• 한국표면공학회지
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• 제55권1호
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• pp.24-31
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• 2022

This study investigated the effect of pre-treatment on the PEO film formation of AZ91 Mg alloy. The pre-treatment was conducted for 10 min at room temperature in 0.5 M oxalic acid (C₂H₂O₄) solution containing various ammonium fluoride (NH₄F) concentrations. The pre-treated AZ91 Mg specimens were anodized at 100 mA/cm² of 300 Hz AC for 2 min in 0.1 M NaOH + 0.4 M Na₂SiO₃ solution. When AZ91 Mg alloy was pretreated in 0.5 M oxalic acid with NH₄F concentration less than 0.3 M, continuous dissolution of the AZ91 Mg alloy occurred together with the formation of black smuts and arc initiation time for PEO film formation was very late. It was noticed that corrosion rate of the AZ91 Mg alloy became faster if small amount of NH₄F concentration, 0.1 M, is added. The fast corrosion is attributable to fast formation of porous fluoride together with porous oxides in the reaction products. On the other hand, when AZ91 Mg alloy was pretreated in 0.5 M oxalic acid with sufficient NH₄F more than 0.3 M, a thin and dense protective film was formed on the AZ91 Mg alloy surface which resulted in faster initiation of arcs and formation of PEO film.

• 한국표면공학회지
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• 제51권3호
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• pp.157-163
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• 2018

The anodic $TiO_2$ layers which are prepared in various anodization conditions exhibit their specific color depending on the thickness of $TiO_2$. In this study, the relationship between the color of $TiO_2$ layer, which is grown by PEO (Plasma electrolytic oxidation), and the thickness of the $TiO_2$ layer is investigated. To evaluate the color change of the $TiO_2$ layer, the value of color ($dE^*ab$) is measured and calculated by spectrophotometer and chromameter. As a result, it is found that $dE^*ab$ values and thickness of $TiO_2$ layers form a linear relationship with meaningful formular. This formula can be helpful to quantify the thickness of the $TiO_2$ layer by the numerical $dE^*ab$ values. In this process, the spectrophotometer shows more precise results than the chromameter dose. If fluoride ions ($F^-$) are included in the electrolyte, it will affect the $dE^*ab$ values of the $TiO_2$. layer. This is against the propensity, which is analyzed by XRD (X-ray diffraction) and XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). It is important that the formular suggested in this study provides other metals which can be also anodized with the possibility of quantifying the thickness of the $TiO_2$ layer by the $dE^*ab$ values.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.63-63
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• 2018

본 연구는 플라즈마 전해 산화 (PEO) 및 RF (Radio Frequency) 스퍼터링을 이용한 2 단계 접근법에 의해 처리 된 MgO / Ni-Cr의 고내식성 이중층 코팅을 제조하기 위해 수행되었다. 이를 위해 $100mA/cm^2$ 교류 조건에서 180 s PEO를 한 후 150W 에서 900s RF 스퍼터링을 수행 하였다. 코팅의 형태는 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 관찰되었으며 코팅의 상조성은 X-선 회절(XRD) 및 X-선 광전자 분광법(XPS)을 사용하여 분석하였다. SEM 이미지는 스퍼터링 된 Ni-Cr이 크랙의 대부분과 미세한 미세 공극을 덮어 코팅 결함이 감소함을 보여 주었다. 따라서, 코팅 된 샘플의 거칠기 값은 스퍼터링 공정 후에 감소되었다. 단면 이미지로부터, 스퍼터링된 코팅층은 낮은 두께 때문에 거의 검출되지 않았다. EDS, XRD 및 XPS를 사용한 조성 분석은 금속 상태의 형태로 Ni 및 Cr 존재를 나타내었고 XPS에서 NiCr2O4 부동태 피막이 검출되었다. MgO / Ni-Cr 이중층 코팅의 내부식성은 MgO / Ni-Cr 이중층을 가진 샘플의 금속 원소와 비교하여 우수한 부식 특성을 나타내는 전위 역학적 분극 시험 및 전기 화학적 임피던스 분광법으로 평가 하였다.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제25권2_2호
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• pp.309-314
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• 2022

The bonding strength [ISO22674] test was conducted by firing a dedicated ceramic powder on the surface of the dental titanium material treated with micro-arc oxidation. In the test group, an average result value of 34.34 MPa was obtained, and in the control group, a result value of 21.53 MPa was obtained. The bonding strength of the test group was higher than that of the control group by 12.81 MPa, resulting in a 37% improvement in durability of the dental artificial tooth ceramic restoration.

• Corrosion Science and Technology
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• 제15권3호
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• pp.120-124
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• 2016

The effect of alloying element Ca (0, 1, and 2 wt%) on corrosion resistance and bioactivity of the as-received and anodized surface of rolled plate AM60 alloys was investigated. A plasma electrolytic oxidation (PEO) was carried out to form anodic oxide film in $0.5mol\;dm^{-3}\;Na_3PO_4$ solution. The corrosion behavior was studied by polarization measurements while the in vitro bioactivity was tested by soaking the specimens in Simulated Body Fluid (1.5xSBF). Optical micrograph and elemental analysis of the substrate surfaces indicated that the number of intermetallic particles increased with Ca content in the alloys owing to the formation of a new phase $Al_2Ca$. The corrosion resistance of AM60 specimens improved only slightly by alloying with 2 wt% Ca which was attributed to the reticular distribution of $Al_2Ca$ phase existed in the alloy that might became barrier for corrosion propagation across grain boundaries. Corrosion resistance of the three alloys was significantly improved by coating the substrates with anodic oxide film formed by PEO. The film mainly composed of magnesium phosphate with thickness in the range $30-40{\mu}m$. The heat resistant phase of $Al_2Ca$ was believed to retard the plasma discharge during anodization and, hence, decreased the film thickness of Ca-containing alloys. The highest apatite forming ability in 1.5xSBF was observed for AM60-1Ca specimens (both substrate and anodized) that exhibited more degradation than the other two alloys as indicated by surface observation. The increase of surface roughness and the degree of supersaturation of 1.5xSBF due to dissolution of Mg ions from the substrate surface or the release of film compounds from the anodized surface are important factors to enhance deposition of Ca-P compound on the specimen surfaces.

• 한국표면공학회지
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• 제53권2호
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• pp.59-66
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• 2020

Effects of Na₂SiO₃ concentration added into 0.1 M NaOH + 0.05 M NaF solution on the formation behavior and properties of PEO films on AZ91 Mg alloy were investigated under 1200 Hz of alternating current (AC) by voltage-time curves, in-situ observation of arc generation behavior and measurements of film thickness, surface roughness and micro vickers hardness. In the absence of Na₂SiO₃ in the 0.1 M NaOH + 0.05 M NaF solution, about 4 ㎛ thick PEO film was formed within 1 min and then PEO film did not grow but white spots were formed by local burning. Addition of Na₂SiO₃ up to 0.2 M caused more increased formation voltage and growth of PEO film with uniform generation of arcs. Addition of Na₂SiO₃ from 0.2 M to 0.4 M showed nearly the same voltage-time behavior and uniform arc generation. Addition of Na₂SiO₃ more than 0.5 M resulted in a decrease of formation voltage and non-uniform arc generation due to local burning. PEO film growth rate increased with increasing added Na₂SiO₃ concentration but maximum PEO film thickness was limited by local burning if added Na₂SiO₃ concentration is higher than 0.5 M. Surface roughness of PEO film increased with increasing added Na₂SiO₃ concentration and appeared to be proportional to the PEO film thickness. PEO film hardness increased with increasing added Na₂SiO₃ concentration and reached a steady-state value of about 930 H_V at more than 0.5 M of added Na₂SiO₃ concentration.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.23-23
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• 2018

In this study, new titanium alloys were prepared by adding elements such as tantalum (Ta), zirconium (Zr) and the like to complement the biological, chemical and mechanical properties of titanium alloys. The Ti-40Ta-xZr ternary alloy was formed on the basis of Ti-40Ta alloy with the contents of Zr in the contents of 0, 3, 7 and 15 wt. %. Plasma electrolytic oxidation (PEO), which combines high-voltage sparks and electrochemical oxidation, is a novel method to form ceramic coatings on light metals such as Ti and its alloys. These oxide film produced by the electrochemical surface treatment is a thick and uniform porous form. It is also composed of hydroxyapatite and calcium phosphate-based phases, so it has the characteristics of bone inorganic, non-toxic and very high bioactivity and biocompatibility. Ti-40Ta-xZr alloys were homogenized in an Ar atmosphere at $1050^{\circ}C$ for 1 hour and then quenched in ice water. The electrochemical oxide film was applied by using a power supply of 280 V for 3 minutes in 0.15 M calcium acetate monohydrate ($Ca(CH_3COO)_2{\cdot}H_2O$) and 0.02 M calcium glycerophosphate ($C_3H_7CaO_6P$) electrolyte. A small amount of 0.0075M zinc acetate and magnesium acetate were added to the electrolyte to enhance the bioactivity. The mechanical properties of the coated surface of Ti-40Ta-xZr alloys were evaluated by Vickers hardness, roughness test, and elastic modulus using nano-indentation, and the surface wettability was evaluated by measuring the contact angle of the coated surface. In addition, cell activation and differentiation were examined by cell culture of HEK 293 (Human embryonic kidney 293) cell proliferation. Surface properties of the alloys were analyzed by scanning electron microscopy(FE-SEM), EDS, and X-ray diffraction analysis (XRD).

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2015년도 추계학술대회 논문집
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• pp.239-239
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• 2015

삼성, LG전자 등 다양한 사업부의 White Anodizing구현기술의 Need는 항상 존재하고 있으며, 특히 White와 Black Color의 콤비네이션으로 친환경 이미지 강조 및 핸드폰의 고급화에 필연적인 메탈화로 작년부터 White Anodizing의 수요요청이 쇄도하고 있다. 그러나 현행 공업용 Anodizing 기술(황산법)은 봉공처리 전 착색공정에서 Red, Blue, Black 등 염료분자와 달리 염료 분자가 비교적 큰 White 염료는 Anodizing으로 성장된 다공성피막 내부로 들어가지 못해 국내 Anodizing전문기업 뿐만아니라 일본 기업 및 연구소 등에서도 무수한 시도를 하고 있지만 현재까지는 완벽한 White Anodizing구현기술이 전무한 상태이다. 이에 당사는 알루미늄합금을 White의 안료나 염료가 아닌 알칼리전해액의 Pulse전류인가 PEO(Plasma electrolytic oxidation)처리 공정에 의거 White Anodizing기술을 개발하고자 하였다. 알칼리 전해질에 의한 Anodizing 처리기술로 White와 유사한 색상을 구현하고 있으나, 수요자가 요구하는 White Anodizing으로 제품을 양산하는데 어려움이 있어 기존 Anodizing 처리 대신 Pulse전류인가 PEO처리기술로 White Color를 구현하여 수요요청이 쇄도한 국내외 기업체에 공급하고자 한다. 본 기술은 알카리 전해액을 사용하므로 친환경적이며, 다공성 피막으로 인한 우수한 도장 밀착성, 실링처리에 의한 내식성 향상, PEO 피막의 우수한 경도 및 내마모성 등을 나타내며, 알루미늄뿐만 아니라 마그네슘합금, 티타늄 등에도 공히 적용이 가능하며, White Anodizing의 특화된 기술로 표면처리기술 우위 선점 및 원가절감 등이 가능하다. 당사는 알루미늄 아노다이징 전문 기업으로서 내식성 목적의 연질 아노다이징 처리 및 고내마모성을 목적으로 하는 자동차 부품 및 기계 부품용 경질 아노다이징 처리를 주로 수행하고 있다. 본 발표에서는 당사의 표면처리 기술 및 알루미늄의 아노다이징에 대한 소개를 하고자 한다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.195-195
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• 2016

Titanium and its alloys are widely used as implants in orthopedics, dentistry and cardiology due to their outstanding properties, such as high strength, high level of hemocompatibility and enhanced biocompatibility. Hence, recent works showed that the synthesis of new Ti-based alloys for implant application involves more biocompatible metallic alloying element, such as, Nb, Hf, Zr and Mo. In particular, Nb and Hf are one of the most effective Ti ${\beta}-stabilizer$ and reducing the elastic modulus. Plasma electrolyte oxidation (PEO) is known as excellent method in the biocompatibility of biomaterial due to quickly coating time and controlled coating condition. The anodized oxide layer and diameter modulation of Ti alloys can be obtained function of improvement of cell adhesion. Silicon (Si) and magnesium (Mg) has a beneficial effect on bone. Si in particular has been found to be essential for normal bone and cartilage growth and development. In vitro studies have shown that Mg plays very important roles in essential for normal growth and metabolism of skeletal tissue in vertebrates and can be detected as minor constituents in teeth and bone. The aim of this study is to research Si and Mg doped hydroxyapatite film formation by plasma electrolytic oxidation. Ti-29Nb-xHf (x= 0, 3, 7 and 15wt%, mass fraction) alloys were prepared Ti-29Nb-xHf alloys of containing Hf up from 0 wt% to 15 wt% were melted by using a vacuum furnace. Ti-29Nb-xHf alloys were homogenized for 2 hr at $1050^{\circ}C$. Each alloy was anodized in solution containing typically 0.15 M calcium acetate monohydrate + 0.02 M calcium glycerophosphate at room temperature. A direct current power source was used for the process of anodization. Anodized alloys was prepared using 270V~300V anodization voltage at room. A Si and Mg coating was produced by RF-magnetron sputtering system. RF power of 100W was applied to the target for 1h at room temperature. The microstructure, phase and composition of Si and Mg coated oxide surface of Ti-29Nb-xHf alloys were examined by FE-SEM, EDS, and XRD.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.165-165
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• 2017

지난 수 십 년 동안, 전 세계적으로 자원의 소비가 급격히 증가하게 되면서 최근 자원 고갈은 물론 환경오염이 커다란 이슈로 문제가 되고 있다. 이에 따라 재료 관련 분야에 있어서는 보다 효율적이고 친환경적인 방법으로 자원을 활용해야 된다는 필요성이 대두되었고 이와 같은 관점에서 목적하는 성분이 우수하고 환경 친화적인 표면처리 재료 개발연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다. 그 중 플라즈마 전해 산화(Plasma Electrolytic Oxidation, PEO)는 알루미늄, 마그네슘 등의 경금속의 경도를 향상시키고 높은 내마모성, 내식성을 갖게 하는 표면처리로써 그 관심이 증가하고 있다. 이 플라즈마 전해 산화는 일반적으로 공정비용 대비 효과적이고 환경 친화적이며 코팅 성능 면에서 우수하다고 알려져 있다. 이러한 고유한 특성으로 인해 플라즈마 전해 산화 코팅은 최근 몇 년 동안 기계, 자동차, 우주항공, 의학 및 전기 산업 등의 분야에서 그 적용이 점차 증가하고 있는 상황이다. 한편, 플라즈마 전해 산화 코팅을 하는 모재들의 경우 부동태 산화피막을 용이하게 형성할 수 있는 특성의 모재에 한정되고 있어서 그 응용확대에 한계가 있는 것이 사실이다. 따라서 본 연구에서는 플라즈마 전해 산화법을 사용하여 용융알루미늄도금 강판 상에 산화피막 형성을 시도하였다. 전원공급 장치의 양극은 전해질 속에 잠겨있는 작동전극에 연결하고 음극은 대전극 역할을 하는 스테인레스강 전해질 용기에 연결되었다. 전해질은 Sodium Aluminate 및 기타 첨가제를 함유한 것을 사용하였고 온도는 열교환기를 사용하여 $30^{\circ}C$ 이하로 유지되었다. 또한 여기서 전류밀도는 $5{\sim}10A/dm^2$, 실험 주파수는 700Hz, Duty cycle은 30 및 90%의 각 조건에서 공정처리 시간을 각각 30분 및 60분 동안 진행하였다. 이와 같은 조건에서 형성한 막들에 대해서는 주사형전자현미경(SEM)을 이용하여 코팅 막의 표면 및 단면의 모폴로지를 관찰하였음은 물론 EDS 및 XRD 측정을 통하여 원소조성분포 및 결정구조를 각각 분석하였다. 또한 이 코팅 막들에 대한 내식성은 5% 염수분무 환경 중 노출시험(Salt spray test), 3% NaCl 용액에서의 침지 시험 및 전기화학적 동전위 양극분극(Potentiodynamic Polarization) 시험을 진행하여 평가하였다. 이상의 실험결과에 의하면, 제작조건별 플라즈마 전해 산화 코팅 막의 모폴로지 및 결정구조가 상이하게 나타나는 것을 알 수 있었다. 코팅 막의 모폴로지 관찰 결과, 공정 시간에 비례하여 표면에 존재하는 원형 기공의 수는 감소하였으나 그 크기가 커지고 크레이터의 직경 또한 커진 것이 확인되었다. 이 기공은 마이크로 방전에 의해 형성된다고 알려져 있는데 공정 시간이 증가함에 따라 코팅 두께가 점차 증가하여 마이크로 방전의 빈도수가 줄어들고 그 강도는 증가하게 되어 기공 크기가 증가한 것으로 사료된다. 또한 공정시간이 긴 시편에서 표면에 크랙이 다수 존재하는 것으로 확인되었다. 이것은 방전에 의해 고온이 된 소재가 차가운 전해질과 만나게 되어 생긴 큰 온도구배로 인해 강한 열응력이 발생하여 균열을 초래한 것으로 보인다. 조성원소 분석 결과 원형 기공 주변의 크레이터 영역에는 알루미늄이 풍부하였으며 그 주변에 결절상을 갖는 구조에서는 전해질 성분의 원소가 포함되어 있는 것이 확인되었다. 이러한 코팅 막의 표면 특성은 내식성에 영향을 주게 된 원인으로 사료된다. 동전위 분극측정 결과에 의하면 플라즈마 전해 산화 공정 시간이 길어질수록 부식전류밀도가 증가하였다. 이것은 공정시간이 길어짐에 따라 강한 방전이 발생하여 기공의 크기가 증가하고 크랙이 발생하게 되면서 내식성이 저하된 것으로 판단된다. 종합적으로 재료특성 분석 및 내식성 평가를 분석한 결과, 플라즈마 전해 산화의 공정 시간이 너무 길게 되면 오히려 내식성은 저하되는 것이 확인되었다. 이상의 연구를 통하여 고내식 특성을 갖는 플라즈마 전해 산화 막의 유효성을 확인하였으며 용융알루미늄강판 상에 실시한 플라즈마 전해 산화 처리에 대한 기초적인 응용 지침을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.