Fabrication and oxidants production of 3 or 4 components metal oxide electrode, which is known to be so effective to destruct non-biodegradable organics in wastewater, were studied. Five electrode materials (Ru as main component and Pt, Sn, Sb and Gd as minor components) were used for the 3 or 4 components electrode. The metal oxide electrode was prepared by coating the electrode material on the surface of the titanium mesh and then thermal oxidation at $500^{\circ}C$ for 1h. The removed RhB per 2 min and unit W of 3 components electrode was in the order: Ru:Sn:Sb=9:1:1 > Ru:Pt:Gd=5:5:1 > Ru:Sn=9:1 > Ru:Sn:Gd=9:1:1 > Ru:Sb:Gd=9:1:1. Although RhB decolorization of Ru:Sn:Sb:Gd electrode was the highest among the 4 components electrode, the RhB decolorization and oxidants formation of the Ru:Sn:Sb=9:1:1 electrode was higher than that of the 3 and 4 components electrode. Electrogenerated oxidants (free Cl and $ClO_2$) of chlorine type in 3 and 4 components electrode were higher than other oxidants such as $H_2O_2\;and\;O_3$. It was assumed that electrode with high RhB decolorization showed high oxidant generation and COD removal efficiency. OH radical which is electrogenerated by the direct electrolysis was not generated the entire 3 and 4 components electrode, therefore main mechanism of RhB degradation by metal oxide electrode based Ru was considered indirect electrolysis using electrogenerated oxidants.
This paper presents a brief summary on a relatively new plasma aided electrolytic surface treatment process for light metals. A brief discussion regarding the advantages, principle, process parameters and applications of this process is discussed. The process owes its origin to Sluginov who discovered an arc discharge phenomenon in electrolysis in 1880. A similar process was studied and developed by Markov and coworkers in 1970s who successfully deposited an oxide film on aluminium. Several investigation thereafter lead to the establishment of suitable process parameters for deposition of a crystalline oxide film of more than $100{\mu}m$ thickness on the surface of light metals such as aluminium, titanium and magnesium. This process nowadays goes by several names such as plasma electrolytic oxidation (PEO), micro-arc oxidation (MOA), anodic spark deposition (ASD) etc. Several startups and surface treatment companies have taken up the process and deployed it successfully in a range of products, from military grade rifles to common off road sprockets. However, there are certain limitations to this technology such as the formation of an outer porous oxide layer, especially in case of magnesium which displays a Piling Bedworth ratio of less than one and thus an inherent non protective oxide. This can be treated further but adds to the cost of the process. Overall, it can be said the PEO process offers a better solution than the conventional coating processes. It offers advantages considering the fact that he electrolyte used in PEO process is environmental friendly and the temperature control is not as strict as in case of other surface treatment processes.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.79-79
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2017
Metallic biomaterials have been mainly used for the fabrication of medical devices for the replacement of hard tissue such as artificial hip joints, bone plates, and dental implants. Because they are very reliable on the viewpoint of mechanical performance. This trend is expected to continue. Especially, Ti and Ti alloys are bioinert. So, they do not chemically bond to the bone, whereas they physically bond with bone tissue. For their poor surface biocompatibility, the surface of Ti alloys has to be modified to improve the surface osteoinductivity. Recently, ceramic-like coatings on titanium, produced by plasma electrolytic oxidation (PEO), have been developed with calciumand phosphorus-enriched surfaces. A lso included the influences of coatings, which can accelerate healing and cell integration, as well as improve tribological properties. However, the adhesions of these coatings to the Ti surface need to be improved for clinical use. Particularly Silicon (Si) has been found to be essential for normal bone, cartilage growth and development. This hydroxyapatite, modified with the inclusion of small concentrations of silicon has been demonstrating to improve the osteoblast proliferation and the bone extracellular matrix production. Strontium-containing hydroxyapatite (Sr-HA) was designed as a filling material to improve the biocompatibility of bone cement. In vitro, the presence of strontium in the coating enhances osteoblast activity and differentiation, whereas it inhibits osteoclast production and proliferation. The objective of this work was to study Morphology of bone-like apatite formation on Sr and Si-doped hydroxyapatite surface of Ti-6Al-4V alloy after plasma electrolytic oxidation. Anodized alloys was prepared at 270V~300V voltages with various concentrations of Si and Sr ions. Bone-like apatite formation was carried out in SBF solution. The morphology of PEO, phase and composition of oxide surface of Ti-6Al-4V alloys were examined by FE-SEM, EDS, and XRD.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.154-154
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2017
Ti-6Al-4V alloys are widely used as metal-lic biomaterials in dentistry and orthopedics due to its excellent biocompatibility and me-chanical properties. However, because of low biological activity, it is difficult to form bone growth directly on the surface of titanium implants. For this reason, surface treatment of plasma electrolytic oxidation(PEO) was used for dental implants. To enhance bioac-tivity on the surface, strontium(Sr) and sili-con(Si) ions can be added to PEO treated sur-face in the electrolyte containing these ions. The presence of Sr in the coating enhances osteoblast activity and differentiation, where-as it inhibits osteoclast production and prolif-eration. And Si has been found to be essen-tial for normal bone, cartilage growth, and development. In this study, electrochemical characteristics of Ca, P, Sr, and Si ions from PEO-treated Ti-6Al-4V alloy surface was re-searched using various experimental instruments. DC power is used and Ti-6Al-4V al-loy was subjected to a voltage of 280 V for 3 minutes in the electrolyte containing 5, 10, 20M% Sr ion and 5M% Si ion. The morphol-ogies of PEO-treated Ti-6Al-4V alloy by electrochemical anodization were examined by field-emission scanning electron micro-scopes (FE-SEM), energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS), x-ray diffraction (XRD) and corrosion analysis using AC impedance and potentiodynamic polarization test in 0.9% NaCl solution at similar body tempera-ture using a potentiostat with a scan rate of 1.67mV/s and potential range from -1500mV to + 2000mV.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2018.06a
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pp.74-74
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2018
Ti-6Al-4V alloys have been widely used as orthopedic materials because of their excellent corrosion resistance and mechanical properties. However, it does not bind directly to the bone, so it requires a surface modification. This problem can be solved by nanotube and micropore formation. Plasma electrolytic oxidation (PEO) treatment for micropore, which combines high-voltage spark and electrochemical oxidation, is a new way of forming a ceramic coating on light metals such as titanium and its alloys. This method has excellent reproducibility and can easily control the shape and size of the Ti alloy. In this study, formation of bioactive surface by PEO-treatment after $2^{nd}$ ATO technique of Ti-6Al-4V alloy was invesgated by various instrument. Nanotube oxide surface structure was formed on the surface by anodic oxidation treatment in 0.8 wt.% NaF and 1M $H_3PO_4$ electrolytes. After nanotube formation, nanotube layer was removed by ultrasonic cleaning. PEO-treatment was carried out at 280V for 3 minutes in the electrolytic solution containing the bioactive substance (Mg, Zn, Mn, Sr, and Si). The surface of Ti-6Al-4V alloy was observed by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM, S-4800 Hitachi, Japan). An energy dispersive X-ray spectrometer (EDS, Inca program, Oxford, UK) was used to analyze the spectra of physiologically active Si, Mn, Mg, Zn, and Sr ions. The PEO film formed on the Ti-6Al-4V alloy surface was characterized using an X-ray diffractometer (TF-XRD, X'pert Philips, Netherlands). It is confirmed that bioactive ions play an essential role in the normal bone growth and metabolism of the human skeletal tissues.
Dye-sensitized solar cells (DSSCs) were synthesized using a $0.25cm^2$ area of a $TiO_2$ nanoparticle layer as the electrode and platinum (Pt) as the counter electrode. The $TiO_2$ nanoparticle layers (12 to 22 ${\mu}m$) were screen-printed on fluorine-doped tin oxide glass. Glancing angle X-ray diffraction results indicated that the $TiO_2$ layer is composed of pure anatase with no traces of rutile $TiO_2$. The Pt counter electrode and the ruthenium dye anchored $TiO_2$ electrode were then assembled. The best photovoltaic performance of DSSC, which consists of a $18{\mu}m$ thick $TiO_2$ nanoparticle layer, was observed at a short circuit current density ($J_{sc}$) of $14.68mA{\cdot}cm^{-2}$, an open circuit voltage ($V_{oc}$) of 0.72V, a fill factor (FF) of 63.0%, and an energy conversion efficiency (${\eta}$) of 6.65%. It can be concluded that the electrode thickness is attributed to the energy conversion efficiency of DSSCs.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2016.11a
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pp.198-198
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2016
An ideal orthopedic implant should provide an excellent bone-implant connection, less implant loosening and minimum adverse reactions. Commercial pure titanium (CP-Ti) and Ti alloys have been widely utilized for biomedical applications such as orthopedic and dental implants. However, being bioinert, the integration of such implant in bone was not in good condition to achieve improved osseointegraiton, there have been many efforts to modify the composition and topography of implant surface. These processes are generally classified as physical, chemical, and electrochemical methods. Plasma electrolytic oxidation (PEO) as an electrochemical route has been recently utilized to produce this kind of composite coatings. Mg ion plays a key role in bone metabolism, since it influences osteoblast and osteoclast activity. From previous studies, it has been found that Mg ions improve the bone formation on Ti alloys. PEO is a promising technology to produce porous and firmly adherent inorganic Mg containing $TiO_2$($Mg-TiO_2$ ) coatings on Ti surface, and the amount of Mg introduced into the coatings can be optimized by altering the electrolyte composition. In this study, a series of $Mg-TiO_2$ coatings are produced on Ti-6Al-4V ELI dental implant using PEO, with the substitution degree, respectively, at 0, 5, 10 and 20%. Based on the preliminary analysis of the coating structure, composition and morphology, a bone like apatite formation model is used to evaluate the in vitro biological responses at the bone-implant interface. The enhancement of the bone like apatite forming ability arises from $Mg-TiO_2$ surface, which has formed the reduction of the Mg ions. The promising results successfully demonstrate the immense potential of $Mg-TiO_2$ coatings in dental and biomaterials applications.
Park, Ji-Eun;Kim, Tae-Gyun;Jung, Ui-Won;Kim, Chang-Sung;Choi, Seong-Ho;Cho, Kyoo-Sung;Kim, Chong-Kwan;Chai, Jung-Kiu
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.35
no.4
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pp.1039-1052
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2005
IMZ는 "intramobile cylinder implant system" (IMZ)로 독일에서 가장 오래되고 많이 사용되어진 임플란트 중 하나이다. 이 임플란트에 관한 장기적 성공률과 생존률에 대한 연구는 대개 80% 이상을 보고하고 있다. 그러나, 연세대학교 치과병원 치주과에서 식립된 83개의 임플란트에서는 이전의 연구와는 다른 결과를 나타내었다. 1. IMZ 임플란트의 생존률은 67.5% 였다. 2. 변연 치조골 소실에 대한 성공 기준을 적용한 결과 성공률은 49.4%로 나타났다. 3. 발거된 총 27개의 임플란트 중에서 임플란트 주위 골소실을 가지는 경우는 17개, 내부구조 파절은 4개, 식립체 파절은 5개로 보고되었다. 4. 10년 이상 생존된 임플란트에서 변연골 소실의 평균치는 2.82mm였다. IMZ 임플란트는 장기적으로 높은 실패율을 보고하였다. 이는 cylindrical design, titanium plasma flame spray coating, prosthodontic complication 등의 요소에 기인한 것으로 사료된다. 임플란트는 그 형태, 표면 처리 등 여러 가지 요인들에 의해 실패가 나타날 수 있으며 본 연구를 통해 임플란트의 개발 및 선택에 바탕이 될 수 있을 것으로 생각된다.
STATEMENT OF PROBLEM. When veneering composite resin-metal restoration is prepared, the fact that bond strength between Ti and composite resin is relatively weak should be considered. PURPOSE. The purpose of this study is to evaluate the shear bond strength between the veneering composite resin and commercial pure (CP) Ti / Ti-6Al-4V alloy according to the method of surface treatment. MATERIAL AND METHODS. The disks were cast by two types of metal. Their surfaces were treated by sandblasting, metal conditioner, TiN coating and silicoating respectively. After surface treatment, the disks were veneered by composite resin (Tescera$^{TM}$, Bisco, USA) which is 5 mm in diameter and 3 mm in thickness. The specimens were stored in water at $25^{\circ}C$ for 24 hours, and then evaluated for their shear bond strength by universal testing machine (STM-$5^{(R)}$, United Calibration, USA). These values were statistically analyzed. RESULTS. 1. All methods of surface treatment were used in this study satisfied the requirements of ISO 10477 which is the standard of polymer-based crown and bridge materials. 2. The metal conditioner treated group showed the highest value in shear bond strength of CP Ti, silicoated group, TiN coated group, sandblasted group, in following order. 3. The silicoated group showed the highest value in shear bond strength of Ti-6Al-4V alloy, metal conditioner treated group, sandblasted group, TiN coated group, in following order. CONCLUSION. Within the limitations of this study, all methods of surface treatment used in this study are clinically available.
$TiB_2$-TiN double-layer coating have been prepared by ion beam enhanced deposition. AES, XRD, TEM and HRTEM were employed to characterize the $TiB_2$ layer. The microhardness of the coatings was evaluated by an ultra low-load microhardness indenter system, and the tribological behavior was examined by a ball-on-disc tribology wear tester. It was found that in a single titanium diboride layer, the composition is uniform along the depth of the film, and it is mainly composed of nanocrystalline $TiB_2$ with hexagonal structure, which resulted from the ion bombardment during the film growth. The hardness of the $TiB_2$ films increases with increasing ion energy, and approaches a maximum value of the $TiB_2$ films increases with increasing ion energy, and approaches a maximum value of 39 Gpa at ion energy of 85 keV. The tribological property of the TiB2 films is also improved by higher energy of 85keV. The tribological property of the $TiB_2$ films is also improved by higher energy ion beam bombardment. There is no major disparity in the mechanical properties of double-layer $TiB_2$/TiN coatings and TiN/$TiB_2$ coatings. Both show an improved wear resistance compared with single-layer $TiB_2$ films. The adhesion of double-layer coatings is also superior to that of single-layer films.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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