• Journal of Technologic Dentistry
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• v.25 no.1
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• pp.89-94
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• 2003

The use of titanium alloys as biomaterials is increasing due to their superior biocompatibility and enhanced corrosion resistance compared to conventional stainless steels and cobalt-based alloys. Ti-6Al-4V ($\alpha+\beta$type) alloy instead of pure titanium ($\alpha$type) is being widely used as biomaterials has some characteristics such as high fatigue strength, tensile strength and corrosion resistance. It also has similar characteristics to Ti in inducing bony ingrowth. But it has been reported recently that the vanadium element expresses cytotoxicity and carcinogenicity and the aluminium element is related with dementia of Alzheimer type and neurotoxicity. In order to overcome their detrimental effects, $\beta$-phase stabilizer Nb was chosen in the present study. CP-Ti(ASTM grade 2), Ti-3wt.%Nb($\alpha$type), Ti-20wt.%Nb ($\alpha+\beta$type) and Ti-40 wt.%Nb($\beta$type) alloys were melted by vacuum arc furnace. Biocompatibility of Ti-Nb alloys was evaluated by cytotoxicity test. The results can be summarized as follows: 1. For the cytotoxicity test, Ti-Nb alloys showed excellent biocompatibility compared to CP-Ti(ASTM grade 2), 316L STS and Co-Cr alloys.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.83-83
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• 2017

생체재료의 표면은 이식과 동시에 생체계면의 역할을 하게 되어, 일련의 생물학적 반응이 시작되고 진행되는 중요한 장소가 된다. 초기에 생체계면에서 일어나는 단백질 흡착이나 염증반응을 비롯한 생물학적 반응들은 궁극적으로 임플란트의 성패를 좌우할 만큼 중요하다. 골융합을 개선하기 위한 다른 방법으로 생체불활성의 타이타늄 (Ti)과 골조직의 능동적인 반응을 이루기 위해 생체활성 표면을 부여함으로서 계면에서의 골형성 반응을 증진시키는 방법이 이용된다. 생체불활성의 Ti과 Ti합금은 골조직과 직접적인 결합을 이루지 못하므로, 골조직과의 반응을 향상하기 위해 여러 종류의 생체활성 재료를 코팅하는 방법이 연구되어 왔고, 이 중 생체의 변화와 가장 유사한 하이드록시아파타이트 코팅이 가장 대중적인 방법으로 사용되었으며 이는 초기 골형성을 촉진하는 것으로 알려졌다. 치과용 임플란트의 표면형상과 화학조성이 골 융합에 영향을 미치는 가장 중요한 인자이므로 최근의 연구동향은 이들 두 가지 표면특성을 결합함으로서 결과적으로 최적의 골세포반응을 유도하고, 골융합 후 골조직과의 micromechanical interlocking에 의해 임플란트의 안정성에 중요한 역할을 하는 마이크론 단위의 표면조도와 표면 구조를 유지하면서, 부가적으로 골 조직 반응을 능동적으로 개선할 수 있는 생체활성 성분을 부여하여 골 융합에 상승효과를 이루기 위한 표면처리법에 관해 많은 연구가 요구되어지고 있다. 따라서 골을 구하는 원소인 망간과 실리콘으로 치환된 하이드록시아파타이트를 플라즈마 전해 산화법으로 코팅하여 세포와 잘 결합할 수 있는 표면을 제공함으로써 골 융합과 치유기간을 단축시킬 수 있을 것으로 사료된다. 실험방법은 시편은 치과 임플란트 제작 합금인 Ti-6Al-4V ELI disk (grade 5, Timet Co., USA; diameter, 10 mm, thickness, 3 mm)이며, calcium acetate monohydrate, calcium glycerophosphate, manganese(II) acetate tetrahydrate, sodium metasilicate을 설계조건에 따라 혼합 제조된 전해질 용액을 이용하여 플라즈마 전해 산화법으로 표면 코팅을 실시하였다. 각 시편의 플라즈마 전해시 전압은 280V로 인가하였고, 전류밀도는 70mA로 정전류를 공급하여 해당 인가전압 도달 후 3분 동안 정전압 방식을 유지하였다. 코팅된 피막 표면을 주사전자현미경과 X-선 회절분석을 통하여 미세구조 및 결정상을 관찰하였다. 또한 코팅된 표면의 생체활성 평가는 정량적으로 평가하기 위해 동전위시험과 AC 임피던스를 통하여 시행하였다. 분극거동을 확인하기 위해 potentiostat (Model PARSTAT 2273, EG&G, USA)을 이용하여 구강 내 환경과 유사한 $36.5{\pm}1^{\circ}C$의 0.9 wt.% NaCl에서 실시하였다. 전기화학적 부식 거동은 potentiodynamic 방법으로 조사하였고 인가전위는 -1500 mV에서 2000 mV까지 분당 1.67 mV/min 의 주사속도로 인가하여 시험을 수행하였다. 임피던스 측정은 potentiostat (Model PARSTAT 2273, EG&G, USA)을 이용하였으며, 측정에 사용한 주파수 영역은 10mHz ~ 100kHz 까지의 범위로 하여 조사하였고 ZSimWin(Princeton applied Research, USA) 소프트웨어를 사용하여 용액의 저항, 분극 저항 값을 산출하였다. 망간의 함량이 증가할수록 불규칙한 기공을 보였으며, 실리콘은 $TiO_2$ 산화막 형성을 저해하는 경향을 확인할 수 있었다. 단독으로 표면을 처리한 경우보다 두 가지 원소를 이용해 복합 표면처리를 시행한 경우가 내식성이 좋아 임플란트과의 골 유착에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 사료된다.

• Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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• v.8 no.4
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• pp.20-27
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• 2009

The characteristics of titanium alloy as a relatively advanced material is low density, avirulent and, superior corrosive resistant, therefore the use of titanium alloy is increasing lately in aerospace and mechanical technologies, precision machinery, electronics industry, petro-chemical industries and biomedical areas. In these days, the titanium alloy product is required various surface qualities of not only smooth surface but also rough surface depending on usages. The purpose of this experimental research is to find the optimum surface roughness of titanium alloy of Ti-6Al-4V, by micro abrasive blasting as depending variable conditions of working pressure, nozzle size, working time, stand of distance and power particle size.

• 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.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.36 no.6
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• pp.707-712
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• 2012

Very high cycle fatigue (VHCF) behavior of aerospace components has emerged much attention due to their long service life. In this study, a piezoelectric ultrasonic fatigue testing (UFT) system has been developed by Mbrosiatec Co., Ltd. to study the high cycle fatigue (HCF) strength of Ti-6Al-4V alloy. Hourglass-shaped specimens have been investigated in the range from $10^6$ to $10^9$ cycles at room temperature under completely reversed R = -1 loading conditions,. Scanning electron microscopy (SEM) analysis revealed that failures occurred in the entire range up to the gigacycle regime, and the fractures have beenfound to be initiated from the surface, unlike in steels. However, it was found from the SEM microgprahs that microcracks transformed into intergranular fractures. Thus, it can be concluded from according to the results that this test method can be applicable to commercialized automotive and railroad parts that require high cycle fatigue strength.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.05a
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• pp.24-24
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• 2015

최근 생체재료의 개발이 눈부시게 발전되고 생체적합성이 우수한 표면을 요구함에 따라 생체재료의 표면처리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Laser Deposition법은 항공기 부품제조 분야에 주로 사용되고 있으며 최근에 오하이오 주립대 타이타늄합금연구센터를 중심으로 표면처리에 관한 연구가 주로 이루어졌다. 특히 이를 이용하여 치과재료의 표면처리에 응용을 시도하였다. 치과에서 응용될 수 있는 경우는 주로 임플란트는 부분 또는 완전 무치악 환자의 보철수복에 사용되는 보철물의 제작등에 사용될 수 있으며 이중에서도 특히 생체용 임플란트의 표면처리응용으로 임플란트와 조직간의 접합성을 개선하는 표면처리법으로 연구되었다. 임플란트의 성공과 실패는 물성적인 측면에서 임플란트의 형태, 표면거칠기 및 표면처리방법, 초기하중 등에 의하여 좌우되며 임플란트 재료에 작용하는 응력차폐는 생체적합성을 좌우하는 큰 요인이 되고 있다. 이를 위하여 저 탄성계수합금을 설계하지만 하중을 버티는 강도가 낮아지는 단점이 있어 레이저증착법을 이용하여 임플란트재료인 Ti6Al4V합금에 탄성계수가 낮은 Ta, Nb등을 코팅하는 방법을 통하여 이를 해결하고자하는 시도가 이루어지고 있다. 이 방법은 최근의 3D 프린팅의 원리가 되고 있다. 따라서 발표에서는 Laser Deposition방법을 이용하여 치의학분야에서 응용되고 있는 예를 강연하고 응용 가능 분야에 대하여 토론 하고자한다. 또한 펨토레이저를 이용하여 생체합금의 표면처리는 생체활성화를 더욱 증진시키며 이를 위하여 많은 연구 수행되고 있다. 본 발표에서는 매식용 합금 표면에 펨토레이저를 이용하여 텍스춰링하여 세포가 잘 성장 할 수 있는 크기의 조절함으로써 기존의 표면처리와는 다른 효과를 얻을 수 있는 장점을 알아본다. 펨토레이저를 이용하면 여러 가지 형태의 텍스춰링이 가능하며 원형, 사각형등등 자유자제로 형태의 묘사가 가능하고 깊이 또한 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있다. 지금까지는 표면 개질에 사용되는 레이저는 주로 Nd:YAG 레이저의 파장을 반으로 줄인 녹색레이저 (${\lambda}=532nm$)를 사용하거나, 자외선파장영역의 레이저를 사용하는 경우가 일반적으로 가장 보편화되었다. 이를 이용하여 제조된 Ti합금에 펨토 초(10-15 second) 펄스폭 대역을 갖는 레이저를 이용하여 나노크기의 미세 요철을 표면에 형성한 후, 나노튜브를 형성하여 그 표면특성의 변화를 알아보고 펨토레이저가 의료분야에 적용되고 있는 예를 살펴보고자 한다.

• Journal of Powder Materials
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• v.28 no.6
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• pp.491-496
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• 2021

The process optimization of directed energy deposition (DED) has become imperative in the manufacture of reliable products. However, an energy-density-based approach without a sufficient powder feed rate hinders the attainment of an appropriate processing window for DED-processed materials. Optimizing the processing of DED-processed Ti-6Al- 4V alloys using energy per unit area (E_eff) and powder deposition density (PDD_eff) as parameters helps overcome this problem in the present work. The experimental results show a lack of fusion, complete melting, and overmelting regions, which can be differentiated using energy per unit mass as a measure. Moreover, the optimized processing window (E_eff = 44~47 J/mm² and PDD_eff = 0.002~0.0025 g/mm²) is located within the complete melting region. This result shows that the Eeff and PDDeff-based processing optimization methodology is effective for estimating the properties of DED-processed materials.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.35 no.9
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• pp.778-782
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• 2007

In the present study, design and forming process of fabricating titianium lightweight components are developed with applicaton of superplastic forming and diffusion bonding technology. SPF/DB(Superplastic forming/Diffusion bonding) technology is one of the advanced technologies to reduce production cost and weight and currently applied to aircrafts and space launchers in foreign countries. The present study constructs an analysis model to predict superplastic forming behavior of titanium alloy, which is well known for its resistance to deform. The experimental results show the forming of titanium lightweight sandwich structure is successfully performed from 3 sheets of Ti-6Al-4V. The results demonstrate that the developed technology to process design of SPF/DB by the finite element method can be applied to various types of components.

• Design & Manufacturing
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• v.14 no.1
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• pp.42-48
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• 2020

Titanium alloy has been in the spotlight as a core material in high-tech industries that require high strength and light weight because it has excellent strength and corrosion resistance and strength is higher than that of steel. Therefore, in various industries, existing steel products are intended to be replaced with titanium alloys. Titanium alloys can cause cutting tool breakage during cutting, and heat generated during cutting does not dissipate, accumulates in tools and workpieces, resulting in large wear and tear on thin workpieces. In addition, since titanium alloy is a metal with high chemical activity, the wear of the tool becomes more severe when the cutting speed is high, so machining of titanium bolt through cutting is very disadvantageous in terms of productivity. Therefore, the production of bolts using titanium alloys is being produced through a forging process to improve productivity and product quality. In this paper, hot forging molding analysis was performed on bolts used for fastening automobile parts using Ti-6Al-4V alloy, which is the most commonly used titanium alloy.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.15 no.10
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• pp.671-677
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• 2005

Ti and Ti alloys are known to have excellent corrosion properties, which is an important aspect for biocompability of these implants in human body. In our study, four types of samples (Cp-Ti, Ti-6Al-4V, $0.5wt.\%$ Fe-Ti and ECAP Ti) were tested for their apatite forming ability and corrosion properties. The micropolished samples were treated with 5M NaOH solution at $60^{\circ}C$ for 24 hours. Each samples was gently washed with distilled water and heat-treated at 600"C for 1 hour. The heat-treated samples were soaked in Simulated Body Fluid (SBF) solution at $36.5^{\circ}C$ in an incubator for different period of time. The test revealed that $0.5 wt.\%$ Fe-Ti showing faster apatite growth on the surface (7th day) compared to other samples. Polarization curve test (PCT) was also carried out to determine the corrosion resistance of each samples in SBF solution. ECAP-Ti showed highest corrosion resistance compared to any other samples. $0.5wt.\%Fe-Ti$ showed higher corrosion potential and corrosion current compared to other samples.