Ti-6Al-4V alloys are widely used as metal-lic biomaterials in dentistry and orthopedics due to its excellent biocompatibility and me-chanical properties. However, because of low biological activity, it is difficult to form bone growth directly on the surface of titanium implants. For this reason, surface treatment of plasma electrolytic oxidation(PEO) was used for dental implants. To enhance bioac-tivity on the surface, strontium(Sr) and sili-con(Si) ions can be added to PEO treated sur-face in the electrolyte containing these ions. The presence of Sr in the coating enhances osteoblast activity and differentiation, where-as it inhibits osteoclast production and prolif-eration. And Si has been found to be essen-tial for normal bone, cartilage growth, and development. In this study, electrochemical characteristics of Ca, P, Sr, and Si ions from PEO-treated Ti-6Al-4V alloy surface was re-searched using various experimental instruments. DC power is used and Ti-6Al-4V al-loy was subjected to a voltage of 280 V for 3 minutes in the electrolyte containing 5, 10, 20M% Sr ion and 5M% Si ion. The morphol-ogies of PEO-treated Ti-6Al-4V alloy by electrochemical anodization were examined by field-emission scanning electron micro-scopes (FE-SEM), energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS), x-ray diffraction (XRD) and corrosion analysis using AC impedance and potentiodynamic polarization test in 0.9% NaCl solution at similar body tempera-ture using a potentiostat with a scan rate of 1.67mV/s and potential range from -1500mV to + 2000mV.
Electrochemical behaviors of surface modified and MC3T3-E1 cell cultured Ti-30Ta alloys have been investigated using various electrochemical methods. The Ti alloys containing Ta were melted by using a vacuum furnace and then homogenized for 6 hrs at $1000^{\circ}C$. MC3T3-E1 cell culture was performed with MC3T3-E1 mouse osteoblasts for 2 days. The microstructures and corrosion resistance were measured using FE-SEM, XRD, EIS and potentiodynamic test in artificial saliva solution at $36.5{\pm}1^{\circ}C$. Ti-Ta alloy showed the martensite structure of ${\alpha}+{\beta}$ phase and micro-structure was changed from lamellar structure to needle-like structure as Ta content increased. Corrosion resistance increased as Ta content increased. Corrosion resistance of cell cultured Ti-Ta alloy increased predominantly in compared with non cell cultured Ti- Ta alloy due to inhibition of the dissolution of metal ion by covered cell. $R_p$ value of MC3T3-E1 cell cultured Ti-40 Ta alloy showed $1.60{\times}10^6{\Omega}cm^2$ which was higher than those of other Ti alloy. Polarization resistance of cell-cultured Ti-Ta alloy increased in compared with non-cell cultured Ti alloy.
Electrochemical properties of Ti-30Ta-$(3{\sim}15)$Nb alloys coated by HA/Ti compound layer have been studied by various electrochemical method. Ti-30Ta binary alloys contained 3, 7, 10, and 15 wt% Nb contents were manufactured by the vacuum furnace system. The specimens were homogenized for 24 hrs at $1000^{\circ}C$. The samples were cut and polished for corrosion test and coating. It was coated with HA/Ti compound layer by magnetron sputter. The HA/Ti non-coated and coated morphology of Ti alloy were analyzed by x-ray diffractometer(XRD) and filed emission scanning electron microscope(FE-SEM). The corrosion behaviors were investigated using potentiodynamic method in 0.9% NaCl solution at $36.5{\pm}1^{\circ}C$. The homoginazed Ti-30Ta-$(3{\sim}15wt%$)Nb alloys showed the ${\alpha}+{\beta}$ phase, and ${\beta}$ phase peak was predominantly appeared with increasing Nb content. The microstructure of Ti alloy was transformed from needle-like structure to equiaxed structure as Nb content increased. HA/Ti composite surface showed uniform coating layer with 750 nm thickness. The corrosion resistance of HA/Ti composite coated Ti-alloys were higher than those of the non-coated samples in 0.9% NaCl solution at $36.5{\pm}1^{\circ}C$. Especially, corrosion resistance of Ti-Ta-Nb system increased as Nb content increased.
Van Phuong, Nguyen;Lee, Kyuhwan;Lee, Sangyeol;Moon, Sungmo
한국표면공학회:학술대회논문집
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한국표면공학회 2013년도 춘계학술대회 논문집
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pp.62-62
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2013
Magnesium alloys exhibit many attractive properties such as low density, high strength/weight ratio, high thermal conductivity, very good electromagnetic features and good recyclability. However, most commercial magnesium alloys require protective coatings because of their poor corrosion resistance. Attempts have been made to improve the corrosion resistance of the Mg alloys by surface treatments, such as chemical conversion coatings, anodizing, plating and metal coatings. Among them, chemical conversion coatings are regarded as one of the most effective and cheapest ways to prevent corrosion of Mg alloys. In this study, the effects of various $Zn^{2+}$ concentrations and pH levels on the formation of zinc phosphate conversion coatings (ZPCCs) on AZ31 magnesium alloy were investigated, and corrosion resistances of the coated samples were evaluated by immersion test and potentiodynamic polarization experiment. The corrosion resistance of the coated AZ31 samples was found to increase with increasing $Zn^{2+}$ concentration and the lowest corrosion rate was obtained for the samples coated at pH of 3.07, independent of $Zn^{2+}$ concentration. The best coatings on AZ31 were obtained at [$Zn^{2+}$] = 0.068 M and pH 3.07. At the conditions of [$Zn^{2+}$] = 0.068 M and pH 3.07, the formation and growth processes of ZPCCs on AZ31 Mg alloy are divided into four stages: formation of a dense layer, precipitation of fine crystals on the dense layer, growths of the inner and outer layers, and reorganization of outer crystalline layer.
Titanium and titanium alloys are widely used for orthopedic and dental implants for their superior mechanical properties, low modulus, excellent corrosion resistance and good biocompatibility. In this study, corrosion behaviors of nanotube formed on the bone plate of Ti-6Al-4V alloy for dental use have been investigated. $TiO_2$ nanotubes were formed on the dental bone plates by anodization in $H_3PO_4$ containing 0.6 wt % NaF solution at $25^{\circ}C$. Electrochemical experiments were performed using a conventional three-electrode configuration with a platinum counter electrode and a saturated calomel reference electrode. Anodization was carried out using a scanning potentiostat (EG&G Co, Model 263A USA), and all experiments were conducted at room temperature. The surface morphology was observed using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and energy dispersive x-ray spectroscopy(EDS). The corrosion behavior of the dental bone plates was examined using potentiodynamic test(potential range of -1500~2000 mV) in a 0.9% NaCl solution by potentiostat (EG&G Co, PARSTAT 2273. USA). The inner diameter of nanotube was about 150~180 nm with wall thickness of about 20 nm. The interspace of nanotube to nanotube was 50 nm. The passive region of the nanotube formed bone plates showed the broad range compared to non-nanotube formed bone plates. The corrosion surface of sample was covered with corrosion products.
Yttria stabilized zirconia (YSZ) coating was formed on AA1050 Al alloys by aerosol deposition (AD), and its electrochemical corrosion properties were investigated in 3.5 wt% NaCl and 0.5M $H_2SO_4$ solutions. The crack-free, dense, and ~5 ${\mu}m$ thick YSZ coating was successfully obtained by AD. The as-deposited coating was composed of cubic-YSZ nanocrystallites of ~10 nm size. The potentiodynamic test indicated that the YSZ coated Al alloy had much lower corrosion current densities (2 nA/$cm^2$) by comparison to uncoated sample and exhibited a passive behavior in anodic branch. Particularly, a pitting breakdown potential could not be identified in $H_2SO_4$. EIS tests revealed that the impedance of YSZ coated sample was ${\sim}10^6{\Omega}cm^2$ in NaCl and ${\sim}10^7{\Omega}cm^2$ in $H_2SO_4$, which was about 3 or 4 orders of magnitude higher than that of uncoated sample. Consequently, the corrosion resistance of Al alloy had been significantly enhanced by the YSZ coating.
Highly corrosion resistance performance of CrAlSiN coatings were obtained by applying ultrathin $Al_2O_3$ thin films using atomic layer deposition (ALD) method. CrAlSiN coatings were prepared on Cr adhesion layer/SUS304 substrates by a hybrid coating system of arc ion plating and high power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) method. And, ultrathin $Al_2O_3$ passivation layer was deposited on the CrAlSiN/Cr adhesion layer/SUS304 sample to protect CrAlSiN coatings by encapsulating the whole surface defects of coating using ALD. Here, the high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM) and energy dispersive X-ray spectrometry (EDX) analysis revealed that the ALD $Al_2O_3$ thin films uniformly covered the inner and outer surface of CrAlSiN coatings. Also, the potentiodynamic and potentiostatic polarization test revealed that the corrosion protection properties of CrAlSiN coatings/Cr/SUS304 sample was greatly improved by ALD encapsulation with 50 nm-thick $Al_2O_3$ thin films, which implies that ALD-$Al_2O_3$ passivation layer can be used as an effect barrier layer of corrosion.
The defects of partial denture frameworks are mainly shrinkage porosity, inclusions, micro-crack, particles from investment, and dendritic structure. In order to investigate a good casting condition of partial denture frameworks, the three casting alloys and casting methods were used and detected casting defects were analyzed by using electrochemical methods. Three casting alloys (63Co-27Cr-5.5Mo, 63Ni-16Cr, 63Co-30Cr-5Mo) were prepared for fabricating partial denture frameworks with various casting methods; centrifugal casting (Kerr, USA), high frequency induction casting (Jelenko Eagle, USA), vacuum pressure casting (Bego, Germany). The casting temperature was $1,380^{\circ}C$ (63Co-27Cr-5.5Mo and 63Ni-16Cr) and $1,420^{\circ}C$ (63Co-30Cr-5Mo). The casting morphologies were analyzed using FE-SEM and EDX. The corrosion test of the dendritic structure was performed through potentiodynamic method in 0.9% NaCl solutions at $36.5^{\circ}C$ and corrosion surface was observed using SEM. The defects of partial denture frameworks improved in the order of centrifugal casting, high frequency induction casting, and vacuum pressure casting method, especially, pore defects were found at part of clasp in the case of centrifugal casting method. The structure of casting showed dendritic structure for three casting alloys. In the 63Co-27Cr-5.5Mo and 63Co-30Cr-5Mo, $\alpha$-Co and $\varepsilon$-Co phases were identified at matrix and $${\gamma}$-Ni_2$Cr second phase were shown in 63Ni-16Cr. Also, the corrosion resistance of cast structure increased in the order of vacuum pressure casting, high frequency induction casting, and centrifugal casting method.
Effects of HA and TiN coating on the electrochemical characteristics of Ti-6AI-4V alloys for bone plates were investigated using various test methods. Ti-6AI-4V alloys were fabricated by using a vacuum induction furnace and bone plates were made by laser cutting and polishing. HA was made of extracted tooth sintered and then tooth ash was used as HA coating target. The TiN and HA film coating on the surface were carried on using electron-beam physical vapor deposition (EB-PVD) method. The corrosion behaviors of the samples were examined through potentiodynamic method in 0.9% NaCI solutions at $36.5\pm$$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.
In this study, corrosion behavior of a SA178-A alloy used in the boiler tube of a district heating system was investigated in different environments where it was exposed to pure water, district heating (DH) water, and filtered district heating (FDH) water. After the corrosion test, the surface morphology was examined for observation of the number of pitting sites and pitting area fraction, using a scanning electron microscope. The DH water and FDH water conditions resulted in a lower corrosion potential and pitting potential, and revealed a significantly higher corrosion rate than the pure water condition. The pitting sites in the DH water (pH 9.6) were approximately eighteen times larger than those in the pure water (pH 9.6). Compared to the DH water, the corrosion potential became more noble in the FDH water condition, where iron ions were reduced through filtration. However, the corrosion rate increased in the FDH water due to an increased concentration of chloride ions, which deteriorated the stability of passive film.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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