${\alpha}$-titanium alloy has a relatively low heat treatment characteristic and it is mainly subjected to heat treatment for residual stress, recovery or dynamic recrystallization. In this study, commercially pure titanium hollow castings was fabricated by gravity casting. Heat treatments were carried out at $750^{\circ}C$, $850^{\circ}C$ and $950^{\circ}C$ to investigate the effect of post-heat treatment on microstructure and mechanical properties. Beta-transus temperature ($T_{\beta}$) was about $913^{\circ}C$, and equiaxed microstructure was shown at temperature below $T_{\beta}$ and lath-type microstructure at temperature above $T_{\beta}$. Microstructure and mechanical properties did not show any significant difference in the direction of solidification for titanium hollow billet, so it can be seen that it was a well-made material for extrusion process. The optimum heat treatment condition of hollow billet castings for the seamless tube production was $850^{\circ}C$, 4 hr, FC, indicating a combination of equiaxed microstructure and appropriate mechanical properties.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.11
no.1
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pp.20-26
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2001
Titanium boride ($\textrn{TiB}_{x}$) films were deposited on (100) silicon substrates at the substrate temperature of $500^{\circ}C$ by means of the co-evaporation of titanium and boron evaporants during deposition. The co-evaporation method makes it possible to deposit the non-stoichiometric films with different boron-to-titanium ratio($0{\le}B/Ti \le 2.5$). The resistivity increases linearly as the boron-to-titanium ratio in the as-deposited films is increased. The surface roughness of $\textrn{TiB}_{x}$ films is changed as a function of the boron-to-titanium ratio. The XRD spectrum for pure titanium film shows a highly (002) preferred orientation. For B/Ti=0.59 ratio only a single TiB phase that shows a (111) preferred orientation is observed. However, the $\textrn{TiB}_{x}$ phase with the hexagonal structure of the $AlB_2$(C32) type appears as the boron concentration increase, and only a single $\textrn{TiB}_{x}$ phase is observed for $B/Ti \ge 2.0$ ratio. The $\textrn{TiB}_{x}$/Si samples reveal a tensile stress (3~$20{\times}^9$dyn/$\textrm{cm}^2$) in the overall composition of the films, although the magnitude of the residual stresses is depended on the nominal B/Ti ratio.
Titanium based implants are known to improve their osseointegration by controlling surface roughness from nanometers to micrometers. Implants continuously and/or repeatedly receive irregular loads in the human body, and require a deeper understanding of the tensile and fatigue properties that can determine the fracture characteristics of the materials. In this study, the plastic deformation behavior which depends on the surface geometry of the materials during tensile tests was analyzed using the finite element method. As a result, the tensile properties were greatly decreased with increasing the sharpness of the surface. On the other hand, the average roughness had no significant effect on tensile properties. This investigation shed a light on developing titanium implants with improved osseointegration by surface treatments.
Kim, Jeoung-Han;Seo, Sang-Hyun;Lee, Young-Seon;Kim, Young-Suk;Yeom, Jong-Taek;Hong, Jae-Keun;Park, Nho-Kwang
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.05a
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pp.148-151
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2009
This paper presents an experimental study of deep-drawing and rubber-pad forming process using titanium alloy sheet. The process and results of the work carried out to investigate the capability of the process and to optimize th process parameters to ensure a sound forming. Room and high temperature tensile tests were carried out at various process conditions and microstructural evaluation was investigated. The experimental investigation was done using 150 ton hydraulic press to produce a deep-drawn part. Both graphite lubricant and polyethylene sheet were essential for defect-free product. Regarding the rubber-pad forming, reasonable formability was obtained only for pure-Ti not for Ti-6Al-4V.
Statement of problem. Nano-scale calcium-phosphate coating on the anodizing titanium surface using ion beam-assisted deposition (IBAD) has been recently introduced to improve the early osseointegration. However, not much is known about their surface characteristics that have influence on tissue-implant interaction. Purpose. This study was aimed to investigate microtopography, surface roughness, surface composition, and wettability of the titanium surface modified by the anodic oxidation and calcium phosphate coating using IBAD. Material and methods. Commercially pure titanium disks were used as substrates. The experiment was composed of four groups. Group MA surfaces represented machined surface. Group AN was anodized surface. Group CaP/AN was anodic oxidized and calcium phosphate coated surfaces. Group SLA surfaces were sandblasted and acid etched surfaces. The prepared titanium discs were examined as follows. The surface morphology of the discs was examined using SEM. The surface roughness was measured by a confocal laser scanning microscope. Phase components were analyzed using thin-film x-ray diffraction. Wettability analyses were performed by contact angle measurement with distilled water, formamide, bromonaphtalene and surface free energy calculation. Results. (1) The four groups showed specific microtopography respectively. Anodized and calcium phosphate coated specimens showed multiple micropores and tiny homogeneously distributed crystalline particles. (2) The order of surface roughness values were, from the lowest to the highest, machined group, anodized group, anodized and calcium phosphate deposited group, and sandblasted and acid etched group. (3) Anodized and calcium phosphate deposited group was found to have titanium and titanium anatase oxides and exhibited calcium phosphorous crystalline structures. (4) Surface wettability was increased in the order of calcium phosphate deposited group, machined group, anodized group, sandblasted and acid etched group. Conclusion. After ion beam-assisted deposition on anodized titanium, the microporous structure remained on the surface and many small calcium phosphorous crystals were formed on the porous surface. Nanoscale calcium phosphorous deposition induced roughness on the microporous surface but hydrophobicity was increased.
Ji, Seung Hwan;Park, Hyunsu;Kim, Doyeon;Han, Do Hyung;Yun, Hye Won;Kim, Woo-Byoung
Korean Journal of Materials Research
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v.29
no.3
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pp.183-188
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2019
Flexible dye-sensitized solar cells using binder free $TiO_2$ paste for low temperature sintering are developed. In this paste a small amount of titanium gel is added to a paste of $TiO_2$ nanoparticle. Analysis of titanium gel paste prepared at $150^{\circ}C$ shows that it has a pure anatase phase in XRD and mesoporous structure in SEM. The formation of the titanium gel 1-2 nm coated layer is confirmed by comparing the TEM image analysis of the titanium gel paste and the pristine paste. This coating layer improves the excited electron transfer and electrical contact between particles. The J-V curves of the organic binder DSSCs fabricated at $150^{\circ}C$ shows a current density of $0.12mA/cm^2$ and an open-circuit voltage of 0.47 V, while the titanium gel DSSCs improves electrical characteristics to $5.04mA/cm^2$ and 0.74 V. As a result, the photoelectric conversion efficiency of the organic binder DSSC prepared at low temperature is as low as 0.02 %, but the titanium gel paste DSSCs has a measured effciency of 2.76 %.
Effects of hydrogenation on microstructure and mechanical properties of pure Ti and Ti-0.15Pd alloy have been studied by means of optical microscopy, differential scanning calorimeter(DSC), Xray diffraction and micro vicker's hardness test. Grain size of pure Ti and Ti-0.15Pd alloy decresed largely by hydrogenation finer than that of pure Ti and the grain size refinement was evedent in Ti-0.15Pd alloy than that in pure Ti. Ti-.015Pd alloy carried out solution treatment at 950$^{\circ}C$, the transformation of $\alpha$' martensite was occured. The amount of Hydrogen absorption in Ti-.015Pd alloy was higher than that in pure Ti. Decomposition of hydride in pure titanium and Ti-0.15Pd alloy increased largely by hydrogenation, and micro vicker's hardness of Ti-.015Pd alloy was largely than that of pure Ti by 30% after hydrogenation. The micro vicker's hardness of Ti-0.15Pd alloy after solution treatment and dehydrogenation were higher at $\beta$ phase ranger(950$^{\circ}C$) than that phase range(750$^{\circ}C$).
Research advances in dental implantology have led to the development of several different types of materials and it is anticipated that continued research will lead to advanced dental implant materials. Currently used pure titanium has relatively low hardness and strength which may limit its ability to resist functional loads as a dental implant. Ti-6Al-4V also has potential problems such as corrosion resistance. osseointegration properties and neurologic disorder due to aluminium and vanadium, known as highly toxic elements, contained in Ti-6Al-4V. Newly developed titanium based alloys(Ti-20Zr-3Nb-3Ta-0.2Pd-1In, Ti-20Zr-3Nb-3Ta-0.2Pd) which do not contain toxic metallic components were designed by the Korea Institute of Science and Technology (KIST) with alloy design techniques using Zr, Nb, Ta, Pd, and In which are known as non-toxic elements. Biocompatibility and osseointegration properties of these newly designed alloys were evaluated after implantation in rabbit femur for 3 months. The conclusions were as follows : 1. Mechanical properties of the new designed Ti based alloys(Ti-20Zr-3Nb-3Ta-0.2Pd-1In, Ti-20Zr-3Nb-3Ta-0.2Pd) demonstrated close hardness and tensile strength values to Ti-6Al-4V. 2. New desinged experimental alloys showed stable corrosion resistance similar to the pure Ti but better than Ti-6Al-4V. However, the corrosion rate was higher for the new alloys. 3. Cell culture test showed that the new alloys have similar cell response compared with pure Ti and Ti-6Al-4V with no cell adverse reaction. 4. New designed alloys showed similar bone-metal contact ratio and osseointegration properties compared to pure Ti and Ti-6Al-4V after 3 months implantation in rabbit femur. 5. Four different surface treatments of the metals did not show any statistical difference of the cell growth and bone-metal contact ratio.
Kim, Yeon-Mi;Kim, Hyun-Seung;Lee, Kwang-Min;Lee, Doh-Jae;Oh, Gye-Jeong;Lim, Hyun-Pil;Seo, Yoon-Jung;Park, Sang-Won
The Journal of Korean Academy of Prosthodontics
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v.45
no.5
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pp.601-610
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2007
Statement of problem: The adhesion between titanium and ceramic is less optimal than conventional metal-ceramic bonding, due to reaction layer form on cast titanium surface during porcelain firing. Purpose: This study characterized the effect of titanium-ceramic adhesion after gold and TiN coating on cast and wrought titanium substrates. Material and method: Six groups of ASTM grade II commercially pure titanium and cast titanium specimens$(13mm{\times}13mm{\times}1mm)$ were prepared(n=8). The conventional Au-Pd-In alloy served as the control. All specimens were sandblasted with $110{\mu}m\;Al_2O_3$ particles and ultrasonically cleaned for 5min in deionized water and dried in air before porcelain firing. An ultra-low-fusing dental porcelain (Vita Titankeramik) was fused on titanium surfaces. Porcelain was debonded by a biaxial flexure test at a cross head speed of 0.25mm/min. The excellent titanium-ceramic adherence was exhibited by the presence of a dentin porcelain layer on the specimen surface after the biaxial flexure test. Area fraction of adherent porcelain (AFAP) was determined by SEM/EDS. Numerical results were statistically analyzed by one-way ANOVA and Student-Newman-Keuls test at ${\alpha}=0.05$. Results: The AFAP value of cast titanium was greatest in the group 2 with TiN coating, followed by group 1 with Au coating and the group 3 with $Al_2O_3$ sandblasting. Significant statistical difference was found between the group 1, 2 and the group 3 (p<.05). The AFAP value of wrought titanium was greatest in the group 5 with TiN coating, followed by the group 4 with Au coating and the group 6 with $Al_2O_3$ sandblasting. Conclusion: No significant difference was observed among the three groups (p>.05). The AFAP values of the cast titanium and the wrought titanium were similar. However the group treated with $Al_2O_3$ sandblasting showed significantly lower value (p<.05).
Ji, Min-Kyung;Park, Sang-Won;Lee, Kwangmin;Kang, In-Chol;Yun, Kwi-Dug;Kim, Hyun-Seung;Lim, Hyun-Pil
The Journal of Advanced Prosthodontics
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v.7
no.2
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pp.166-171
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2015
PURPOSE. The aim of this study was to evaluate antibacterial activity and osteoblast-like cell viability according to the ratio of titanium nitride and zirconium nitride coating on commercially pure titanium using an arc ion plating system. MATERIALS AND METHODS. Polished titanium surfaces were used as controls. Surface topography was observed by scanning electron microscopy, and surface roughness was measured using a two-dimensional contact stylus profilometer. Antibacterial activity was evaluated against Streptococcus mutans and Porphyromonas gingivalis with the colony-forming unit assay. Cell compatibility, mRNA expression, and morphology related to human osteoblast-like cells (MG-63) on the coated specimens were determined by the XTT assay and reverse transcriptase-polymerase chain reaction. RESULTS. The number of S. mutans colonies on the TiN, ZrN and $(Ti_{1-x}Zr_x)N$ coated surface decreased significantly compared to those on the non-coated titanium surface (P<0.05). CONCLUSION. The number of P. gingivalis colonies on all surfaces showed no significant differences. TiN, ZrN and $(Ti_{1-x}Zr_x)N$ coated titanium showed antibacterial activity against S. mutans related to initial biofilm formation but not P. gingivalis associated with advanced periimplantitis, and did not influence osteoblast-like cell viability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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