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. Plasma electrolyte oxidation (PEO) enables control in the chemical composition, porous structure, and thickness of the TiO2 layer on Ti surface. 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 on electrochemical behaviors of PEO-treated Ti-6Al-4V Alloy in solution containing Zn and Si ions. The morphology, the chemical composition, and the microstructure analysis of the sample were examined using FE-SEM, EDS, and XRD. The potentiodynamic polarization and AC impedance tests for corrosion behaviors were carried out in 0.9% NaCl solution at similar body temperature using a potentiostat. The promising results successfully demonstrated the immense potential of Si/Zn-TiO2 coatings in dental and biomaterials applications.
Park, Deok-Yong;Chang, Chong-Hyun;Oh, Yong-Jun;Myung, Nosang V.;Yoo, Bongyoung
한국표면공학회지
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제55권3호
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pp.143-155
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2022
Ceramic oxide layers successfully were formed on the surface of cast Al alloys with high Si contents using plasma electrolytic oxidation (PEO) process in electrolytes containing Na2SiO3, NaOH, and additives. The microstructure of the oxide layers was systematically analyzed using scanning electron microscopy (SEM), cross-sectional transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction patterns (XRD), and energy X-ray dispersive spectroscopy (EDS). XRD analysis indicated that the PEO untreated high-silicon Al alloys (i.e., 17.1 and 11.7 wt.% Si) consist of Al, Si and Al2Cu phases whereas Al2Cu phase selectively disappeared after PEO treatment. PEO process yielded an amorphous oxide layer with few second phases including γ-Al2O3 and Fe-rich phases. The corrosion behaviors of high-silicon Al alloys treated by PEO process were investigated using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and other electrochemical techniques (i.e., open circuit potential and polarization curve). Electroanalytical studies indicated that high-silicon Al alloys treated by PEO process have greater corrosion resistance than high-silicon alloys untreated by PEO process.
In this paper, electrochemical techniques are used to investigate hydrothermal-electrochemically formation of barium titanate (BT) ceramic films. For comparison, the electrochemical behaviors of anodic titanium oxide films formed in alkaline solution were also investigated both at room temperature and in hydrothermal condition at 150.0 ℃. Film structure and morphology were identified by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). Titanium oxide films produced at different potentials exhibit different film morphology. The breakdown of titanium oxide films anodic growth on Ti electrode plays an important roles in the formation of BT films. BT films can grow on anodic oxide/metal substrate interface by short-circuit path, and the dissolution-precipitation processes on the ceramic film/solution interface control the film structure and morphology. Based upon the current experimental results and our previous work, extensively schematic proce-dures are proposed to model the mechanism of ceramic film formation by hydrothermal-electrochemical method.
Kastro, Kanido Camerun;Seo, Min Ji;Jeong, Hwakyeung;Kim, Jongwon
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제10권2호
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pp.206-213
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2019
The development of simple methods for As detection has received great attention because As is a toxic chemical element causing environmental and health-related issues. In this work, the effect of nanostructures of Au electrodes on their electroanalytical performance during As detection was investigated. Different Au nanostructures with various surface morphologies such as nanoplate Au, nanospike Au, and dendritic Au structures were prepared, and their electrochemical behaviors toward square-wave anodic stripping voltammetric As detection were examined. The difference in intrinsic efficiency for As detection between nanostructured and flat Au electrodes was explained based on the crystallographic orientations of Au surfaces, as examined by the underpotential deposition of Pb. The most efficient As detection performance was obtained with nanoplate Au electrodes, and the effects of the pre-deposition time and interference on As detection of the nanoplate Au electrodes were also investigated.
The $Li_4Ti_5O_{12}$/AC composite was prepared by sol-gel process with ultrasonication. The prepared composite was characterized by SEM, XRD and TG analysis, and their electrochemical behaviors were investigated by cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and charge-discharge test in 1M $LiBF_4$/PC electrolyte. From the results, the $Li_4Ti_5O_{12}$ particles coated on AC surface had an average particle size of 100 nm and showed spinel-framework structure. When the potential range of the $Li_4Ti_5O_{12}$/AC composite was extended from 0.1 to 2.5 V, redox peaks and electric double layer property were revealed. The initial discharge capacity of $Li_4Ti_5O_{12}$/AC composite was 218 mAh $g^{-1}$ at 1 C. The enhancement of discharge capacity was attributed to electric double layer of added activated carbon.
Due to its unique advantages, electrochemical machining (ECM) is playing an increasingly significant role in the manufacture of difficult-to-machine materials. Most of the current ECM research is conducted at room temperature, with studies on ECM in a cryogenic environment not having been reported to date. This study is focused on the electrochemical dissolution characteristics of typical iron and nickel base alloys in NaNO3 solution at low temperature (-10℃). The polarization behaviors and passive film properties were studied by various electrochemical test methods. The results indicated that a higher voltage is required for decomposition and more pronounced pitting of their structures occurs in the passive zone in a cryogenic environment. A more in-depth study of the composition and structure of the passive films by X-ray photoelectron spectroscopy and electrochemical impedance spectroscopy showed that the passive films of the alloys are modified at low temperature, and their capacitance characteristics are more prominent, which makes corrosion of the alloys more likely to occur uniformly. These modified passive films have a huge impact on the surface morphologies of the alloys, with non-uniform corrosion suppressed and an improvement in their surface finish, indicating that lowering the temperature improves the localization of ECM. Together with the cryogenic impact of electron energy state compression, the accuracy of ECM can be further improved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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