Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.4
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pp.718-725
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2016
In this study, the plastic flow curve of commercially pure titanium sheet (CP Ti) actively used in the plate heat exchanger etc., was evaluated. The plastic flow curve known as hardening curve is a key factor needed in conducting finite element analyses (FEA) for the forming process of a sheet material. A hydraulic bulge test was performed on the CP Ti sheet and the strain in this test was measured using the DIC method and ARAMIS system. The measured true stress-true strain curve from the hydraulic bulge test (HBT) was compared with that from the tensile test. The measured true stress-true strain curve from the hydraulic bulge test showed stable plastic flow curve over the strain range of 0.7 which cannot be obtained in the case of the uniaxial tensile test. The measured true stress-true strain curve from the hydraulic bulge test can be fitted well by the hardening equation known as the Kim-Tuan model.
A commercially pure Ti(CP-Ti) and Ti-25wt%Pd alloy for dental applications were cast into a phosphate-bonded Al$_2$$O_3$/ $SiO_2$ investment mold and the surface of the casting specimens were investigated by means of SEM/EDS, XRD and XPS. The addition of 25wt%Pd in CP-Ti showed a moderate mold reaction owing to the considerable lowering of melting point. XRD analysis of the investment after burn-out treatment revealed that it consisted essentially of $SiO_2$, Al$_2$$O_3$, P$_2$O$\_$5/, Mg$_3$(P $O_4$)$_2$, AlP $O_4$, Mg$_2$$SiO_4$, MgAl$_2$$O_4$ The mold reaction products were Ti$\_$5/Si$_3$ and Ti $O_2$ in case of CP-Ti casting and Ti $O_2$ and SiO$\_$x/ in case of Ti-25wt% Pd casting.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2018.06a
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pp.75-75
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2018
Commercially pure titanium (CP-Ti) and Ti-6Al-4V alloys have been widely used in implant materials such as dental and orthopedic implants due to their corrosion resistance, biocompatibility, and good mechanical properties. However, surface modification of titanium and titanium alloys is necessary to improve osseointegration between implant surface and bone. Especially, when titanium oxide nanotubes are formed on the surface of titanium alloy, cell adhesion is greatly improved. In addition, plasma electrolytic oxide (PEO) coatings have a good safety for osseointegration and can easily and quickly form coatings of uniform thickness with various pore sizes. Recently, the effects of bone element such as magnesium, zinc, strontium, silicon, and manganese for bone regeneration are researching in dental implant field. The purpose of this study was researched on the surface morphology of PEO-treated Ti-6Al-4V alloy after anodic titanium oxide treatmentusing various instruments. Ti-6Al-4V ELI disks were used as specimens for nanotube formation and PEO-treatment. The solution for the nanotube formation experiment was 1 M $H_3PO_4$ + 0.8 wt. % NaF electrolyte was used. The applied potential was 30V for 1 hours. The PEO treatment was performed after removing the nanotubes by ultrasonics for 10 minutes. The PEO treatment after removal of the nanotubes was carried out in the $Ca(CH_3)_2{\cdot}H_2O+(CH_3COO)_2Mg{\cdot}4H_2O+Mn(CH_3COO)_2{\cdot}4H_2O+Zn(CH_3CO_2)_2Zn{\cdot}2H_2O+Sr(CH_2COO)_2{\cdot}0.5H_2O+C_3H_7CaO_6P$ and $Na_2SiO_3{\cdot}9H_2O$ electrolytes. And the PEO-treatment time and potential were 3 minutes at 280V. The morphology changes of the coatings on Ti-6Al-4V alloy surface were observed using FE-SEM, EDS, XRD, AFM, and scratch tester. The morphology of PEO-treated surface in 5 ion coating solution after nanotube removal showed formation or nano-sized mesh and micro-sized pores.
Titanium oxide film was deposited on the commercially pure titanium (cp-Ti) by thermal oxidation method for its medical application. The cp-Ti disks were cleaned and then heat-treated at the temperatures of 500, 550, 600, 650, and 700${\circ}C$, respectively, for 10 min in air or Ar. To test the ability of calcium phosphate formation, the specimens were immersed in the Eagle's minimum essential medium solution at 36.5${\circ}C$ for 15 days. The morphology and chemical composition of the surfaces before and after soaking were analyzed by using FE-SEM and EDS. The in-vitro formation of carbonated calcium phosphate on the thin films containing nano-sized $TiO_2$ crystals was identified.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.25
no.3
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pp.293-306
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2009
In this study, the biological response of fetal rat calvarial cells on alkali- and heat-treated titanium was assessed. The results were as follows; Cell proliferation on alkali- and heat-treated surfaces showed significantly higher level than on the titanium-6aluminum-4vanadium (weight percentage: 6 % aluminum, 4 % vanadium, Ti-6Al-4V) surface (p<0.01). In ELISA analysis, concentration of $IL-1{\beta}$ and IL-6 were raised when the cells were grown to day 7. Pre-treatment with herbimycin, a known tyrosine kinase inhibitor, suppressed the production of IL-6 (p<0.01). In comparison to commercially pure titanium (grade II, cp-Ti) and Ti-6Al-4V alloy, alkali- and heat-treated titanium enhanced alkaline phosphatase activity (p<0.001). In RT-PCR analysis, alkaline phosphatase, bone sialoprotein, receptor activated nuclear factor ligand mRNA expression was increased alkali- and heat-treated titanium. Herbimycin and SB203580, p38 MAPK inhibitor, were repressed of $IL-1{\beta}-induced$ IL-6 mRNA expression. These results suggest that alkali- and heat-treated titanium stimulate osteoblasts differentiation and facilitate bone remodeling.
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.
Purpose: The purpose of this study was to investigate the electrochemical characteristics of nanotubular Ti-25Nb-xZr ternary alloys for dental implant materials. Materials and Methods: Ti-25Nb-xZr alloys with different Zr contents (0, 3, 7, and 15 wt.%) were manufactured using commercially pure titanium (CP-Ti), niobium (Nb), and zirconium (Zr) (99.95 wt.% purity). The alloys were prepared by arc melting in argon (Ar) atmosphere. The Ti-25Nb-xZr alloys were homogenized in Ar atmosphere at $1,000^{\circ}C$ for 12 hours followed by quenching into ice water. The microstructure of the Ti-25Nb-xZr alloys was examined by a field emission scanning electron microscope. The phases in the alloys were identified by an X-ray diffractometer. The chemical composition of the nanotube-formed surfaces was determined by energy-dispersive X-ray spectroscopy. Self-organized $TiO_2$ was prepared by electrochemical oxidation of the samples in a $1.0M\;H_3PO_4+0.8wt.%$ NaF electrolyte. The anodization potential was 30 V and time was 1 hour by DC supplier. Surface wettability was evaluated for both the metallographically polished and nanotube-formed surfaces using a contact-angle goniometer. The corrosion properties of the specimens were investigated using a 0.9 wt.% aqueous solution of NaCl at $36^{\circ}C{\pm}5^{\circ}C$ using a potentiodynamic polarization test. Result: Needle-like structure of Ti-25Nb-xZr alloys was transform to equiaxed structure as Zr content increased. Nanotube formed on Ti-25Nb-xZr alloys show two sizes of nanotube structure. The diameters of the large tubes decreased and small tubes increased as Zr content increased. The lower contact angles for nanotube formed Ti-25NbxZr alloys surfaces showed compare to non-nanotube formed surface. The corrosion resistance of alloy increased as Zr content increased, and nanotube formed surface showed longer the passive regions compared to non-treatment surface. Conclusion: It is confirmed that corrosion resistance of alloy increased as Zr content increased, and nanotube formed surface has longer passive region compared to without treatment surface.
Seo, Yoon-Jeong;Oh, Gye-Jeong;Lee, Hyo-Il;Shin, Yoo-Jin;Kim, Hong-Joo;Park, Sang-Won
The Journal of Korean Academy of Prosthodontics
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v.51
no.4
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pp.261-268
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2013
Purpose: The purpose of this study was to investigate the effect of geometrically different wax pattern shapes and sizes on the castability of Grade2 Cp-Ti (commercially pure titanium). Materials and methods: Total of 40 mesh wax pattern ($61mm{\times}24mm$, 207 grids), ($61mm{\times}17mm$, 138 grids) was cast in this experiment. Depending on the geometrical shape of the wax pattern, 8 groups was organized; Flat, Semicircular, Horse-shoe and V-shape, each consisting 5 samples. Runner-bar sprue was used in all patterns. The number of completely cast grid in wax pattern served as a measure for the castability of comercially pure titanium. Results: The mean value of square count in each group was as followed; 133.20 squares in group SS (96.52%), 132.40 squares in group SH (95.94%), 132.00 squares in group SF (95.65%), 127.60 squares in SV (91.43%), 198.60 squares in group LF (95.94%), 197.80 squares in group LV (95.56%), 196.40 squares in group LS (94.88%), and 188.00 squares in group LH (90.82%). Conclusion: Within the limitations of this study the results indicate that there were no sttistically significant difference in castability of titanium regarding wax pattern shape (P>.05). However, Small size wax patterns were showing the noticeable castability more than Large size pattern.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2016.11a
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pp.199-199
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2016
Commercially pure titanium (cp-Ti) and Ti alloys (typically Ti-6Al-4V) display excellent corrosion resistance and biocompatibility. Although the chemical composition and topography are considered important, the mechanical properties of the material and the loading conditions in the host have, conventionally. Ti and its alloys are not bioactive. Therefore, they do not chemically bond to the bone, whereas they physically bond with bone tissue. The electrochemical deposition process provides an effective surface for biocompatibility because large surface area can be served to cell proliferation. Electrochemical deposition method is an attractive technique for the deposition of hydroxyapatite (HAp). However, the adhesions of these coatings to the Ti surface needs to be improved for clinical used. Plasma electrolyte oxidation (PEO) enables control in the chemical com position, porous structure, and thickness of the $TiO_2$ layer on Ti surface. In addition, previous studies h ave concluded that the presence of $Ca^{+2}$ and ${PO_4}^{3-}$ ion coating on porous $TiO_2$ surface induced adhesion strength between HAp and Ti surface during electrochemical deposition. Silicon (Si) in particular has been found to be essential for normal bone and cartilage growth and development. Zinc (Zn) plays very important roles in bone formation and immune system regulation, and is also the most abundant trace element in bone. The objective of this work was to study electrochemical characteristcs of Zn and Si coating on Ti-6Al-4V by PEO treatment. The coating process involves two steps: 1) formation of porous $TiO_2$ on Ti-6Al-4V at high potential. A pulsed DC power supply was employed. 2) Electrochemical tests were carried out using potentiodynamic and AC impedance methoeds. The morphology, the chemical composition, and the micro-structure an alysis of the sample were examined using FE-SEM, EDS, and XRD. The enhancements of the HAp forming ability arise from $Si/Zn-TiO_2$ surface, which has formed the reduction of the Si/Zn ions. The promising results successfully demonstrate the immense potential of $Si/Zn-TiO_2$ coatings in dental and biomaterials applications.
Seung-Woo Lee;Yun-Jong Kim;Jae-Gyeoung Ruy;Taik-Nam Kim
The Journal of Engineering Research
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v.6
no.2
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pp.23-32
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2004
Metals, ceramics and polymers are widely used as bioimplant materials. However, Ti and Ti alloys are widely used because of its high strength to weight ratio and good biocompatibility when implanted in the body. In this experiment, Ti alloys of Grade-4 (gr4), 0.2 wt % Fe, 0.5 wt % Fe and 2 wt % Fe were studied for their surface morphology and HAp forming ability on the metal substrate for different treatments. Intially, the samples were mechanically polished on silicone carbide paper (No.-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 heated in air at $600^{\circ}C$ for 1 hour. The surface morphology of these samples were studied using SEM. The SEM studies showed network of pores in all samples. These samples were immersed in stimulated body fluids (SBF) kept at $36.5^{\circ}C$ for different periods over the length of 1 to 14 days. The apatite formation was confirmed on all Ti-alloys using EDAX.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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