The use of titanium alloys as biomaterials is increasing due to their superior biocompatibility and enhanced corrosion resistance compared to conventional stainless steels and cobalt-based alloys. Ti-6Al-4V ($\alpha+\beta$type) alloy instead of pure titanium ($\alpha$type) is being widely used as biomaterials has some characteristics such as high fatigue strength, tensile strength and corrosion resistance. But it has been reported recently that the vanadium element expresses cytotoxicity and the aluminium element is related with dementia of Alzheimer type and neurotoxicity. In order to overcome their detrimental effects, $\beta$-phase stabilizer Nb was chosen in the present study. This paper was described the influence of phase changes of Ti-Nb alloys on mechanical properties. Ti-3wt.%Nb($\alpha$type),Ti-20wt.%Nb($\alpha+\beta$type) and Ti-40wt.%Nb($\beta$type) alloys were melted by vacuum arc furnace. The specimens were homogenized at 1050$^{\circ}C$ for 24hr and were then hot rolled to 50% reduction. Each alloys were solution heat treated at $\beta$ zone and $\alpha+\beta$ zone after homogenization and then were aged. The mechanical properties of Ti alloys were analysed by hardness test, tensile test, elongation test and SEM test. The results can be summarized as follows: 1) The higher hardness value of $\alpha+\beta$type alloy was obtained compared to the, $\alpha,\beta$type alloys. 2) The aged treated showed better hardness compared to the solution heat treated, homogenized. 3) In the case of solution and aging treatment at $\beta$region, the $\alpha+\beta$type alloy showed the most highest tensile strength and $\beta$type alloy showed the best elongation.
Beta-type alloys are the most versatile class of titanium alloys. They offer the highest strength to weight ratios and very attractive combinations of strength, toughness, and fatigue resistance inlarge cross sections [1]. The present study was made to obtain useful information for the design of ${\beta}$-type titanium alloys with high-strength properties by using the $DV-X{\alpha}$ method. Employing two calculated parameters, the bond order (Bo) and the d-orbital energy level (Md) of alloying elements in ${\beta}$-type titanium alloy was introduced and used for prediction of mechanical properties. Thus, high-strength titanium alloys were designed by calculating the Md and Bo values of the previous and present titanium alloys.
The use of titanium alloys as biomaterials is increasing due to their superior biocompatibility and enhanced corrosion resistance compared to conventional stainless steels and cobalt-based alloys. Ti-6Al-4V ($\alpha+\beta$type) alloy instead of pure titanium ($\alpha$type) is being widely used as biomaterials has some characteristics such as high fatigue strength, tensile strength and corrosion resistance. It also has similar characteristics to Ti in inducing bony ingrowth. But it has been reported recently that the vanadium element expresses cytotoxicity and carcinogenicity and the aluminium element is related with dementia of Alzheimer type and neurotoxicity. In order to overcome their detrimental effects, $\beta$-phase stabilizer Nb was chosen in the present study. CP-Ti(ASTM grade 2), Ti-3wt.%Nb($\alpha$type), Ti-20wt.%Nb ($\alpha+\beta$type) and Ti-40 wt.%Nb($\beta$type) alloys were melted by vacuum arc furnace. Biocompatibility of Ti-Nb alloys was evaluated by cytotoxicity test. The results can be summarized as follows: 1. For the cytotoxicity test, Ti-Nb alloys showed excellent biocompatibility compared to CP-Ti(ASTM grade 2), 316L STS and Co-Cr alloys.
Titanium alloys have been used for dental materials due to it's very good biocompatibility. Ti-6Al-4V alloy instead of pure titanium is being widely used as biomaterials has some characteristics such as high fatigue strength, tensile strength and corrosion resistance. But it has been reported recently that the vanadium element expresses cytotoxicity and carcinogenicity and the aluminium element is related with dementia of Alzheimer type and neurotoxicity. The Ti-Nb alloys has designed and examined corrosion resistance. Ti-3wt.%Nb($\alpha$type), Ti-20wt.%Nb(${\alpha}+{\beta}$type) and Ti-40wt.%Nb($\beta$type) alloys were melted by vacuum arc furnace. The corrosion resistance of Ti alloys was evaluated by potentiodynamic polarization test in the solution of 0.9% NaCl and 5% HCl. The results can be summarized as follows: 1) For the corrosion test in the solution of 0.9% NaCl and 5% HCl, the corrosion behaviour of Ti-Nb alloys was similar to ASTM grade 2 CP Ti. 2) The corrosion resistance of Ti-20Nb alloy was better than that of CP-Ti, Ti-3Nb, Ti-40Nb alloy in 0.9% NaCl and 5% HCl, solutions.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.10a
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pp.786-789
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1997
Ti-6Al-4V has been used widely in biomedical field. But because of its toxicity, the ${\beta}$ stabilizing element, V, in Ti-6Al-4V has been replaced by Nb, Ta. Ti-10Ta-10Nb has been developed for biomedical applications. The fatigue crack propagation behavior of Ti-alloy(Ti-10Ta-10Nb) was investigated, in comparison with that of pure Ti. In order to better understand the fundamental fatigue behavior of Ti-10Ta-10Nb, rotating bending fatigue tests have been carried out. Ti-10Ta-10Nb has a better fatigue strength than pure Ti. In this paper, fatigue life has been predicted with Nisitani's equation of the fatigue crack propagation that can be established by measuring fatigue crack growth rates.
Both commercially pure titanium and Ti-6Al-4V alloy have been widely used as biomaterials because of their excellent biocompatibility, corrosion resistance and mechanical properties. However, in recent years, vanadium has been found to cause cytotoxic effects and adverse tissue reactions, while aluminium has been associated with potential neurological disorders. A newly designed ${\alpha}+{\beta}$ type Ti alloy, Ti-10Ta-10Nb alloy showed superior properties to CP Ti and Ti-6Al-4V alloy in the point of biomaterial, and elucidated the future uses as a biomaterial. Microstructural changes of Ti-10Ta-10Nb alloy after hot-rolling, warm-rolling, solution and aging treatment were investigated. According to TEM results, the microstructures after solution treatment were composed of mostly ${\alpha}$ phase with a trace of ${\beta}$ phase due to adding ${\beta}$-phase stabilizer tantalum and niobium. The microstructures after warm-rolling is coarse and elongated ${\alpha}$ phase and hot rolling resulted in very fine ${\alpha}$ widmanst$\ddot{a}$tten. The highest value of hardness was obtained by aging treatment at $400^{\circ}C$ for 20hr in which microstructure consisted of very fine ${\alpha}$ phase in ${\beta}$ matrix.
${\alpha}$-titanium alloy has a relatively low heat treatment characteristic and it is mainly subjected to heat treatment for residual stress, recovery or dynamic recrystallization. In this study, commercially pure titanium hollow castings was fabricated by gravity casting. Heat treatments were carried out at $750^{\circ}C$, $850^{\circ}C$ and $950^{\circ}C$ to investigate the effect of post-heat treatment on microstructure and mechanical properties. Beta-transus temperature ($T_{\beta}$) was about $913^{\circ}C$, and equiaxed microstructure was shown at temperature below $T_{\beta}$ and lath-type microstructure at temperature above $T_{\beta}$. Microstructure and mechanical properties did not show any significant difference in the direction of solidification for titanium hollow billet, so it can be seen that it was a well-made material for extrusion process. The optimum heat treatment condition of hollow billet castings for the seamless tube production was $850^{\circ}C$, 4 hr, FC, indicating a combination of equiaxed microstructure and appropriate mechanical properties.
타이타늄은 기계적 특성이 우수하고 생체적합성이 뛰어나 의료용 장비의 주 재료로 사용되고 있으며 타이타늄 보다 기계적 특성이 더 우수한 타이타늄 합금들(주로 Ti-6Al-4V와 Ti-6Al-7Nb 합금)도 개발되어 치과와 의료용 임플란트로 사용되고 있다. 그러나 타이타늄 합금 성분들 중 알루미늄 (aluminum)과 바나디움(vanadium)은 인체에 노출되면 세포손상과 신경계에 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 인체에 독성이 없으면서 기계적 성질과 생체적합성이 우수한 타이타늄 합금의 개발이 필요하다. 최근 인체에 독성이 없는 성분들이 함유된 새로운 ${\beta}$ - 형태의 타이타늄 합금들이 개발되고 있는데, ${\beta}$ - 타이타늄 합금은 그 기계적 성질이 기존의 ${\alpha}+{\beta}$ 타이타늄 합금에 비해 우수하다고 알려져 있다. 최근 새로운 ${\beta}$ - 타이타늄 합금이 전남대학교 부설 타이타늄 연구소에서 개발되었다. 이 연구는 새로 개발된 ${\beta}$ - 타이타늄 합금의 생채 적합성을 세포 증식도, 알카리 인산 분해 효소 활성과 유전자 증폭을 통해 알아보고자 하였다. 그 결과는 다음과 같다; 1. Titanium-6aluminum-4vanadium (Ti-6Al-4V) 합금 표면애서의 세포 증식율은 Titanium-Titanium8Tantalum-3Niobium (Ti-8Ta-3Nb) 합금과 순수 타이타늄 표면에 비해 유의하게 낮았다(p<0.00l). Ti-8Ta-3Nb 합금 표면에서의 증식도는 순수 타이타늄 표면과 유사하였다. 2. Ti-8Ta-3Nb 합금과 순수 타이타늄에서 배양된 세포이 알카리 인산 분해 효소의 활성도는 Ti-6Al-4V 합금에서의 것보다 유의하게 높았다 (p<0.001). 3. 유전자 증폭 분석 결과, Ti-8Ta-3Nb 합금과 순수 타이타늄에서 collagen type I과 bone sialoprotein mRNA 가 유사한 수준으로 발현되었다. 이상의 결과는 생체 적합성 측면에서 Ti-8Ta-3Nb 합금과 순수 타이타늄의 차이가 없음을 보여주며 따라서 Ti-8Ta-3Nb 합금이 의학 및 치의학 영역에서 새로운 임프란트 재료로 사용될 수 있음을 의미한다.
Rapuano, Bruce E.;Hackshaw, Kyle;Macdonald, Daniel E.
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.42
no.3
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pp.95-104
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2012
Purpose: The purpose of this study was to determine whether increasing the Ti6Al4V surface oxide negative charge through heat ($600^{\circ}C$) or radiofrequency plasma glow discharge (RFGD) pretreatment, with or without a subsequent coating with fibronectin, stimulated osteoblast gene marker expression in the MC3T3 osteoprogenitor cell line. Methods: Quantitative real-time polymerase chain reaction was used to measure changes over time in the mRNA levels for osteoblast gene markers, including alkaline phosphatase, bone sialoprotein, collagen type I (${\alpha}1$), osteocalcin, osteopontin and parathyroid hormone-related peptide (PTH-rP), and the osteoblast precursor genes Runx2 and osterix. Results: Osteoprogenitors began to differentiate earlier on disks that were pretreated with heat or RFGD. The pretreatments increased gene marker expression in the absence of a fibronectin coating. However, pretreatments increased osteoblast gene expression for fibronectin-coated disks more than uncoated disks, suggesting a surface oxide-mediated specific enhancement of fibronectin's bioactivity. Heat pretreatment had greater effects on the mRNA expression of genes for PTH-rP, alkaline phosphatase and osteocalcin while RFGD pretreatment had greater effects on osteopontin and bone sialoprotein gene expression. Conclusions: The results suggest that heat and RFGD pretreatments of the Ti6Al4V surface oxide stimulated osteoblast differentiation through an enhancement of (a) coated fibronectin's bioactivity and (b) the bioactivities of other serum or matrix proteins. The quantitative differences in the effects of the two pretreatments on osteoblast gene marker expression may have arisen from the unique physico-chemical characteristics of each resultant oxide surface. Therefore, engineering the Ti6Al4V surface oxide to become more negatively charged can be used to accelerate osteoblast differentiation through fibronectin-dependent and independent mechanisms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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