen würde eine größere anodische Stromdichte einer schnelleren Korrosion entsprechen. Für einen solchen Vergleich ist die dynamische Messung von Stromdichte-Potential-Kurven (CV) eine wichtige Grundlage. Einschränkend wirkt dabei allerdings die Tatsache, daß die Korrosion im Mund unter stationären Bedingungen, d.h. bei einem konstanten oder sich nur sehr langsam ändernden Potential stattfindet, während die Messung der genannten Kurven in vitro (d. h. außerhalb der Mundhöhle) zeitliche Veränderungen des Potentials erfordert, die mit einer Beschleunigung der Messung zu immer kürzeren Verweilzeiten bei einem gegebenen Potential führen. Praktisch vertretbare Potentialveränderungsgeschwindigkeiten von wenigen Millivolt oder Millivoltbruchteilen in der Sekunde sind daher nur als ein Kompromiß zwischen dem Ideal der stationären Messung und der realen Forderung nach einer Messung in endlicher Zeit anzusehen. Es ist allerdings vor allem für vergleichende Untersuchungen wie den hier beschriebenen durchaus zulässig, eine endliche Durchlaufgeschwindigkeit zu wählen, wenn dies bei einem Vergleich mit Resultaten anderer Messungen berücksichtigt wird. Der besondere Vorteil der elektrochemischen Untersuchungsmethoden liegt in der Tatsache begründet, daß der Einfluß verschiedener Parameter (Zusammensetzung der Probe, der korrodierenden Lösungen, der Präparation etc.) gezielt separat und an prinzipiell unbegrenzt großen Probenzahlen studiert werden kann. Dieser Vorteil der Arbeit in vitro im Vergleich zu in-vivo-Untersuchungen wiegt die größere Praxisnähe von in-vivo-Studien vor allem bei vergleichenden Untersuchungen großer Probenzahlen auf. Beginnend mit der frischen Amalgamoberfläche wurden mit jeder Probe zehn CVs aufgezeichnet. Die Kurven waren durch einen langsamen Stromanstieg im anodischen Hinlauf und unterschiedlich ausgeprägte Strompeaks im kathodischen Rücklauf gekennzeichnet. Letztere verursacht die Reduktion der anodisch gebildeten Korrosionsprodukte. Das weitgehende Fehlen definierter Strompeaks, die bei der zyklischen Voltammetrie definierte Reduktions- oder Oxidationsprozesse anzeigen, geht auf die komplexe Zusammensetzung der Amalgame zurück. Die zahlreichen Metalle in ihnen bilden eine Vielzahl von metallischen Mischphasen mit zum Teil nur wenig bekanntem Korrosionsverhalten. Die beobachteten Ströme sind daher die Summe zahlreicher gleichzeitig ablaufender Korrosionsvorgänge. Die gemessenen zyklischen Voltammogramme lassen für die Amalgamproben die Festlegung eines Durchbruchspotentials ED (ebenfalls ein Maß für die Korrosionsanfälligkeit), ab dem eine elektrochemische Korrosion einsetzt, nicht zu. Für die vergleichende Beurteilung haben wir die anodische Korrosionsstromdichte bei ESCE = 300 mV als Grundlage für die weitere Auswertung ermittelt. Je nach Vorbehandlung der Probe (Politur, Temperung) wurden sehr verschiedene Entwicklungen dieser Stromdichte in Abhängigkeit von der Zahl der CVs gefunden. Bei der überwiegenden Zahl der Proben fiel die Stromdichte mit steigender Zyklenzahl rasch ab, da gebildete Passivschichten der zahlreichen möglichen Korrosionsprodukte das Amalgam vor weiterer Korrosion schützen. Die Temperung, mit der typische Temperaturschwankungen im Mund simuliert werden sollten, bewirkte meistens ebenso wie die Politur zu einer Verminderung der Korrosionsstromdichte. Ein Vergleich der Stromdichten im zehnten Zyklus für alle untersuchten Proben (Bild 2) zeigt deutlich die überlegene Stabilität der High Copper Single Composition (HCSC)-Legierungen im Vergleich zu den High Copper Dispersion (HCD)-Legierungen.

Bild 2: Korrosionsstromdichte im zehnten Potentialdurchlauf.

Berücksichtigt man die unterschiedliche zeitliche Entwicklung der Korrosionsstromdichte in Abhängigkeit von der Zyklenzahl, so sind Amalgame wünschenswert, bei denen ein rascher Abfall der Stromdichte beobachtet wird. Dieses rasche Repassivierungsverhalten ist vorteilhaft, da bei mechanischer Beschädigung der Passivschicht das Verhalten der frischen Amalgamoberfläche die Korrosionsanfälligkeit bestimmt. HeragamR 48 und ContourR haben sich hier als deutlich überlegen erwiesen. Die geringe Zahl von Arbeiten zur Übertragbarkeit von in vitro gewonnenen Daten für Amalgame auf die in vivo-Situation begrenzt die Aussagekraft der hier gefundenen Resultate. Es erscheint für die Praxis dennoch zweckmäßig, nach den vorliegenden Meßergebnissen ein wenig korrosionsanfälliges Amalgam auszuwählen; das durch eine möglichst geringe Korrosionsstromdichte ausgezeichnet ist. Die mit den untersuchten Legierungen erhaltenen CVs sind durch einen rapiden Stromanstieg bei Überschreiten eines kritischen Potentials ausgezeichnet. Wegen der bei den Legierungen ebenfalls komplexen Zusammensetzung der Proben ist eine Zuordnung des anodischen Stroms zu einem spezifischen Korrosionsprozeß nicht möglich. Soweit reproduzierbare CVs erhalten wurden, konnte kein Einfluß des Gußverfahrens festgestellt werden. Alle Palladium-Basis-Legierungen zeigen einen passiven Bereich bis ca. ESCE = 1055 .. 1185 mV, in diesem Bereich setzt ein starker anodischer Stromanstieg ein. Die durch Tangentenbildung ermittelten Werte der Durchbruchspotentiale ED zeigt Bild 3. Die klare Erkennbarkeit eines definierten Durchbruchspotentials macht die Klassifizierung der verschiedenen Legierungen hinsichtlich ihrer Anfälligkeit für Korrosion leichter.

Bild 3: Durchbruchspotentiale der untersuchten Legierungen, die Balken geben den Bereich an, in dem die ermittelten Werte von ED liegen.

Während zwischen den verschiedenen Palladium-Legierungen keine für das Korrosionsverhalten aufschlußreichen Unterschiede von ED festzustellen waren, waren Nickel-Chrom- und mit Einschränkungen Kobalt-Chrom-Legierungen erheblich korrosionsanfälliger (kleinere ED). Klinische Mißerfolge beim Gebrauch der letztgenannten Materialien bestätigen dies. Die Kombination werkstoffkundlicher und elektrochemischer Verfahren zur vergleichenden Beurteilung verschiedener Materialien und des Einflusses der Verarbeitungsbedingungen erweist sich als sinnvoll und leistungsfähig.

Prof. Dr. Rudolf Holze
Fakultät für Naturwissenschaften