Ti-6Al-4V alloys are mainly used as dental materials due to their excellent biocompatibility, corrosion resistance, and chemical stability. However, they have a low bioactivity with bioinertness in the body. Therefore, they could not directly bond with human bone. To improve their applications, their bone bonding ability and bone formation capacity should be improved. Thus, the objective of this study was to improve the bioinert surface of titanium alloy substrate to show bioactive characteristics by performing surface modification using wollastonite powder. Commercial bioactive wollastonite powder was successfully deposited onto Ti-6Al-4V alloy using a room temperature spray process. It was found that wollastonite-coated layer showed homogeneous microstructure and uniform thickness. Corrosion resistance of Ti-6Al-4V alloy was also improved by plasma electrolytic oxidation treatment. Its wettability and bioactivity were also greatly increased by wollastonite coating. Results of this study indicate that both plasma electrolytic oxidation treatment and wollastonite coating by room temperature spray process could be used to improve surface bioactivity of Ti-6Al-4V alloy substrate.
Magnesium alloy have good physical properties such as good castability, good vibration absorption, high strength/weight ratios. Despite the desirable properties, the poor resistance of Mg alloy impedes their use in many various applications. Therefore, magnesium alloy require surface treatment to improve hardness, corrosion and wear resistance. Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) is one the surface treatment methods to form oxide layer on Mg alloy in alkali electrolyte. In comparison with Anodizing, there is environmental process having higher hardness and faster deposition rate. In this study, the characteristics of oxide film were examined after coating the AZ31 Mg alloy through the PEO process. We changed concentration of sodium aluminate into $K_2ZrF_6$, KF base electrolyte. The morphologies of the coating layer were characterized by using scanning electron microscopy (SEM). Corrosion resistance also investigated by potentiodynamic polarization analysis. As a result, propertiy of oxide layer were changed by concentration of sodium aluminate. Increasing with concentration of sodium aluminate in electrolyte, the oxidation layer was denser and the pore size was smaller on the surface.
Oxide layers were formed by an environmentally friendly plasma electrolytic oxidation (PEO) process on AZ91 Mg alloy. PEO treatment also resulted in strong adhesion between the oxide layer and the substrate. The influence of the KF electrolytic solution and the structure, composition, microstructure, and micro-hardness properties of the oxide layer were investigated. It was found that the addition of KF instead of KOH to the $Na_2SiO_3$ electrolytic solution increased the electrical conductivity. The oxide layers were mainly composed of MgO and $Mg_2SiO_4$ phases. The oxide layers exhibited solidification particles and pancake-shaped oxide melting. The pore size and surface roughness of the oxide layer decreased considerably with an increase in the concentration of KF, while densification of the oxide layers increased. It is shown that the addition of KF to the basis electrolyte resulted in fabricating of an oxide layer with higher surface hardness and smoother surface roughness on Mg alloys by the PEO process. The uniform thickness of the oxide layer formed on the Mg alloy substrates was largely determined by the electrolytic solution with KF, which suggests that the composition of the electrolytic solution is one of the key factors controlling the uniform thickness of the oxide layer.
This paper presents a brief summary on a relatively new plasma aided electrolytic surface treatment process for light metals. A brief discussion regarding the advantages, principle, process parameters and applications of this process is discussed. The process owes its origin to Sluginov who discovered an arc discharge phenomenon in electrolysis in 1880. A similar process was studied and developed by Markov and coworkers in 1970s who successfully deposited an oxide film on aluminium. Several investigation thereafter lead to the establishment of suitable process parameters for deposition of a crystalline oxide film of more than $100{\mu}m$ thickness on the surface of light metals such as aluminium, titanium and magnesium. This process nowadays goes by several names such as plasma electrolytic oxidation (PEO), micro-arc oxidation (MOA), anodic spark deposition (ASD) etc. Several startups and surface treatment companies have taken up the process and deployed it successfully in a range of products, from military grade rifles to common off road sprockets. However, there are certain limitations to this technology such as the formation of an outer porous oxide layer, especially in case of magnesium which displays a Piling Bedworth ratio of less than one and thus an inherent non protective oxide. This can be treated further but adds to the cost of the process. Overall, it can be said the PEO process offers a better solution than the conventional coating processes. It offers advantages considering the fact that he electrolyte used in PEO process is environmental friendly and the temperature control is not as strict as in case of other surface treatment processes.
본 연구에서는 AZ31 마그네슘 합금의 내식성을 향상시키기 위하여 플라즈마 전해산화(PEO, plasma electrolytic oxidation)법을 이용하여 다양한 용액에서 양극 및 음극 펄스전류를 인가하여 형성하였다. PEO피막 내부에 형성된 기공의 모양 및 크기를 에폭시 레플리카법을 이용하여 관찰하였다. PEO 피막 내부의 기공의 크기는 용액의 pH가 증가할수록 작아졌으며 균열의 크기는 증가하였다.
본 연구에서는 AZ31 마그네슘 합금의 내식성을 향상시키기 위하여 플라즈마 전해산화(PEO, plasma electrolytic oxidation)법을 이용하여 $5{\sim}50{\mu}m$ 두께의 산화피막을 형성시켰으며, 염수침지법, 동전위 분극실험 및 a.c. 임피던스 측정법을 이용하여 형성된 산화피막의 특성을 평가하였다. 플라즈마 전해산화 피막은 다양한 용액에서 펄스전류를 인가하여 형성하였으며, 플라즈마 전해산화 처리된 AZ31 마그네슘 합금 시편은 증류수에서 실링 처리할 경우 0.5 M NaCl용액에 침지 시 600 시간동안 부식이 일어나지 않았다.
본 연구에서는 AZ31 마그네슘 합금의 내식성을 향상시키기 위하여 플라즈마 전해산화(PEO, plasma electrolytic oxidation)법을 이용하여 다양한 용액에서 양극 및 음극 펄스전류를 인가하여 형성하였다. 형성된 PEO피막의 두께는 용액 중 음이온의 종류에 가장 크게 의존하였으며, PEO 피막의 표면거칠기는 피막의 두께가 두꺼울수록 더 커지는 결과를 얻었다. PEO피막의 경도는 규산이온이 포함된 용액에서 형성된 피막이 가장 높게 나타났으며, 알루미나 입자들과 같이 단단한 입자들을 용액 중에 포함시킬 경우 피막 내부에 함침되어 피막의 경도를 향상 시킬 수 있었다.
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.
Pure Mg and Mg-6wt.%Al alloy were coated by the plasma electrolytic oxidation with various coating times and the microstructural and mechanical characteristics of the coatings were investigated. The coatings on pure Mg and Mg-6wt.%Al alloy consisted of MgO and $Mg_2SiO_4$. The surface roughness and thickness of the coatings became larger as the coating time increased. The coatings on the Mg-6wt.%Al alloy were more uniform and thicker than those on pure Mg. The microhardness and friction coefficient of the coatings increased progressively as the coating time increased. In addition, the coatings on the Mg-6wt.%Al alloy compared to pure Mg showed improved microhardness and a better friction coefficient.
For the purpose of manufacturing a high efficiency TiO2 photocatalyst, B-doped TiO2 photocatalysts are synthesized using a plasma electrolytic oxidation method in 0.5 M H2SO4 electrolyte with different concentrations of H3BO3 as additive. For the B doped TiO2 layer fabricated from sulfuric electrolyte having a higher concentration of H3BO3 additive, the main XRD peaks of (101) and (200) anatase phase shift gradually toward the lower angle direction, indicating volume expansion of the TiO2 anatase lattice by incorporation of boron, when compared with TiO2 layers formed in sulfuric acid with lower concentration of additive. Moreover, XPS results indicate that the center of the binding energy peak of B1s increases from 191.45 eV to 191.98 eV, which suggests that most of boron atoms are doped interstitially in the TiO2 layer rather than substitutionally. The B doped TiO2 catalyst fabricated in sulfuric electrolyte with 1.0 M H3BO3 exhibits enhanced photocurrent response, and high efficiency and rate constant for dye degradation, which is ascribed to the synergistic effect of the new impurity energy band induced by introducing boron to the interstitial site and the improvement of charge transfer reaction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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