Effects of HA and TiN coating on the electrochemical characteristics of Ti-6AI-4V alloys for bone plates were investigated using various test methods. Ti-6AI-4V alloys were fabricated by using a vacuum induction furnace and bone plates were made by laser cutting and polishing. HA was made of extracted tooth sintered and then tooth ash was used as HA coating target. The TiN and HA film coating on the surface were carried on using electron-beam physical vapor deposition (EB-PVD) method. The corrosion behaviors of the samples were examined through potentiodynamic method in 0.9% NaCI solutions at $36.5\pm$$1^{\circ}C$ and corrosion surface was observed using SEM and XPS. The surface roughness of TiN coated bone plates was lower than that of tooth ash coated plates. The structure of TiN coated layer showed the columnar structure and tooth ash coated layer showed equiaxed and anisotrophic structure. The corrosion potential of the TiN coated specimen is comparatively high. The active current density of TiN and tooth ash coated alloy showed the range of about $1.0xl0^{-5}$$A\textrm{cm}^2$, whereas that of the non-coated alloy was$ 1.0xl0^{-4}$$A\textrm{cm}^2$. The active current densities of HA and TiN coated bone plates were smaller than that of non-coated bone plates in 0.9% NaCl solution. The pitting potential of TiN and HA coated alloy is more drastically increased than that of the non-coated alloy. The pit number and pit size of TiN and HA coated alloy decreased in compared with those of non-coated alloy. For the coated samples, corrosion resistance increased in the order of TiN coated, tooth ash coated, and non-coated alloy.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2018.06a
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pp.74-74
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2018
Ti-6Al-4V alloys have been widely used as orthopedic materials because of their excellent corrosion resistance and mechanical properties. However, it does not bind directly to the bone, so it requires a surface modification. This problem can be solved by nanotube and micropore formation. Plasma electrolytic oxidation (PEO) treatment for micropore, which combines high-voltage spark and electrochemical oxidation, is a new way of forming a ceramic coating on light metals such as titanium and its alloys. This method has excellent reproducibility and can easily control the shape and size of the Ti alloy. In this study, formation of bioactive surface by PEO-treatment after $2^{nd}$ ATO technique of Ti-6Al-4V alloy was invesgated by various instrument. Nanotube oxide surface structure was formed on the surface by anodic oxidation treatment in 0.8 wt.% NaF and 1M $H_3PO_4$ electrolytes. After nanotube formation, nanotube layer was removed by ultrasonic cleaning. PEO-treatment was carried out at 280V for 3 minutes in the electrolytic solution containing the bioactive substance (Mg, Zn, Mn, Sr, and Si). The surface of Ti-6Al-4V alloy was observed by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM, S-4800 Hitachi, Japan). An energy dispersive X-ray spectrometer (EDS, Inca program, Oxford, UK) was used to analyze the spectra of physiologically active Si, Mn, Mg, Zn, and Sr ions. The PEO film formed on the Ti-6Al-4V alloy surface was characterized using an X-ray diffractometer (TF-XRD, X'pert Philips, Netherlands). It is confirmed that bioactive ions play an essential role in the normal bone growth and metabolism of the human skeletal tissues.
In this study, we investigated the influences of potassium fluoride(KF) addition on the surface characteristics of plasma electrolytic oxidation(PEO) coating produced on Al alloy. The PEO of marine grade Al alloy(5083 grade) was conducted in KOH 1g/L solution adding different concentrations of KF(0, 1 and 2 g/L) under a galvanostatic regime. With KF addition, unusual behavior was observed on the voltage-time characteristic curves, which can be characterized by the following process: (i) initial rapid increase in voltage (ii) a short plateau after 1st breakdown (iii) gradual increase in voltage (iv) intermittent fluctuation of voltage after 2nd breakdown. The SEM observation revealed irregular surface morphology with KF addition, as compared with one formed without KF addition, which had a reticulate structure. The XRD analysis detected the formation of aluminium hydroxide fluoride hydrate($H_{4.76}Al_2F_{3.24}O_{3.76}$) on surface grown by PEO process with KF. Particularly, at very early stage of the process (~ 120 s), thin film was formed having nanoporous structure, and F element was confirmed on surface by EDS analysis. The thickness and surface roughness of the coating increased with increasing KF concentration. As a result, KF addition was found to be less beneficial influences on PEO of marine grade Al alloy, and therefore needs further research to improve its capability.
Kim, Hae-Jin;Son, Mee-Kyoung;Park, Ji-Il;Chung, Hyun-Ju;Kim, Young-Joon
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.38
no.4
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pp.595-602
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2008
Purpose: Ti-6Al-4V alloy is widely used as an implant material because of its good biocompatibility and good mechanical property compared with commercial pure titanium. Otherwise, toxicity of aluminum and vanadium in vivo has been reported. Ti-8Ta-3Nb alloy is recently developed in the R&D Center for Ti and Special Alloys and it was reported that this alloy has high mechanical strength, no cytotoxicity and similar biocompatibility to commercial pure titanium, but many studies are needed for its clinical use. In these experiment, we carried out different surface treatment on each Ti-8Ta-3Nb alloy disks, then cultured cell on it and assessed biological response. Materials and Methods: cpTi, Ti-6Al-4V, Ti-8Ta-3Nb alloy disks were prepared and carried out sandblasting and acid etching (SLA) or alkali-heat treatment (AH) on the Ti-8Ta-3Nb alloy disks. We cultured primary rat calvarial cells on each surface and assessed early cell attachment and proliferation by scanning electron microscopy, cell proliferation, alkaline phosphatase activity. Result: The rates of cell proliferation on the cpTi, Ti-8Ta-3Nb AH disks were higher than others (p<0.05) and alkaline phosphatase activity was significantly enhanced on the Ti-STa-8Nb AH disks(p<0.05). Conclusion: Most favorable cell response was shown on the Ti-8Ta-3Nb AH surfaces. It is supposed that alkali-heat treatment of the Ti-8Ta-3Nb alloy could be induced earlier bone healing and osseointegration than smooth surface.
Al-Fe alloy layers on heated steel sheet were made by Al powder spray for 30 minutes at $700^{\circ}C$, $800^{\circ}C$ and $1000^{\circ}C$, respectively. As a results, for alloy layers formed at $700^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$, main phases were brittle phase $FeAl_3 and Fe_2Al_5$, hardnesses were very high (Hv 700~800), corrosion resistances were good and surfaces were smooth, but wear resistances were bad. For alloy layer formed at $1000^{\circ}C$, main phase was ductile phase $Fe_3Al$, hardness was low (Hv 300~400), corrosion and wear resistances were excellent, but surface was rough. Therefore, alloy layers that formed at $700^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$ were heat treated at $1000^{\circ}C$ for 10 minutes for the purpose of smooth surface and excellent wear resistance in this study. It was investigated that brittle phase $FeAl_3 and Fe_2Al_5$ of alloy layers fromed by Al powder spray at $700^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$ turn into ductile phase $Fe_3Al$ by heat treated at $1000^{\circ}C$ for 10 minutes without changing smooth surface. It was concluded that the alloy layers formed by Al powder spray on heated steel sheet at $700^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$ for 30 minutes and heat treated at $1000^{\circ}C$ for 10 minutes were excellent on wear and smooth surface.
This paper reports the studies on the wear-corrosion behavior of Al-Mg alloy in various pH environments. In various pH of sea water, corrosion and wear-corrosion loss of Al-Mg alloy were investigated. Also, the polarization test of Al-Mg alloy using potentiostat/galvanostat was carried out. And the rubbed surface of Al-Mg alloy using scanning electron micrographs after wear-corrosion test was examined in various pH values of sea water. The main results are as following : The polarization resistance of Al-Mg alloy in pH 4 solution is higer than that in pH 6.7 solution, and the corrosion current density in pH 4 is controlled than in pH 6.7 solution. The wear-corrosion loss of Al-Mg alloy with lowering pH becomes sensitive. As the oxide product of Al-Mg alloy appears granular structure and exholiation phenomenon, wear-corrosion loss of Al-Mg alloy increases.
Effects of plasma nitriding on the surface characteristics of tool steels have been investigated using wear tester, micro-hardness tester and scanning electron microscope (SEM) Commercial SKD 11 and SM45 alloy were used as specimens and were plasma nitrided using a plasma nitriding equipment for 5 hr and 10hr at $500^{\circ}C$. Microstructure and phase analysis were performed using SEM and XRD. It was found that plasma nitriding for lour at $500^{\circ}C$, compared with plasma nitriding for 10hr at $500^{\circ}C$, had a thick nitrided layer and produced a layer with good wear resistance and hardness as nitriding time increased. SKD11 alloy showed that wear resistance and hardness decreased, whereas surface roughness increased, compared with SM45 alloy.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.930-933
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2001
Titanium Alloys used in this experiment has an good corrosion resistance and specific strength, and is the new material developed for medical supplies living goods. In this study the rolled titanium alloy is done by annealing, solution heat-treatment and aging and then is worked by wire EDM. With changing the process conditions, the process properties of surface hardness, surface roughness, shape of process surface and the analysis of ingredients are measured through experiment repeating main cut and finish cut. It is confirmed to gain good measure values as increasing the number of processing of wire EDM. In this experiment the phenomena of processing is studied and the appropriate process condition is proposed.
AZ91D casting alloy requires an advanced plasma anodizing processing because large amount of defects are liable to generate during anodization. In this study, plasma electrolytic oxidation (PEO) of AZ91D Mg alloy was conducted by the application of either constant voltage or current using a pulse mode and its effects on pore formation, surface roughness and corrosion resistance were investigated. The PEO films showed a three-layer structure. The PEO film thickness was found to increase linearly with voltage. The surface roughness, Ra, ranged between $0.2{\mu}m$ and $0.3{\mu}m$. The corrosion resistance increased from RN 3.5 to 9.5 by the PEO treatment when evaluated according to the 72 hour salt spray test. The PEO-treated surface exhibited higher pitting potential than the raw material.
The effect of hardening methods and process parameters on surface hardening of a Ti-6Al-4V Alloy has been investigated in this study. To characterize the effectiveness of the respective surface hardening methods, samples of a Ti-6Al-4V alloy were self-quenched, laser-nitrided, laser-carburized, laser-carbonitrided at the same laser irradiation conditions. This experimental procedure was followed by comparing the microstructural evolutions and mechanical properties of the respective samples after the laser surface hardenings. The hardening characteristics of the respective laser surface hardenings were well defined in this study, and the hardness was significantly influenced by the reaction compounds and laser energy density.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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