Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.153-153
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2017
The application of the coating supports the mechanical characteristics of the implant, and various materials and coatings are currently being used in the implant in a way to accelerate adhesion. Especially, plasma electrolytic oxidation (PEO) coating has been proposed continually with good surface treatment of titanium alloys. Also, the PEO process can incorporate Ca and P ions on the titanium surface through variables varied factor. PEO process for bioactive surface has carried out in electrolytes containing Ca and P ions. Natural bone is composed of mineral elements such as Mg, Si, Zn, Sr, and Mn, etc. Especially, Mg and Si of these elements play role in bone formation and growth after clinical implantation of bio-implants. In this study, corrosion charateristics of PEO-treated Ti-6Al-4V alloy in solution containing Si and Mg ions has been investigated using several experimental techniques. The PEO-treated surfaces were identified by X-ray diffraction, using a diffractometer (XRD, Philips X' pert PRO, Netherlands) with Cu $K{\alpha}$ radiation. The morphology was observed by field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM, Hitachi 4800, Japan) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX, Oxford ISIS 310, England). The potentiodynamic polarization and AC impedance tests for electrochemical degradations were carried out in 0.9% NaCl solution at similar body temperature using a potentiostat with a scan rate of 1.67mV/s and potential range from -1500mV to + 2000mV.
This study focuses on mechanical property enhancement and volatile organic compounds (VOCs) reduction characteristic of environmentally-friendly waterborne coatings. We synthesized a series of organic-inorganic hybrid waterborne polyurethanes by using poly(tetramethylene glycol) 2000, polycarbonate diol 2000, isophorone diisocyanate, dimethylolpropionic acid and titanium dioxide. The study on the effects of the R ratio([NCO]/[OH]) and inorganic contents on environmentally-friendly waterborne coatings showed that the R ratio with more than 1.5 is appropriate due to arrangement of hardsegments. The applied $TiO_2$ on films reduced volatile organic compounds (VOCs).
Joining of NiO-YSZ to 316 stainless steel was carried out with B-Ni2 brazing alloy (3 wt% Fe, 4.5 wt% Si, 3.2 wt% B, 7 wt% Cr, Ni-balance, m.p. 971-$999^{\circ}C$) to seal the NiO-YSZ anode/316 stainless steel interconnect structure in a SOFC. In the present research, interfacial (chemical) reactions during brazing at the NiO-YSZ/316 stainless steel interconnect were enhanced by the two processing methods, a) addition of an electroless nickel plate to NiO-YSZ as a coating or b) deposition of titanium layer onto NiO-YSZ by magnetron plasma sputtering method, with process variables and procedures optimized during the pre-processing. Brazing was performed in a cold-wall vacuum furnace at $1080^{\circ}C$. Post-brazing interfacial morphologies between NiO-YSZ and 316 stainless steel were examined by SEM and EDS methods. The results indicate that B-Ni2 brazing filler alloy was fused fully during brazing and continuous interfacial layer formation depended on the method of pre-coating NiO-YSZ. The inter-diffusion of elements was promoted by titanium-deposition: the diffusion reaction thickness of the interfacial area was reduced to less than 5 ${\mu}m$ compared to 100 ${\mu}m$ for electroless nickel-deposited NiO-YSZ cermet.
Kim, Young-Min;Vang, Mong-Sook;Yang, Hong-So;Park, Sang-Won;Lim, Hyun-Pil
The Journal of Advanced Prosthodontics
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v.1
no.1
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pp.56-61
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2009
STATEMENT OF PROBLEM. The success of titanium implants is due to osseointegration or the direct contact of the implant surface and bone without a fibrous connective tissue interface. PURPOSE. The purpose of this study was to evaluate the osteoblast precursor response to titanium-10 tantalum-10 niobium(Ti-Ta-Nb) alloy and its sputtered coating. MATERIAL AND METHODS. Ti-Ta-Nb coatings were sputtered onto the Ti-Ta-Nb disks. Ti6-Al-4V alloy disks were used as controls. An osteoblast precursor cell line, were used to evaluate the cell responses to the 3 groups. Cell attachment was measured using coulter counter and the cell morphology during attachment period was observed using fluorescent microscopy. Cell culture was performed at 4, 8, 12 and 16 days. RESULTS. The sputtered Ti-Ta-Nb coatings consisted of dense nanoscale grains in the range of 30 to 100 nm with alpha-Ti crystal structure. The Ti-Ta-Nb disks and its sputtered nanoscale coatings exhibited greater hydrophilicity and rougher surfaces compared to the Ti-6Al-4V disks. The sputtered nanoscale Ti-Ta-Nb coatings exhibited significantly greater cell attachment compared to Ti-6Al-4V and Ti-Ta-Nb disks. Nanoscale Ti-Ta-Nb coatings exhibited significantly greater ALP specific activity and total protein production compared to the other 2 groups CONCLUSIONS. It was concluded that nanoscale Ti-Ta-Nb coatings enhance cell adhesion. In addition, Ti-Ta-Nb alloy and its nanoscale coatings enhanced osteoblast differentiation, but did not support osteoblast precursor proliferation compared to Ti-6Al-4V. These results indicate that the new developed Ti-Ta-Nb alloy and its nanoscale Ti-Ta-Nb coatings may be useful as an implant material.
The photocatalyst $TiO_2$ thin film was made from titanium (IV) isopropoxide, ethanol, and HCl by sol-gel method. The surface observation by SEM showed the sample that was coated 5 times at $500^{\circ}C$ had good properties. The component ratio, in atom% of O : Ti by EDX analysis, of 61 : 39 by spin coating was superior than dip coating. It was found that crystal structure changed from anatase phase to rutile phase as a function of the temperature of thin film fabrication, and this was measured by XRD. The photolysis efficiency of total organic compounds (TOC) by lighting UV beam on $TiO_2$ thin film showed 20%~65% within 1 h, and decreased slowly thereafter.
The SLA (Stereolithography Apparatus) method is a type of 3D printing technique predicated on the transformation of liquid photocurable resin into a solid form through UV laser exposure, and its application is increasing in various fields. In this study, we conducted research to enhance the hydrophobicity and transparency of SLA 3D printing surfaces for microfluidic system production. The enhancement of surface hydrophobicity in SLA outputs was attainable through the application of hydrophobic coating methods, but the coating durability under different conditions varied depending on the type of hydrophobic coating. Additionally, to simultaneously achieve the required transparency and hydrophobic properties for the fabrication of microfluidic systems, we applied hydrophobic coatings to the proposed transparency enhancement method from prior research and compared the changes in contact angles. Teflon coating was proposed as a suitable hydrophobic coating method for the fabrication of microfluidic systems, given its excellent transparency and high coating durability in various environmental conditions, in comparison to titanium dioxide coating. Finally, we produced an Electrophoresis of Charged Droplet (ECD) chip, one of the digital microfluidics systems, using SLA 3D printing with the proposed Teflon coating method (Fluoropel 800). Droplet manipulation was successfully demonstrated with the fabricated chip, confirming the potential application of SLA 3D printing technology in the production of microfluidic systems.
Effects of Ti content and Ti underlayer on the pitting behavior of TiN coated AISI 304 stainless steel have been studied. The stainless steel containing 0.1~1.0wt% Ti were melted with a vacuum melting furnace and heat treated at $1050^{\circ}C$ for 1hr for solutionization. The specimen were coated with l$\mu\textrm{m}$ and 2$\mu\textrm{m}$ thickness of Ti and TiN by E-beam PVD method. The microstructure and phase analysis were conducted by using XRD, XPS and SEM with these specimen. XRD patterns shows that in TiN single-layer only the TiN (111) Peak is major and the other peaks are very weak, but in Ti/TiN double-layer TiN (220) and TiN (200) peaks are developed. It is observed that the surface of coating is covered with titanium oxide (TiO$_2$) and titanium oxynitride ($TiO_2$N) as well as TiN. Corrosion potential on the anodic polarization curve measured in HCl solution increase in proportion to the Ti content of substrate and by a presence of the Ti underlayer, whereas corrosion and passivation current densities are not affected by either of them. The number and size of pits decrease with increasing Ti content and a presence of the coated Ti film as underlayer in the TiN coated stainless steel.
In this study, lattice parameter, binding energy and microstructures of TiC layer according to the addition of Fe, Cr were investigated in the reactive deposition coating. From the results, the lattice parameters of the TiC layers by using ferro-titanium as a precursor were 4.329~4.339A but the lattice parameters of the TiC layers formed by ferro-titanium and ferro-chromium decreased to 4.316~4.330A. The hardness of the former's was HV(100g) 3,000~3,400kg/mm and the hardness of the latter's was HV (100g) 3,800~3,900. But, regardless of Cr and Fe, the binding energy of TiC layers were 454.75 eV for $Ti2p_{3/2}$ and were 281.85 eV for Cls. Meanwhile, the TiC layers were densified by addition of Fe, Cr and internal defects were reduced Therefore. it can be concluded that the remarkable hardness increment was obtained by the improvement of microstructures of TiC rather than the increase of bond strength or Peierls stress.
A transparent and colorless $80SiO_2-20TiO_2$(mol%) thin films on soda-lime-silica slide glass and sapphire substrate were obtained by spin-coating technique using tetraethyl orthosilicate and titanium trichloride as starting materials. The prepared film annealed at $750^{\circ}C$ showed a high transmittance and a low reflectance. For the $SiO_2-TiO_2$ films on slide glasses, a strong interaction between the sodium ion and oxygens is properbly the origin of the good stability to the high temperature and the high humidity.
Development of biodegradable implants for treatment of complex bone fractures has recently become one of the priority areas in biomedical materials research. Multifunctional corrosion resistant and bioactive coatings containing hydroxyapatite $Ca_{10}(PO_4)_6(OH)_2$ and magnesium oxide MgO were obtained on Mg-Mn-Ce magnesium alloy by plasma electrolytic oxidation. The phase and elemental composition, morphology, and anticorrosion properties of the coatings were investigated by scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, potentiodynamic polarization, and electrochemical impedance spectroscopy. The PEO-layers were post-treated using superdispersed polytetrafluoroethylene powder. The duplex treatment considerably reduced the corrosion rate (>4 orders of magnitude) of the magnesium alloy. The use of composite coatings in inducing bioactivity and controlling the corrosion degradation of resorbable Mg implants are considered promising. We also applied the plasma electrolytic oxidation method for the formation of the composite bioinert coatings on the titanium nickelide surface in order to improve its electrochemical properties and to change the morphological structure. It was shown that formed coatings significantly reduced the quantity of nickel ions released into the organism.
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