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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 최한철
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 조선대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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티타늄 및 티타늄 합금은 좋은 기계적 특성 및 부식저항성, 우수한 생체적합성 때문에 생체재료로써 널리 사용되어 왔다. Ti-25Ta-xZr 삼원계 합금은 현재 사용되고 있는 Ti-6Al-4V 합금의 독성문제를 해결해줄 무독성원소로 이루어져 있으며, Zr 함량을 0, 3, 7 및 15 wt. % 가 되도록 변수를 주었으며, 아크멜팅법을 이용하여 합금을 설계하였다. 제조된 합금은 1000 ℃에서 12시간동안 열처리한 후 급냉하여 두께 2.5 mm, 지름 10 mm의 디스크형태로 시편을 준비하였다. 1 M H3PO4 + 0.8 wt. % NaF를 첨가한 전해질 용액에서 양극산화 처리하여 표면에 나노튜브를 형성하였으며, 전기화학적인 방법과 물리적인 방법을 이용하여 거칠기를 부여한 표면에 하이드록시아파타이트 코팅을 하였다. 본 논문에서는, 양극산화법과 두 단계의 HA 코팅 법을 이용하여 합금표면에 나노구조의 거칠기를 부여하고 하이드록시아파타이트 코팅을 함으로써 뼈와의 접착성을 극대화시키는 연구를 진행하였다.
모든 시편의 표면특성은 OM, FE-SEM, EDS 및 XRD를 사용하여 분석하였다. 시편에 나노튜브를 형성 후, 하이드록시아파타이트를 코팅한 Ti-25Ta-xZr 합금 표면의 접촉각을 측정하여 표면 젖음성 (wettability)을 평가하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
1. 광학현미경 분석 결과, Ti-25Ta 합금의 미세조직은 주로 마르텐사이트 구조가 관찰되었으나, Zr 함량이 증가할수록 마르텐사이트 구조가 사라지고 등축정 구조가 나타났다. 또한 XRD분석 결과 Ti-25Ta 합금에서 주로α”피크를 보였으며 Zr함량이 증가할수록 α”의 피크가 감소하고. β상의 피크가 증가하였다.
2. Zr 함량이 적은 합금의 경우는 나노튜브 배열이 불규칙하게 배열되었지만, Ti-25Ta-15Zr의 경우 큰 튜브 주위에 작은 튜브가 균일하게 배열되었다.
3. Zr의 함량이 증가할수록, 나노튜브의 길이가 증가되었다.
4. 전기화학적 증착법을 이용한 하이드록시아파타이트 코팅의 표면은 Ti-25Ta-3Zr까지는 나뭇잎 모양의 석출물 형태를 보였으며, Zr 함량이 증가할수록 꽃모양의 석출물 형태로 표면이 변화 하였다.
5. 전기화학적인 방법으로 하이드록시아파타이트를 코팅한 후에, 물리적인 방법으로 HA를 코팅한 경우가 좀 더 조밀하고, 균일한 표면을 보였다. 코팅 표면의 조성분석은 EDS 분석 결과, 하이드록시아파타이트가 균일하게 형성되었다.
6. 접촉각 측정결과, 나노튜브를 형성 후, 하이드록시아파타이트 코팅한 시편의 표면이 가장 낮은 접촉각을 보였다.
결론적으로, 나노튜브를 형성한 후 두 단계의 하이드록시아파타이트 코팅 처리한 Ti-25Ta-xZr 합금은 나노 구조를 형성하여 넓은 비표면적을 갖기 때문에 세포가 잘 자랄 수 있는 환경을 제공하였으며, 뼈와 유사한 성분인 하이드록시아파타이트를 코팅함으로써 골융합성을 향상시킬 수 있을 것으로 생각된다.
모든 시편의 표면특성은 OM, FE-SEM, EDS 및 XRD를 사용하여 분석하였다. 시편에 나노튜브를 형성 후, 하이드록시아파타이트를 코팅한 Ti-25Ta-xZr 합금 표면의 접촉각을 측정하여 표면 젖음성 (wettability)을 평가하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
1. 광학현미경 분석 결과, Ti-25Ta 합금의 미세조직은 주로 마르텐사이트 구조가 관찰되었으나, Zr 함량이 증가할수록 마르텐사이트 구조가 사라지고 등축정 구조가 나타났다. 또한 XRD분석 결과 Ti-25Ta 합금에서 주로α”피크를 보였으며 Zr함량이 증가할수록 α”의 피크가 감소하고. β상의 피크가 증가하였다.
2. Zr 함량이 적은 합금의 경우는 나노튜브 배열이 불규칙하게 배열되었지만, Ti-25Ta-15Zr의 경우 큰 튜브 주위에 작은 튜브가 균일하게 배열되었다.
3. Zr의 함량이 증가할수록, 나노튜브의 길이가 증가되었다.
4. 전기화학적 증착법을 이용한 하이드록시아파타이트 코팅의 표면은 Ti-25Ta-3Zr까지는 나뭇잎 모양의 석출물 형태를 보였으며, Zr 함량이 증가할수록 꽃모양의 석출물 형태로 표면이 변화 하였다.
5. 전기화학적인 방법으로 하이드록시아파타이트를 코팅한 후에, 물리적인 방법으로 HA를 코팅한 경우가 좀 더 조밀하고, 균일한 표면을 보였다. 코팅 표면의 조성분석은 EDS 분석 결과, 하이드록시아파타이트가 균일하게 형성되었다.
6. 접촉각 측정결과, 나노튜브를 형성 후, 하이드록시아파타이트 코팅한 시편의 표면이 가장 낮은 접촉각을 보였다.
결론적으로, 나노튜브를 형성한 후 두 단계의 하이드록시아파타이트 코팅 처리한 Ti-25Ta-xZr 합금은 나노 구조를 형성하여 넓은 비표면적을 갖기 때문에 세포가 잘 자랄 수 있는 환경을 제공하였으며, 뼈와 유사한 성분인 하이드록시아파타이트를 코팅함으로써 골융합성을 향상시킬 수 있을 것으로 생각된다.
목차
CONTENTSLIST OF TABLES ......................................................... ⅢLIST OF FIGURES ........................................................ Ⅳ국문초록 ............................................................... ⅥⅠ. INTRODUCTION ........................................................ 1Ⅱ. BACKGROUND .......................................................... 32.1. Titanium and titanium alloys ..................................... 32.1.1 Alpha titanium alloys ................................... 32.1.2 Beta titanium alloys ........................................ 42.1.3 Alpha + beta titanium alloys .................................. 42.2. Anodization ..................................................... 72.2.1 Nanotube formation on the Ti alloy .............................. 92.3. Hydroxyapatite (HA) ............................................. 132.4. Surface treatment method for HA coating ......................... 152.4.1 Electrochemical deposition of HA ............................. 182.4.2 The sputtering process for HA coating ........................ 19Ⅲ. MATERIALS AND METHODS .............................................. 213.1. Preparation of Ti-25Ta-xZr alloys .............................. 213.2. Analysis of surface characteristics for Ti-25Ta-xZr alloys ..... 213.3. Nanotubular oxide formation on the alloy surface................. 233.4. HA coating on nanotubular Ti-25Ta-xZr alloysby electrochemical deposition method ............................ 243.5. HA coating by the radio-frequency(RF) magnetron sputtering ...... 273.6. Surface wettability test ....................................... 29Ⅳ. RESULTS AND DISCUSSION .............................................. 304.1. Microstructures of Ti-25Ta-xZr alloys .......................... 304.2. The nanotubular structure of Ti-25Ta-xZr alloy .................. 354.3. The HA coating on nanotubular Ti-25Ta-xZr alloys byelectrochemical deposition method .............................. 384.4. The RF-sputtered HA coating on HA deposited Ti-25Ta-xZr alloys............................................................... 454.5. Wettability of Ti-25Ta-xZr alloys with various surface modification ............................................................... 48Ⅴ. CONCLUSIONS ........................................................ 50- REFERENCES - .......................................................... 52
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