High temperature oxidation of Fe-19Cr and Fe-19Cr-0.2Ti alloys is studied at 1173-1373 K in 16.5 kPa $O_2$ - balances $N_2$ atmosphere aimed at clarifying the effect of titanium addition. Oxidation rate of Fe-19Cr alloy was accelerated with titanium. For both alloys chromium rich $(Fe,\;Cr)_2O_3$ was formed as a major oxidation product. On Fe-19Cr-0.2Ti alloy, a thin layer composed of spinel type oxide and titanium oxide was also formed and an internal oxidation of titanium was observed. Titanium was concentrated at the oxide surface and internal oxidation zone but a small amount of titanium was also found in the intermediate corundum type $(Fe,\;Cr)_2O_3$ layer. Crystals of corundum type $(Fe,\;Cr)_2O_3$ formed on Fe-19Cr alloy are coarse but that formed on Fe-19Cr -0.2Ti alloys were fine and columnar. Reason for the difference in oxidation kinetics and crystal structure will be discussed relating to the distribution of aliovalent titanium in corundum type $(Fe,\;Cr)_2O_3$ oxide layer.
Kim, Jong-Do;Kwak, Myung-Sub;Song, Moo-Keun;Park, Seung-Ha
Journal of Welding and Joining
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v.27
no.6
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pp.68-73
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2009
Recently, as titanium and titanium alloys are being increasingly used in wide areas, there are on-going researches to obtain high quality weld zone. In particular, growing interest is being drawn to laser welding, which involves low heat input and large aspect ratio in various welding processes and can facilitate shield in atmospheric condition compared with electron beam welding. The first report covered the analysis of embrittlement by the bead color of weld zone through quantitative analysis of oxygen and nitrogen and measurement of hardness as basic experiment to apply laser welding to titanium. Results indicated that the element that affect embrittlement the most was nitrogen, and as embrittlement and oxygenation go on, bead color changed to silver, gold, brown, blue and gray. This study performed butt welding of pure titanium and STS304 by using 1kW CW Nd:YAG laser, and to find out basic physical properties, evaluated welding performance by laser output, welding speed, root gap and misalignment etc, and examined mechanical properties through tensile stress and Erichsen test. The reason particles of pure titanium welded metal and HAZ are greater than STS304 is because they are pure metal and do not include many impure elements that work as nuclei in case of resolidification, thus becoming coarse columnar crystals eventually. In addition, the reason STS304 requires more energy during welding than pure titanium is because the particle size of base metal is smaller.
Purpose: The reaction of cells to a titanium implant depends on the surface characteristics of the implant which are affected by decontamination. The aim of this study was to evaluate the cytocompatibility of titanium disks treated with various decontamination methods, using salivary bacterial contamination with dental pellicle formation as an in vitro model. Methods: Sand-blasted and acid-etched (SA) titanium disks were used. Three control groups (pristine SA disks [SA group]; salivary pellicle-coated SA disks [pellicle group]; and biofilm-coated, untreated SA disks [NT group]) were not subjected to any decontamination treatments. Decontamination of the biofilm-coated disks was performed by 14 methods, including ultrasonic instruments, rotating instruments, an air-powder abrasive system, a laser, and chemical agents. MG63 cells were cultured in the presence of the treated disks. Cell proliferation assays were performed on days 2 and 5 of cell culture, and cell morphology was analyzed by immunofluorescence and scanning electron microscopy (SEM). A vascular endothelial growth factor (VEGF) assay was performed on day 5 of culture. Results: The cell proliferation assay revealed that all decontaminated disks, except for the 2 groups treated using a plastic tip, showed significantly less cell proliferation than the SA group. The immunofluorescence and SEM analyses revealed that most groups showed comparable cell density, with the exception of the NT group, in which the cell density was lower and bacterial residue was observed. Furthermore, the cells grown with tetracycline-treated titanium disks showed significantly lower VEGF production than those in the SA group. Conclusions: None of the decontamination methods resulted in cytocompatibility similar to that of pristine SA titanium. However, many methods caused improvement in the biocompatibility of the titanium disks in comparison with the biofilm-coated, untreated titanium disks. This suggests that decontamination is indispensable for the treatment of peri-implantitis, even if the original biocompatibility cannot be restored.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.78-78
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2017
Pure Titanium and alloy have been widely used in dental implants and orthopedics due to their excellent mechanical properties, biocompatibility and corrosion resistance. However, due to the biologically inactive nature of Ti metal implants, it cannot bind to the living bone immediately after transplantation into the body. In order to improve the bone bonding ability of titanium implants, many attempts have been made to alter the structure, composition and chemical properties of titanium surfaces, including the deposition of bioactive coatings. The PEO method has the advantages of short experiment time and low cost. These advantages have attracted attention recently. Recently, many metal ions such as silicon, magnesium, zinc, strontium, and manganese have received attention in this field due to their impact on bone regeneration. 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 promotes bone metabolism and growth. Manganese (Mn) is an essential trace metal found in all tissues and is required for normal amino acid, lipid, protein and carbohydrate metabolism. The objective of this work was research on the corrosion behavior of Si, Zn and Mn-doped hydroxyapatite on the PEO-treated surface. Anodized alloys was prepared at 270V~300V voltage in the solution containig Zn, Si, and Mn ions. Ion release test was carried out using potentidynamic and AC impedance method in 0.9% NaCl solution. The surface characteristics of PEO treated Ti-6Al-4V alloy were investigated using XRD, FE-SEM, AFM and EDS.
The purpose of this study was to compare surface roughness and bone formation around two types of threaded commercially pure titanium implants manufactured by two different companies. The test implants were manufactured by Sumin synthesis dental materials Co. (Avana, Busan, Korea), while the controls were manufactured by Nobel Biocare (MK II, Goteborg, Sweden). To compare bone formation adjacent to newly product implant with $Br{\aa}nemark$ MK II implant, surface roughness was measured by Accurate 1500M and histomorphometric analysis was done. The results were as follows: 1. Measurement of surface roughness showed that Avana implant had a slightly more irregular surface compared with $Br{\aa}nemark$ implant. 2. In the light microscopic studies, no infiltration of inflammatory cells nor the giant cells were observed on both groups. 3. In the light and fluorescent microscopic studies, the amount of osseointegration and the extent and the timing of bone formation were similar. 4. There were no statistically difference between two groups in the average bone to implant con-tacts. Branemark implant; 67% (SD 23%), Avana implant; 70% (SD 16%). Comparing with $Br{\aa}nemark$ implant, Avana implant made of CP grade II titanium showed similar good bone healing, formation and osseointegration.
PURPOSE. Dental implant has gained clinical success over last decade with the major drawback related to osseointegration as properties of metal (Titanium) are different from human bone. Currently implant procedures include endosseous type of dental implants with nanoscale surface characteristics. The objective of this review article is to summarize the role of nanotopography on titanium dental implant surfaces in order to improve osseointegration and various techniques that can generate nanoscale topographic features to titanium implants. MATERIALS AND METHODS. A systematic electronic search of English language peer reviewed dental literature was performed for articles published between December 1987 to January 2012. Search was conducted in Medline, PubMed and Google scholar supplemented by hand searching of selected journals. 101 articles were assigned to full text analysis. Articles were selected according to inclusion and exclusion criterion. All articles were screened according to inclusion standard. 39 articles were included in the analysis. RESULTS. Out of 39 studies, seven studies demonstrated that bone implant contact increases with increase in surface roughness. Five studies showed comparative evaluation of techniques producing microtopography and nanotopography. Eight studies concluded that osteoblasts preferably adhere to nano structure as compared to smooth surface. Six studies illustrated that nanotopography modify implant surface and their properties. Thirteen studies described techniques to produce nano roughness. CONCLUSION. Modification of dental osseous implants at nanoscale level produced by various techniques can alter biological responses that may improve osseointegration and dental implant procedures.
Statement of problem. Surface microgrooves on Ti substrata have been shown to alter the expression of genes responsible for various biological activities of cultured fibroblasts. However, their effect on enhancing cell proliferation is not yet clear. Purpose. The purpose of this study was to determine the dimension of surface microgrooves on Ti substrata that enhances proliferation and alters gene expression of cultured human gingival fibroblasts. Material and methods. Commercially pure Ti discs with surface microgrooves of monotonous $3.5{\mu}m$ in depth and respective 15 and $30{\mu}m$ in width were fabricated using photolithography and used as the culture substrata in the two experimental groups in this study (TiD15 and TiD30), whereas the smooth Ti was used as the control substrata (smooth Ti group). Human gingival fibroblasts were cultured on the three groups of titanium substrata and the proliferation, DNA synthesis, and gene expression of theses cells were analyzed and compared between all groups using XTT assay, BrdU assay, and reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR), respectively. Results. From the XTT assay at 48 h incubation, the proliferation of human gingival fibroblasts in TiD30 was significantly enhanced compared to that in smooth Ti and TiD15. The results from the BrdU assay showed that, at 24 h incubation, the DNA synthesis was significantly enhanced in TiD30 compared to that in smooth Ti. In RT-PCR, increase in the expression of PCR transcripts of fibronectin, CDK6, $p21^{cip1}$ genes was noted at 48h incubation. Conclusion. Surface microgrooves $30{\mu}m$ in width and $3.5{\mu}m$ in depth on Ti substrata enhance proliferation and alter gene expression of cultured human gingival fibroblasts.
$TiO_2$ coated coal fly ash has been prepared in order to develop the low price $TiO_2$ photocatalyst and spread out its utilizing field. $TiO_2$ particles is coated on the surface of coal fly ash by precipitation method. In this method, $TiCl_4$ aqueous solution was used as a titanium stock solution and $NH_4HCO_3$ was used as a precipitant. The titanium hydroxide precipitated on the surface of coal fly ash in these neutralizing reaction process was oxidized by heat treatment in temperature ranges of $300~700^{\circ}C$. The crystal structure of the generated titanium dioxide showed anatase type. The crystal size of titanium dioxide increased with raising the temperature of heat treatment, but the removal ability of NO gas decreased. When the titanium dioxide was heated at temperature ranges of $300~ 400^{\circ}C$ for 2 hours, the crystal size of titanium dioxide appeared about 9nm, and the removal rate of NO gas showed 85~ 92%. The whiteness of $TiO_2$ coated coal fly ash increased with raising the coating rate of titanium dioxide and the temperature of heat treatment.
Park, Ki-Deog;Lee, Bo-Ah;Piao, Xing-Hui;Lee, Kyung-Ku;Park, Sang-Won;Oh, Hee-Kyun;Kim, Young-Joon;Park, Hong-Ju
The Journal of Advanced Prosthodontics
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v.5
no.4
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pp.402-408
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2013
PURPOSE. The aim of this study was to evaluate the surface properties and in vitro bioactivity to osteoblasts of magnesium and magnesium-hydroxyapatite coated titanium. MATERIALS AND METHODS. Themagnesium (Mg) and magnesium-hydroxyapatite (Mg-HA) coatings on titanium (Ti) substrates were prepared by radio frequency (RF) and direct current (DC) magnetron sputtering.The samples were divided into non-coated smooth Ti (Ti-S group), Mg coatinggroup (Ti-Mg group), and Mg-HA coating group (Ti-MgHA group).The surface properties were evaluated using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The surface roughness was evaluated by atomic force microscopy (AFM). Cell adhesion, cell proliferation and alkaline phosphatase (ALP) activity were evaluated using MC3T3-E1 cells. Reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) analysis was performed. RESULTS. Cross-sectional SEM images showed that Mg and Mg-HA depositionson titanium substrates were performed successfully. The surface roughness appeared to be similaramong the three groups. Ti-MgHA and Ti-Mg group had improved cellular responses with regard to the proliferation, alkaline phosphatase (ALP) activity, and bone-associated markers, such as bone sialoprotein (BSP) and osteocalcin (OCN) mRNA compared to those of Ti-S group. However, the differences between Ti-Mg group and Ti-MgHA group were not significant, in spite of the tendency of higher proliferation, ALP activity and BSP expression in Ti-MgHA group. CONCLUSION. Mg and Mg-HAcoatings could stimulate the differentiation into osteoblastic MC3T3-E1 cells, potentially contributing to rapid osseointegration.
In this study, an expanded graphite-titanium oxide composite is developed from expanded graphite (EG) and titanium n-butoxide (TNB). EG is synthesized by chemical intercalation of natural graphite (NG) and rapid expansion at high temperature. TNB is used as the titanium source. The performances of the prepared EG-$TiO_2$ composite are characterized by BET surface area measurements, scan electron microscope (SEM), X-ray diffraction patterns (XRD) and energy dispersive X-ray analysis (EDX). The catalytic activities of the EG-$TiO_2$ composite are investigated by analysis of the degradation of methylene blue (MB) in aqueous solution under irradiation of UV light. Compared with the pristine $TiO_2$ and activity carbon-$TiO_2$ (AC-$TiO_2$) composite, the EG-$TiO_2$ composite shows very high efficiency against MB solution, and the EG could improve the photocatalytic effect of $TiO_2$ in the MB degradation reaction under the irradiation of UV light.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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