Kim, Woo-Cheol;Kim, Seon-Hong;Kim, Jung-Gu;Kim, Young-Yul
Corrosion Science and Technology
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v.15
no.2
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pp.43-53
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2016
In this study, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used to examine the changes in the electrochemical properties of biodegradable pure magnesium implanted into Sprague-Dawley rats for three days. The in vivo test results were compared with those of the in vitro tests carried out in Hank's, dilute saline and simulated body fluid (SBF) solutions. The in vitro corrosion rates were 20~1700 fold higher, as compared to the in vivo corrosion rates. This discrepancy is caused by biomolecule adsorption on the surface, which prevents the transport of water into the magnesium surface on in vivo testing. Among the in vitro experimental conditions, the corrosion rate in SBF solution had the least difference from the in vivo implanted specimen.
Lee, Jong Kook;Eum, Sangcheol;Kim, Jaehong;Jang, Woo Yang
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.28
no.1
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pp.17-23
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2015
Hydroxyapatite coatings were fabricated by a room temperature spray method on zirconia substrates and the influence of heat-treatment on their microstructure was also investigated. Phase composition of coated hydroxyapatite films was similar to the starting powder, but the grain size of hydroxyapatite particles was reduced to the size of nano-scale about 100 nm. Grain size, particle compactness, and adhesiveness to zirconia of hydroxyapatite coatings were increased with heat-treatment temperature, but some of cracks by heat-treatment above $1100^{\circ}C$ were initiated between hydroxyapatite coatings and zirconia substrate. Heat-treated hydroxyapatite layers show the dissolution in SBF solution for 5 days. Hydroxyapatite-coated specimen heat-treated at $1100^{\circ}C$ for 1 h has a good biocompatibility, which specimen induced the nanocrystalline hydroxyapatite precipitates on the coating surface by the immersion in SBF solution for 5 days.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.32
no.5
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pp.183-190
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2022
Diopside (CaMgSi2O6) is known to have high bioactivity as well as excellent mechanical properties. In this study, we tried to improve the bioactivity of zirconia ceramics by surface coating of diopside and its bioactivity was investigated through an in vitro test. Surface coating on zirconia substrate was prepared by sol-gel method using a diopside sol which was prepared by dissolving Ca(NO3)2·4H2O, MgCl2·6H2O and Si(OC2H5)4 in ethanol with a fixed molar ratio and then hydrolysis. To examine the bioactivity of diopside coating, we examined the surface dissolution and the precipitation of new hydroxyapatite particles through in vitro test in SBF (Simulated Body Fluid) solution. Dense and thick diopside coating layers could be fabricated on zirconia substrate by sol-gel method. Also, we confirmed that they contained high bioactivity from the in vitro test, indicated the precipitation of hydroxyapatite particles after the 14 days immersion in SBF solution. In addition, we checked that the bioactivity of diopside coated layers was dependent on the repeated coating cycle and coating thickness.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.157-157
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2017
Titanium and its alloys that have a good biocompatibility, corrosion resistance, and mechanical properties such as hardness and wear resistance are widely used in dental and orthopedic implant applications. They can directly connect to bone. However, they do not form a chemical bond with bone tissue. Plasma electrolytic oxidation (PEO) that combines the high voltage spark and electrochemical oxidation is a novel method to form ceramic coatings on light metals such as titanium and its alloys. This is an excellent reproducibility and economical, because the size and shape control of the nano-structure is relatively easy. Silicon (Si), manganese (Mn), and magnesium (Mg) has a useful to bone. Particularly, Si has been found to be essential for normal bone, cartilage growth and development. Manganese influences regulation of bone remodeling because its low content in body is connected with the rise of the concentration of calcium, phosphates and phosphatase out of cells. Insufficience of Mn in human body is probably contributing cause of osteoporosis. Pre-studies have shown that Mg plays very important roles in essential for normal growth and metabolism of skeletal tissue in vertebrates and can be detected as minor constituents in teeth and bone. The objective of this work was to study nucleation and growth of bone-like apatite formation on Ti-6Al-4V in solution containing Mn, Mg, and Si ions after plasma electrolytic oxidation. Anodized alloys was prepared at 270V~300V voltages. And bone-like apatite formation was carried out in SBF solution for 1, 3, 5, and 7 days. The morphologies of PEO-treated Ti-6Al-4V alloy in containing Mn, Mg, and Si ions were examined by FE-SEM, EDS, and XRD.
Titanium is widely used as an implant material due to its excellent biocompatibility, but has a problem due to high cost and high Young's modulus compared to bone. Magnesium alloy is attracting attention as a material to replace it. Magnesium alloy, like titanium, has excellent biocompatibility and has a Young's modulus similar to that of bone. However, there are corrosion resistance problems due to corrosion, and various surface treatment methods are being studied to solve them. In this study, the ceramic coating layer was grown on the surface of the AZ31 magnesium alloy in an electrolytic solution containing EDTA, and the properties of the formed coating were analyzed through SEM and XRD to analyze the microstructure and shape, and measured the micro hardness of the coating layer. Corrosion properties in the body were evaluated through a corrosion test in SBF solution, a component similar to blood plasma.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.54
no.5
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pp.238-247
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2021
PEO (plasma electrolytic oxidation) was applied to modify the surface of AZ31 magnesium alloy in this study. The mixed solution of sodium hydroxide (NaOH) and sodium silicate (Na2SiO3) was used as the electrolyte, and 0 - 0.05 g/L of Ca-GP (Glycerol Phosphate Calcium salt) was added in the electrolyte as an additive. PEO treatment was conducted at a current density of 30mA/cm2 for 5 minutes using a DC power supply. The surface properties were identified by SEM, XRD and surface roughness analyses, and the corrosion resistance was evaluated by potentiodynamic polarization and immersion tests. In addition, the biocompatibility was evaluated by immersion test in SBF solution. As the concentration of Ca-GP was increased, the surface morphology was denser and more uniform, and the amount of Ca and the thickness of oxide layer increased. Only Mg peak was observed in XRD analysis due to very thin oxide layer. The corrosion resistance of PEO-treated samples increased with the concentration of Ca-GP in comparision with the untreated sample. In particular, the highest corrosion resistance was identified at the group of 0.04g Ca-GP through potentiodynamic polarization and immersion tests in saline solution (0.9 wt.%NaCl). During the immersion in saline solution, pH rapidly increased at the beginning of immersion period due to rapid corrosion, and then increase rate of pH decreased. However, the pH value in the SBF temporarily increased from 7.4 to 8.5 during the day, then decreased due to the inhibition of corrosion with HA(hydroxyapatite) formation.
Even though Ti-6Al-4V has gained popularity as an implant material, the possible dissolution of Al and V ions in body fluids remains a matter of concern. Though commercially pure Ti (Cp-Ti) overcomes this problem, the mechanical strength of pure titanium remains very low. Thus, in this experiment Cp-Ti was processed by Equal channel angular processing (ECAP), in order to increase the mechanical strength. The biocompatibility of ECAP-Ti, Cp-Ti and Ti-6Al-4V was examined by the apatite formation on each sample surface, after treating the surface with 5M NaOH and soaking in Simulated body fluids (SBF). Initially, the samples were mechanically polished on silicone carbide paper (#2000). The polished samples were treated with 5M NaOH solution at $60^{\circ}C$ for 24 hours. The NaOH treated samples were washed gently with distill water and dried at $40^{\circ}C$ for 1 day. The dried samples were heat treated in air at $600^{\circ}C$ for 1 hour. The surface morphology of these samples were studied using SEM and XRD. The SEM studies showed network of pores in all samples. The XRD showed oxide layer formation on Cp-Ti and Ti-6Al-4V. samples. However the oxide layer in ECAP-Ti was not substantial. These samples were immersed in SBF, kept at $36.5^{\circ}C$ for seven days period. At the end of 7 days, the apatite formation was confirmed only on Cp-Ti and was not observed in Ti-6Al-4V and ECAP-Ti. These observations of apatite formation relate to the fact that Cp-Ti showed greater oxide layer than other samples. The apatite examined was confirmed as tricalcium phosphate (TCP) using EDS and XRD.
The effect of alloying element Ca (0, 1, and 2 wt%) on corrosion resistance and bioactivity of the as-received and anodized surface of rolled plate AM60 alloys was investigated. A plasma electrolytic oxidation (PEO) was carried out to form anodic oxide film in $0.5mol\;dm^{-3}\;Na_3PO_4$ solution. The corrosion behavior was studied by polarization measurements while the in vitro bioactivity was tested by soaking the specimens in Simulated Body Fluid (1.5xSBF). Optical micrograph and elemental analysis of the substrate surfaces indicated that the number of intermetallic particles increased with Ca content in the alloys owing to the formation of a new phase $Al_2Ca$. The corrosion resistance of AM60 specimens improved only slightly by alloying with 2 wt% Ca which was attributed to the reticular distribution of $Al_2Ca$ phase existed in the alloy that might became barrier for corrosion propagation across grain boundaries. Corrosion resistance of the three alloys was significantly improved by coating the substrates with anodic oxide film formed by PEO. The film mainly composed of magnesium phosphate with thickness in the range $30-40{\mu}m$. The heat resistant phase of $Al_2Ca$ was believed to retard the plasma discharge during anodization and, hence, decreased the film thickness of Ca-containing alloys. The highest apatite forming ability in 1.5xSBF was observed for AM60-1Ca specimens (both substrate and anodized) that exhibited more degradation than the other two alloys as indicated by surface observation. The increase of surface roughness and the degree of supersaturation of 1.5xSBF due to dissolution of Mg ions from the substrate surface or the release of film compounds from the anodized surface are important factors to enhance deposition of Ca-P compound on the specimen surfaces.
Abdelhameed, Ahmed Amin E.;Chaudri, Khurrum Saleem;Kim, Yonghee
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.12
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pp.2699-2708
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2020
Helical-coil steam generator (HCSG) technology is a major design candidate for small modular reactors due to its compactness and capability to produce superheated steam with high generation efficiency. In this paper, we investigate the feasibility of the passively autonomous power maneuvering by coupling the 3-D transient multi-physics of a soluble-boron-free (SBF) core with a time-dependent HCSG model. The predictor corrector quasi-static method was used to reduce the cost of the transient 3-D neutronic solution. In the numerical system simulations, the feedwater flow rate to the secondary of the HCSGs is adjusted to extract the demanded power from the primary loop. This varies the coolant temperature at the inlet of the SBF core, which governs the passively autonomous power maneuvering due to the strongly negative coolant reactivity feedback. Here, we simulate a 100-50-100 load-follow operation with a 5%/minute power ramping speed to investigate the feasibility of the passively autonomous load-follow in a 450 MWth SBF PWR. In addition, the passively autonomous frequency control operation is investigated. The various system models are coupled, and they are solved by an in-house Fortran-95 code. The results of this work demonstrate constant steam temperature in the secondary side and limited variation of the primary coolant temperature. Meanwhile, the variations of the core axial shape index and the core power peaking are sufficiently small.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.48
no.5
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pp.185-193
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2015
Anodization of die-casted AZ91D magnesium alloy was carried out using silicate based electrolyte solution instead of fluoride based solution to improve biocompatibility of oxidized layers. The anodic layer obtained from silicate based solution has smaller size of pore and smoother surface, resulting in lower corrosion rate in simulate body solution (SBF). Effect of enhanced structural and chemical properties in oxidized layer on biocompatibility was carefully considered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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