KR100540345B1 - Method for Manufacturing of Surface Coating on the Screw Release of Dental Implant Screw - Google Patents
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Abstract
본 발명은 치과에서 사용하는 임플란트용 지대주 나사에 있어서, The present invention in the implant abutment screw for use in dentistry,
상기 지대주 나사의 표면에 ZrN 과 TiN 중 어느하나를 선택하여 이온도금하므로써 내마모성을 강화하고, 나사의 표면에 강도를 부여하므로써 풀림방지기능을 현저히 개선될 수 있도록 함을 특징으로 하는 치과용 임플란트에 있어서 풀림방지기능이 개선된 지대주 나사의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 임플란트용 지대주 나사 표면에 ZrN 과 TiN을 이온도금하므로써 내마모성을 보다 강화하고, 나사의 표면에 강도를 부여하므로써 풀림방지기능을 현저히 개선할 수 있는 매우 유용한 발명이다.In the dental implant, characterized in that the surface of the abutment screw by selecting any one of ZrN and TiN to enhance the wear resistance by the ion plating, and to improve the anti-loosening function by giving strength to the surface of the screw The present invention provides a method of manufacturing abutment screws with improved loosening prevention function. The present invention further enhances abrasion resistance by ion plating ZrN and TiN on the abutment screw surface for implants, and provides a loosening prevention function by imparting strength to the surface of the screw. It is a very useful invention that can significantly improve.
치과, 임플란트, 풀림방지, 지대주, 나사Dental, implant, anti-loosening, abutment, screw
Description
도 1 - 본 발명에 있어서 TiN과 ZrN을 titanium screw에 이온코팅한 표면을 SEM으로 촬영한 사진.FIG. 1-SEM photograph of the surface coated with TiN and ZrN in a titanium screw according to the present invention.
도 2 - 아무것도 코팅되지 않은 3i implant innovation의 나사의 표면을 SEM으로 촬영한 사진.Figure 2-SEM photograph of the surface of the screw of 3i implant innovation uncoated nothing.
도 3 - 본 발명에 있어서 Vickers 경도계를 사용하여 3i의 titanium screw의 경도를 측정한 후 압흔을 광학현미경으로 촬영한 사진.Figure 3-In the present invention using a Vickers hardness tester after measuring the hardness of the titanium screw of 3i photographed indentation with an optical microscope.
도 4 - 본 발명에 있어서 Vickers 경도계를 사용하여 AVANA의 gold screw의 경도를 측정한 후 압흔을 광학현미경으로 촬영한 사진.Figure 4-In the present invention after measuring the hardness of the gold screw of the AVANA using a Vickers hardness tester photograph of the indentation with an optical microscope.
도 5 - 본 발명에 있어서 TiN과 ZrN이 코팅된 3i의 titanium screw 표면을 마모시험을 행한 후 마모표면을 SEM을 이용하여 촬영한 사진.5-After the wear test on the titanium screw surface of TiN and ZrN-coated 3i titanium in the present invention, the wear surface photograph using a SEM.
도 6 - 본 발명에 있어서 TiN과 ZrN이 코팅된 AVANA의 gold screw 표면을 마모시험을 행한 후 마모표면을 SEM을 이용하여 촬영한 사진.Figure 6-After the wear test of the gold screw surface of the TiANA and ZrN-coated AVANA in the present invention, the wear surface photographed by SEM.
도 7 - 본 발명에 있어서 마모시험전과 시험후의 표면 거칠기를 알아보기 위 하여 표면 거칠기 측정기를 이용하여 3i implant innovation의 티타늄 나사의 마모시험전의 표면거칠기를 표시한 그래프도.FIG. 7 is a graph showing surface roughness before abrasion test of titanium screw of 3i implant innovation using a surface roughness gauge to determine surface roughness before and after abrasion test in the present invention. FIG.
도 8 - 본 발명에 있어서 시편을 마모 시험한 후 3i implantinnovation의 티타늄 나사의 마모시험 후의 표면 거칠기를 표시한 그래프도.8-A graph showing surface roughness after abrasion testing of titanium screws of 3i implantinnovation after abrasion testing of specimens in the present invention.
도 9 - 본 발명에 있어서 마모시험전과 시험후의 표면 거칠기를 알아보기 위하여 표면 거칠기 측정기를 이용하여 AVANA의 gold 나사의 마모시험전의 표면 거칠기를 표시한 그래프도.FIG. 9 is a graph showing surface roughness before abrasion testing of gold screws of AVANA using a surface roughness measuring instrument in order to find out surface roughness before and after abrasion testing in the present invention. FIG.
도 10 - 본 발명에 있어서 시편을 마모 시험한 후 AVANA의 gold 나사의 마모시험 후의 표면 거칠기를 표시한 그래프도.10-A graph showing the surface roughness after the abrasion test of the gold screw of AVANA after the abrasion test of the specimen in the present invention.
도 11 - 본 발명에 있어서 표면에서 코팅피막의 접착능을 시험하기 위하여 다이아몬드 tip을 사용하여 표면 긁힘 시험기로 긁힘시험을 한 3i의 Ti 나사의 사진도.Figure 11-Photograph of the Ti screw of 3i subjected to a scratch test with a surface scratch tester using a diamond tip to test the adhesion of the coating film on the surface in the present invention.
도 12 - 본 발명에 있어서 표면에서 코팅피막의 접착능을 시험하기 위하여 다이아몬드 tip을 사용하여 표면 긁힘 시험기로 긁힘시험을 한 Steri-Oss Ti의 사진도.12-Photograph of Steri-Oss Ti subjected to a scratch test with a surface scratch tester using a diamond tip to test the adhesion of the coating film on the surface in the present invention.
도 13 - 본 발명에 있어서 표면에서 코팅피막의 접착능을 시험하기 위하여 다이아몬드 tip을 사용하여 표면 긁힘 시험기로 긁힘시험을 한 AVANA의 gold나사의 긁힘 사진도.Figure 13-A scratch photograph of AVANA's gold screw subjected to a scratch test with a surface scratch tester using a diamond tip to test the adhesion of the coating film on the surface in the present invention.
도 14 - 본 발명에 있어서 표면에서 코팅피막의 접착능을 시험하기 위하여 다이아몬드 tip을 사용하여 표면 긁힘 시험기로 긁힘시험을 한 AVANA의 Ti나사의 긁힘 사진도.Figure 14-Scratching photograph of the Ti screw of AVANA subjected to a scratch test with a surface scratch tester using a diamond tip to test the adhesion of the coating film on the surface in the present invention.
도 15 - 본 발명에 있어서 표면에서 코팅피막의 접착능을 시험하기 위하여 다이아몬드 tip을 사용하여 표면 긁힘 시험기로 긁힘시험을 한 Steri-Oss의 TorqTite와 3i의 GoldTite 나사의 긁힘 사진도.Figure 15-Scratching photograph of the TorqTite and 3i GoldTite screw of Steri-Oss, which was subjected to a scratch test with a surface scratch tester using a diamond tip to test the adhesion of the coating film on the surface in the present invention.
본 발명은 치과용 임플란트에 있어서 지대주 나사의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 치과용 임플란트의 시술시 사용하는 지대주 나사에 ZrN과 TiN을 이온도금하므로써 풀림방지기능이 개선되도록 한 지대주 나사의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing abutment screw in a dental implant, and more particularly, to manufacture abutment screw to improve the anti-loosening function by ion plating ZrN and TiN on the abutment screw used in the dental implant procedure. It is about a method.
치과용 임플란트의 개발이 시작된 이래 대부분의 연구는 주로 Ti 고정체와 골(骨)과의 생체적합성에 집중되어 왔다. 그러나 실제 보철물을 완성한 후에 임플란트용 지대주 나사(이하 나사라 한다)는 고정체와 보철물을 고정해주는 중요한 역할을 하며 임상적으로 사용시 나사의 풀림이라는 큰 문제를 야기 시키고 있으므로 임플란트 보철 연결시에 사용하는 나사에도 관심을 기울여야 한다. 임상에서는 나사의 사용과 관련하여 실제 많은 문제점을 갖고 있으며 그러한 문제점중 가장 빈번한 것은 나사의 풀림이다. 이러한 나사 풀림은 종종 단일치아 임플란트 수복에서 가장 많이 발생하는 것처럼 보이지만 다수치 수복의 경우에서도 다양하게 발생한다 고 보고 되고 있으며, 구치부 수복의 경우는 긴밀한 조임을 유지하기가 더욱 어려운 단점을 갖는 것이다. Since the development of dental implants, most research has focused mainly on the biocompatibility of Ti fixtures and bone. However, after completing the actual prosthesis, the abutment screw (hereinafter referred to as screw) for the implant plays an important role in fixing the fixture and the prosthesis and causes a big problem such as loosening of the screw in clinical use. Should pay attention to In clinical practice, there are actually many problems associated with the use of screws, the most frequent of which is the loosening of screws. These screw loosening often appears to occur most frequently in single tooth implant restorations, but has been reported to occur in many cases in the case of multiple tooth restorations, and in the case of posterior restorations, it is more difficult to maintain tight tightening.
나사를 조일 때 나사에 인장의 초기하중인 전하중(preload)이 발생하며, 나사에 발생된 이 인장력은 결과적으로 임플란트와 치관부 사이에서 압축력으로 작용하므로서 인공치관을 임플란트에 고정하게 된다. 따라서 전 하중이 클수록 나사의 풀림을 줄일수 있다. Burgutte 등은 나사에 가해진 회전력과 전하중(preload)의 상관관계에는 나사의 마찰계수(coefficient of friction), 기하학(geometry), 재료의 물리적 성질(material properties)등이 작용하는데, 마찰계수는 나사산의 경도(hardness), 표면마무리, 윤활제의 양 및 성질, 나사조임시 속도에 의존하며, 기하학적 요소로는 나사의 반경, 나사산의 형태를 들 수 있고, 물리적 성질에는 탄성계수(modulus of elasticity), 포와송 비(Poisson's ratio), 항복강도(yield stress)등 다양한 요소들이 관여한다. When the screw is tightened, an initial preload of tension is generated on the screw, which in turn acts as a compressive force between the implant and the crown, thereby securing the artificial crown to the implant. Therefore, the greater the load, the less the loosening of the screw. In Burgutte et al., The coefficient of friction, geometry, and material properties of a screw affect the correlation between the torque applied to the screw and the preload. Hardness, surface finish, quantity and properties of lubricant, speed of screw tightening, geometrical factors include thread radius, thread form, and physical properties of modulus of elasticity, fabric Many factors are involved, including the Poisson's ratio and yield stress.
따라서 나사를 조이는 특성을 결정해 주는 아주 중요한 요소중의 하나는 나사 재질이며, 많은 제조회사들이 이에 관하여 많은 변화를 시도해 왔다. 나사를 꽉 조이게 유지시키는 힘은 나사산(thread) 사이, 볼트의 머리와 abutment 사이, 임플란트와 abutment 사이의 마찰력이며, 역사 나사를 꽉 조일 때 이러한 부위에서 마찰에 의하여 나사의 조임을 저지한다. 마찰력의 크기는 재료간 조합(meterial combination), 표면질감(surface texture), 오염(contamination) 또는 윤활(lubrication)의 정도는 물론이고 전하중에 좌우된다9). 마이크로 수준에서 마찰은 대합되는 면 위에 표면의 꺼칠꺼칠함(asperity)이라고 불리는 미세한 정점(peak)의 맞물림(interlocking)과 밀착(welding)이다. 어느 움직임이 마찰평면에 평행하게 나타난다면 이러한 표면의 거칠음을 깎아내게 되어 두면 사이에 마모가 이루어진다. 나사를 조일 때 최초에 가해진 토크(torque)의 약 90%는 마찰을 극복하는데 사용되고 오직 10%만이 전하중을 유발한다. 따라서 나사연결의 안정성(joint stability)를 얻기 위해서는 전하중을 최대화해야 하고 마찰에 의한 가해진 토크의 손실을 최소화해야 하므로, 즉 나사를 조일 때 마찰을 줄여 주는 것이 중요하다.Therefore, one of the most important factors that determine screw tightening characteristics is the screw material, and many manufacturers have made many changes in this regard. The force that holds the screw tight is the friction force between the thread, between the head and the abutment of the bolt, and between the implant and the abutment, which prevents the screw from being tightened by friction in these areas when the screw is tight. The magnitude of the frictional force depends on the charge as well as on the degree of intermetallic combination, surface texture, contamination or lubrication. At the micro level, friction is the interlocking and welding of a fine peak called the asperity of the surface on the opposing face. If a movement appears parallel to the friction plane, this roughness of the surface is scraped off and wear occurs between the two surfaces. About 90% of the torque initially applied when tightening the screw is used to overcome friction and only 10% causes charge. Therefore, in order to achieve joint stability, it is important to maximize the charge and minimize the loss of torque applied by friction, i.e. to reduce the friction when tightening the screw.
이를 위해서 구강 내에서 화학적으로 안정적이고 내마모성을 갖는 생체 친화적인 물질을 나사에 코팅하려는 시도가 다양하게 시도되고 있으며, 그 중에서 치과용 지대주 나사의 표면 물성을 증진시키기 위하여 질화물 코팅이나 에폭시코팅 등을 하기도 한다. 하지만 코팅(coating)은 그 부위나 목적에 따라서 필요한 성질이 다르고 각각의 목적에 따라 강하게 또는 약하게 물성을 바꾸는 것이 사용 목적에 유리할 수 있다. To this end, various attempts have been made to coat chemically stable, abrasion-resistant bio-friendly materials on screws, among which nitride coating or epoxy coating are used to enhance the surface properties of dental abutment screws. do. However, the coating (coating) is required properties vary depending on the site or purpose, and it may be advantageous for the purpose of use to change the properties strongly or weakly according to each purpose.
또한 Larry 등은 지대나사의 사용에 있어서 금 지대나사가 타이타늄 지대나사보다 나사 풀림 현상이 적다고 보고하였고, Millere 등과 Haack 등의 연구에서도 금나사가 타이타늄 나사보다 생성되는 전하중 양이 크다고 하였다. 이는 Ti-Ti의 마찰계수 μ=0.5이며 Ti-Au의 마찰계수 μ=0.15로서 타이타늄 나사의 경우에는 타이타늄 재질의 고정체 또는 지대주와 긴밀한 접촉시 더 높은 마찰 저항(μ=0.15)이 낮아 더욱 효과적으로 조여질수 있으므로 타이타늄 나사보다 2배 정도 큰 800N의 전하중을 얻을 수 있으며 또한 타이타늄보다 금의 경우가 항복강도가 높으므로 더 조일수 있기 때문이라 하였다. 아울러 티타늄 나사는 galling 과 seizing의 성질을 가져 잠금과 풀림의 반복에 의해 마찰계수가 증가하므로 적절한 전하중을 부여하기 어렵게 된다. 최근 이러한 마찰계수를 감소시키려는 노력으로 lubricant 의 적용이 시작되었으며, 그 중 현재 가장 널리 사용되는 것으로 3i 사의 Goldtite와 Steri-oss 사의 Torqtite 가 있다. Goldtite는 금합금에 0.76 마이크로 미터의 순수한 금으로 도금을 한 것으로, 순금을 dry lubricant로 이용한 것으로 제조회사에서는 전하중이 24퍼센트가 증가하며, 수직 잠금력이 75퍼센트가 증가한다고 하였다. Torqtite는 티타늄합금에 solid lubricant 인 테프론을 코팅한 것으로 제조회사에서는 마찰계수를 60퍼센트 정도 감소시켜주어 기존의 티타늄나사의 2배의 잠금력을 가진다고 하고 있다. Will 등은 그들의 연구에서 GoldTite 와 TorqTite가 마찰계수를 낮추는데 도움을 주어 기존의 금나사와 티타늄 나사보다 더 높은 전하중을 발생시킨다고 하였다. 임플란트 지대주 나사의 코팅의 성질 중 3i의 gold 코팅된 나사는 표면의 물성을 약하게 하고 그 변형된 성질을 이용해서 지대주 나사의 풀림 현상을 방지하고자 하였다. 또한 pure gold의 낮은 마찰계수는 지대주 나사를 조이는데 있어 약간의 회전을 더 허용하기에 초기 토크를 증대시키는 효과를 얻고자 하였다. 이러한 방법으로 풀림과 조임의 문제를 해결하였다. 특히 이들 코팅물질은 내마모성 및 전단강도가 낮아 임플란트 고정체 나사표면과 지대주 나사표면으로부터 유리된 금속이온이나 마모된 입자들이 풀림과 조임을 반복할 때 표면을 거칠게 함으로써 마찰저항을 증가시켜 조임에 문제가 있는 것으로 나타나고 있다.Larry et al. Reported that gold thread screws had less loosening screws than titanium thread screws in the use of abutment screws, and Millere and Haack et al. Also found that gold screws have a greater amount of charge than titanium screws. This is because the coefficient of friction of Ti-Ti is 0.5, and the coefficient of friction of Ti-Au is 0.5, which is more effective in the case of titanium screws because of the higher frictional resistance (μ = 0.15) in close contact with titanium fixtures or abutments. Because it can be tightened, 800N charge charge, which is about twice as large as that of titanium screws, can be obtained, and gold can be further tightened because the yield strength is higher than that of titanium. In addition, titanium screws have the properties of galling and seizing, so the coefficient of friction increases due to repeated locking and unlocking, making it difficult to give proper charge weight. Recently, lubricants have been applied in an effort to reduce such friction coefficients. Among them, goldtite of 3i and Torqtite of Steri-oss are the most widely used. Goldtite plated the gold alloy with 0.76 micrometers of pure gold, using pure gold as a dry lubricant, and manufacturers said that the charge weight increased 24 percent and the vertical locking force increased 75 percent. Torqtite is a titanium lubricant coated with Teflon, a solid lubricant. The manufacturer says it reduces the coefficient of friction by 60 percent and has twice the locking force of conventional titanium screws. Will et al. Found that GoldTite and TorqTite help to lower the coefficient of friction, resulting in higher charge weights than conventional gold and titanium screws. Among the coating properties of implant abutment screw, 3i gold coated screw was used to reduce surface properties and to prevent loosening of abutment screw using its modified properties. In addition, the low coefficient of friction of pure gold allows for a little more rotation in tightening the abutment screw, thus increasing the initial torque. In this way, the problem of loosening and tightening was solved. In particular, these coating materials have low abrasion resistance and shear strength, which increases the frictional resistance by increasing the frictional resistance by roughening the surface when metal ions or worn particles freed from the implant fixture screw surface and the abutment screw surface are repeatedly loosened and tightened. It appears to be.
이들의 연구는 나사표면의 처리가 나사풀림을 방지하는데 중요한 영향을 미 침을 보여주고 있다. 그러나 Gold 코팅된 GoldTite와 테프론 코팅된 TorqTite는 조임과 풀림을 반복적으로 행할 때 마모, 손상되어 그 효과 가 감소되며 이를 개선하기 위하여 TiN과 ZrN의 코팅이 필요하며 반복적인 조임과 풀림의 효과를 높일 수 있고 마찰저항을 최소화하여 표면의 안정상 부여와 동시에 강도를 부여할 수 있는 코팅방법이 필요하다.Their research shows that the treatment of screw surfaces has an important effect on preventing screw loosening. However, Gold-coated GoldTite and Teflon-coated TorqTite are worn and damaged repeatedly when tightening and loosening, and the effects of TiN and ZrN coating are required to improve the effects of repeated tightening and loosening. In addition, there is a need for a coating method that can impart strength to the surface at the same time by minimizing frictional resistance.
최근에는 고정체에서는 표면에 TiN, ZrN등과 같은 생체불활성 질화물을 Ti 임플란트 표면에 코팅하여 Ti 소재의 이물반응과 물리적인 취약함을 해결하려는 연구가 시도되고 있지만 지대주 나사에는 적용한 예가 없다. 현재 널리 사용되고 있는 코팅방법으로는 sputtering, ion plating, laser ablation 등이 있으며, 이들 물리증착법은 모재와 코팅층 사이의 계면이 물리적 결합을 하고 있어 표면에서의 강도나 표면거칠기를 최소화할 수 있다. 이들 중에서도 ion plating(이온도금)은 Berghaus에 의해 처음 보고된 이후 질화장비의 하드웨어적인 발달과 플라즈마의 용이한 조절이 가능해짐에 따라 급격한 발전을 거듭하여 이미 일반 합금강의 표면경화목적으로 사용되고 있다. 이 방법은 고온에서 행하는 침탄에 의한 경화와는 달리, 이온질화의 경우 플라즈마를 이용한 저온공정이 가능하므로 재료의 변형을 최소화하면서도 표면경화를 얻을 수 있다. 플라즈마에 의한 표면반응이란 양극에 작용하는 전압차에 의해 이온화된 질소이온이 질화대상물로 가속되어 일어나는 스퍼터링 현상으로 첫째는 가스질화와는 달리 스퍼터링 현상에 의해 질소이온과 Ar 이온이 연속적으로 질화대상물에 전달됨으로써 표면산화막을 파괴하여 제거하고, 첨가된 Ar gas가 플라즈마현상에 의해 질소원자에 대한 질화 대상물의 흡착 및 확산 을 용이하게 하는 현상이다. 둘째는 가속된 질소이온에 의해 Zr이나 Ti 원소가 스퍼터링된 후 다시 질소이온과 결합하여 ZrN 이나 TiN등을 형성하는 것이다.Recently, studies have been attempted to solve foreign body reactions and physical weaknesses of Ti materials by coating bioinert nitrides such as TiN and ZrN on the surface of Ti implants, but there are no examples of abutment screws. Currently widely used coating methods include sputtering, ion plating, and laser ablation, and these physical vapor deposition methods minimize physical strength and surface roughness due to the physical bonding between the base material and the coating layer. Among them, ion plating has been rapidly used as the surface hardening of general alloy steel since it was first reported by Berghaus, and the development of nitriding equipment and the easy control of plasma have been made. Unlike the hardening by carburization performed at a high temperature, this method enables a low temperature process using plasma in the case of ion nitriding, thereby obtaining surface hardening while minimizing material deformation. The surface reaction by plasma is sputtering phenomenon that is accelerated by the ionization of nitrogen ions ionized by the voltage difference acting on the anode. Firstly, unlike gas nitriding, nitrogen ion and Ar ions are continuously connected to the nitride object by sputtering phenomenon. It is a phenomenon in which the surface oxide film is destroyed and removed by transfer, and the added Ar gas facilitates the adsorption and diffusion of the nitride object to the nitrogen atom by the plasma phenomenon. Second, Zr or Ti element is sputtered by accelerated nitrogen ion and then combined with nitrogen ion to form ZrN or TiN.
따라서 본 발명은 임플란트용 지대주 나사의 표면특성을 개선하기 위하여 ZrN 과 TiN을 지대주 나사의 표면에 이온도금하므로써 내마모성을 보다 강화하고, 나사의 표면에 강도를 부여하여 풀림방지기능을 개선할 수 있도록 한 것이다.
Therefore, in order to improve the surface properties of the abutment screw for implants, ZrN and TiN are ion-plated on the abutment screw surface to further enhance wear resistance and to impart strength to the surface of the screw to improve the anti-loosening function. will be.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명자은 먼저 지대주 나사의 풀림 방지 효과를 증대시키기 위해서는 지대주 나사의 표면 마찰계수를 낮추어서 초기 토크를 더 가할 수 있도록 하는 방법이 필요하고, 이를 위해서는 표면특성과 내마모성이 우수하고 마찰계수가 낮은 물질을 지대주 나사 표면에 코팅하여야 한다는 점에 착안하였다.In order to achieve the above object, the present inventors first need a method for lowering the surface friction coefficient of the abutment screw to further apply an initial torque in order to increase the anti-loosening effect of the abutment screw. It was noted that a material with low modulus should be coated on the abutment screw surface.
이를 위해서 본 발명자는 다양한 코팅재료를 지대주 나사 표면에 코팅하고 그 결과를 테스트하였으며, 그중 TiN과 ZrN은 구강내 부식환경에서 안정성이 우수하고 강도도 우수하여 가장 바람직한 코팅재료인 것으로 판단되었다.To this end, the present inventors coated various coating materials on the surface of the abutment screw and tested the results. Among them, TiN and ZrN were determined to be the most preferable coating materials because of excellent stability and strength in the oral corrosive environment.
이처럼 지대주 나사의 표면에 TiN과 ZrN을 코팅하여 마찰저항을 감소시킨 연구는 아직까지는 없으며, 또한 본 발명은 상기 TiN과 ZrN을 이온도금법을 사용하여 지대주 나사의 표면에 코팅되도록 하였다.As described above, there is no research to reduce the frictional resistance by coating TiN and ZrN on the surface of the abutment screw, and the present invention also allows the TiN and ZrN to be coated on the surface of the abutment screw by using an ion plating method.
상기 사용된 이온도금법은 Berghaus에 의해 처음 보고된 이후 질화장비의 하드웨어적인 발달과 플라즈마의 용이한 조절이 가능해짐에 따라 급격한 발전을 거듭하여 이미 저합금강의 표면경화목적으로 사용되고 있으며, 이 방법은 고온에서 행하는 침탄에 의한 경화와는 달리, 이온 질화의 경우 플라즈마를 이용한 저온공정이 가능하므로 재료의 변형을 최소화하면서도 표면경화를 얻을 수 있는 것이다. Since the ion plating method used is first reported by Berghaus, hardware development of the nitriding equipment and easy control of plasma have been rapidly developed, and are already used for the surface hardening of low alloy steel. Unlike the hardening by carburizing, which is performed in the case of ion nitriding, since the low temperature process using plasma is possible, surface hardening can be obtained while minimizing material deformation.
상기 이온도금법에 의해 TiN 및 ZrN이 도금된 지대주 나사의 피막을 입체사진기를 이용하여 촬영한 결과 TiN의 경우는 gold 색깔을 띄어 전형적인 TiN 코팅막의 형성을 보였으며, ZrN은 옅은 녹색을 보여 코팅이 잘 이루어졌고 균일하게 이루어졌음을 나타내었다. 특히 주사전자현미경으로 관찰한 결과 지대주 나사에 코팅을 하지 않은 경우에 비하여 아주 매끄러운 형상을 보였는데 ZrN은 TiN에 비하여 코팅이 균일하게 될 뿐더러 고배율로 관찰하더라도 입자가 아주 작게 나타나 표면에서 도금이 균질하고 코팅피막의 밀도가 높음을 알 수 있었다. The film of TiN and ZrN plated abutment screw coated by the ion plating method was photographed using a three-dimensional photograph. As a result, TiN showed a gold color, and the typical TiN coating film was formed. It was made and shown to be uniform. In particular, the results of the scanning electron microscopy showed a very smooth shape compared to the case where the abutment screw was not coated. ZrN has a uniform coating as compared to TiN, and even when observed at high magnification, the particles appear very small and the plating is uniform on the surface. It was found that the density of the coating film was high.
상기 TiN 및 ZrN의 이온도금은 나사의 재질에 따라 차이를 보이는데 gold 합금으로 된 나사와 Ti로 구성된 합금의 표면을 관찰해 보면 gold로 구성된 나사의 표면은 가공이 잘되어 표면의 거칠기가 Ti보다는 낮음을 알 수 있었다. 그러나 TiN과 ZrN을 코팅처리하면 그 표면의 거칠기는 크게 감소되며 특히 ZrN의 코팅이 표면의 거칠기를 최소화하였다. 같은 재료일지라도 AVANA의 경우는 가공 시 나타나는 표면의 결함이 아주 심하게 나타나 코팅을 하더라도 큰 결함은 그대로 존재하였다. The ion plating of TiN and ZrN shows a difference according to the material of the screw. When observing the surface of the screw made of gold alloy and the alloy made of Ti, the surface of the screw made of gold is well processed and the surface roughness is lower than that of Ti. And it was found. However, when TiN and ZrN were coated, the surface roughness was greatly reduced. In particular, the coating of ZrN minimized the surface roughness. Even in the same material, the surface defects appearing during processing in AVANA are so severe that even the coating remains large.
코팅피막의 경도를 보면 나사의 헤드부분에 vickers 경도계를 이용하여 경도를 측정한 결과 TiN, ZrN을 코팅한 경우가 코팅하지 않은 경우에 비하여 약 100 VHS에서 200 VHS 정도 높게 경도 값이 나타났다. 특히 코팅이 되지 않은 경우는 gold가 Ti에 비하여 경도가 낮게 나타났으며 여기에 TiN과 ZrN을 코팅하여 경도가 크게 증가되지만 gold 역시 코팅하여도 Ti에 코팅한 것보다는 낮게 나타났다. 이는 기지 조직의 경도도 코팅에 영향을 미침을 알 수 있다. 코팅을 테프론으로 한 경우는 391로 가장 낮은 경도 값을 보여 코팅물질에 따라 경도가 다름을 알 수 있다. The hardness of the coating film was measured by using the vickers hardness tester on the head of the screw. The hardness value of the coating film was about 100 VHS to 200 VHS higher than that of TiN and ZrN. In particular, when the coating was not coated, the hardness of gold was lower than that of Ti, and the hardness was greatly increased by coating TiN and ZrN, but the coating was also lower than that of Ti even if gold was also coated. It can be seen that the hardness of the matrix also affects the coating. When the coating is made of Teflon, 391 shows the lowest hardness value, indicating that the hardness varies depending on the coating material.
경도는 보통 합금강에 코팅을 할 경우 TiN은 2000 kg/mm2을 ZrN은 2500 kg/mm2을 나타낸다고 보고26)하고 있어 대체적으로 TiN보다는 ZrN피막이 안정하고 표면의 특성이 좋음을 알 수 있었다. Hardness is reported to be 2000 kg / mm2 and ZrN 2500 kg / mm2 when coated on the alloy steel.26) It is generally found that the ZrN film is more stable and has better surface characteristics than TiN.
상기 TiN 및 ZrN이 이온도금된 나사의 코팅피막에 대한 내마모성과 접착성을 파악코저 행한 내마모성시험은 임플란트의 지대주의 헤드부분을 택하여 시험하였으며, 측정결과 TiN, ZrN을 코팅한 나사면이 내마모성이 우수함을 보였다. 따라서 나사의 조임과 풀림시 발생하는 나사부위의 소성변형을 최소화함으로써 적은 조임력으로 쉽게 고정체의 나사면과 접촉을 할 수 있을 것이다.The wear resistance test was performed by selecting the head portion of the abutment column of the implant, and the TiN and ZrN coated screw surfaces were tested for wear resistance and adhesion to the coating film of the screw coated with TiN and ZrN. Excellent Therefore, by minimizing the plastic deformation of the screw portion generated during tightening and loosening of the screw it will be able to easily contact the screw surface of the fixture with a small tightening force.
상기 TiN 및 ZrN이 이온도금된 나사의 마모면의 특성은 gold의 경우는 연성의 특성을 가지는 표면을 나타내지만 Ti의 경우는 취성에 가까운 마모면을 보였다. 그러나 TiN이나 ZrN이 코팅된 면에서의 마모면은 거의 마모되지 않은 형태를 보임으로써 코팅효과가 큼을 알 수 있었다. 마모의 저항은 ZrN은 0.6보다 작은 마찰계수를 가지나 TiN은 0.6보다 높은 마찰계수를 가진다는 보고에서도 알 수 있다. 또한 피막의 접착능은 일반적으로 ZrN이 45N, TiN이 55N으로 TiN이 접착능이 우수하지만 본 연구에서는 ZrN과 TiN이 기지에 따라서 다소 차이를 보였는데 TiN이 Ti에 코팅된 경우, ZrN이 gold에 코팅된 경우 각각 우수한 것으로 나타나고 있다. 이는 체심입방결정구조(bcc)를 갖는 Ti기지에 TiN을 코팅처리함으로써 기지와의 구조적인 match가 잘 일어나 접착능이 증가되고 면심입방격자를 갖는 gold에 ZrN이 잘 구조적으로 원자간의 면에서 match가 잘 되었기 때문으로 생각된다. 이러한 결과는 긁힘시험과 마모시험에서 확인 되고 있다. The wear surface properties of the TiN and ZrN ion-plated screws showed a ductile surface for gold, but showed a brittle wear surface for Ti. However, the wear surface on the TiN or ZrN-coated surface showed a largely unworn form, indicating a large coating effect. The resistance of abrasion can also be seen in reports that ZrN has a coefficient of friction less than 0.6, but TiN has a coefficient of friction higher than 0.6. In addition, ZrN is 45N, TiN is 55N, and TiN is excellent in adhesion. However, in this study, ZrN and TiN were slightly different depending on the base. When TiN is coated on Ti, ZrN is coated on gold. Each case is shown to be excellent. This is because TiN is coated on Ti base having a body-centered cubic crystal structure (bcc), which results in a good structural match with the base, which increases adhesion and ZrN is well structured in terms of atoms. I think it is because. These results have been confirmed in the scratch test and wear test.
이러한 결과를 토대로 지대주 나사와 고정체와의 조임과 풀림에 대한 문제는 마찰계수가 어느 정도 낮고 나사의 표면에 강도를 부여하면서 영구히 강도를 유지할 수 있다면 반복되는 조임과 풀림 시에 변형으로 인한 지대주나사의 풀림방지 효과를 극대화 할 수 있는 것이다. Based on these results, the problem of tightening and loosening the abutment screw and the fixture is that the abutment screw due to deformation during repeated tightening and loosening can be maintained if the friction coefficient is somewhat low and the strength of the screw can be maintained permanently. To maximize the anti-loosening effect.
본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명하기로 한다.The present invention will be described in more detail by way of examples.
실시예Example
본 실시예에 사용되어진 지대주 나사샘플은 3i사의 GoldTite, titanium screw (Implant Innovation, USA) 와 Steri-Oss사의 TorqTite, titanium screw (Nobel Biocare, USA) 및 AVANA사의 gold screw, titanium screw (Osstem Implant, Korea)를 각각 3개씩 사용하였다.The abutment screw samples used in this example were 3T GoldTite, titanium screw (Implant Innovation, USA) and Steri-Oss TorqTite, titanium screw (Nobel Biocare, USA) and AVANA gold screw, titanium screw (Osstem Implant, Korea ) 3 pieces each.
이온도금실험에는 플라즈마 아아크 이온도금(plasma-arc ion plating) 장치를 사용하였으며, 시험편을 장착후에 진공챔버를 3.0 x 10-5 torr까지 배기시키고 mass flow controller를 이용하여 Ar gas를 10 - 20m torr로 공급하였다. Plasma-arc ion plating equipment was used for the ion plating experiment. After mounting the specimen, the vacuum chamber was evacuated to 3.0 x 10-5 torr and Ar gas was reduced to 10-20 m torr using a mass flow controller. Supplied.
이후 900 W의 power로 Ar 플라즈마를 발생시킨 후 시료대에 DC를 인가하여 약 10분동안 산화층을 비롯한 시험편 표면의 오염물질을 제거한 후, 진공챔버를 다시 3.0x10-5 torr로 배기시켰다. 이온도금을 위하여 질소가스를 TiN 코팅의 경우 10 - 20m torr, ZrN의 경우는 9 - 10m torr로 공급하였으며 도금시간을 60min으로 하여 도금두께가 2.0 - 2.5μm가 되도록 하였다. 시편의 회전 속도는 0.5RPM으로 하여 나사산의 모든 부위에 코팅이 균일하게 이루어지도록 하였으며 접착도를 증가시키기 위하여 온도는 350 - 380℃로 하였다. After generating Ar plasma with a power of 900 W, DC was applied to the sample stage to remove contaminants on the surface of the specimen including the oxide layer for about 10 minutes, and then the vacuum chamber was evacuated again to 3.0 × 10 −5 torr. For ion plating, nitrogen gas was supplied at 10-20 m torr for TiN coating and 9-10 m torr for ZrN and the plating thickness was 2.0-2.5 μm with a plating time of 60 min. The rotational speed of the specimen was 0.5 RPM, so that the coating was uniformly applied to all parts of the thread. The temperature was 350-380 ° C to increase the adhesion.
결과를 확인하기 위하여 코팅표면조사는 이온도금 후 도금의 표면조직의 변화를 조사하기 위하여 FE-SEM(field emission scanning electron microscopy)과 EDX(energy dispersive x-ray spectroscopy)등을 사용하여 표면을 분석하였으며, 표면경도시험은 비커스 경도계(Model: HMV-2, Shimadzu, Japan)를 사용하여 시편당 5회씩 코팅표면의 경도를 측정하여 평균을 구하였다.In order to confirm the results, the coating surface irradiation was analyzed by using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX) to investigate the change of the surface structure of the plating after ion plating. The surface hardness test was averaged by measuring the hardness of the coated surface five times per specimen using a Vickers hardness tester (Model: HMV-2, Shimadzu, Japan).
표면긁힘시험은 다이아몬드 tip을 사용하여 표면긁힘시험기로 100gr/mm2의 하중으로 100mm/min속도로 긁힘 시험을 하였다. In the surface scratch test, a diamond tip was used to test the scratch at a speed of 100 mm / min with a load of 100 gr / mm2 using a surface scratch tester.
마모시험은 pin on disk type 마모시험기를 이용하여 ball은 3mm 직경의 루비 ball을, disk는 각 시험조건에서 이온도금된 지대주나사를 사용하였다. 이때 시험하중은 각각 50 g을 가하며 회전 선속도는 초당 28 mm로 유지하였다. 마모특성은 일정 마찰거리(약 35m)를 마찰한 후 마모흔(wear trace)과 무게감량(weight loss)으로 부터 마모특성을 비교하였다. 무게측정은 미세천칭을 이용하여 마모전과 마모후의 무게를 천칭하여 그 차로 비교하였다. plate와 ball과의 상대적 마찰을 계속하게 되면 접촉하는 plate 표면에서는 ball에 의해 접촉된 소위 마모흔(wear track)이 남게된다. 이와 같은 마모흔은 실험시간 및 시험하중이 증가함에 따라 넓이가 넓어지므로 본 실험에서는 마모된 정도의 비교를 위해 마모흔의 넓이를 SEM으로 관찰하였다. The wear test was performed using a pin on disk type abrasion tester. The ball was a 3mm diameter ruby ball and the disk was a plated abutment screw for each test condition. At this time, 50 g of test load was applied and the rotational linear velocity was maintained at 28 mm per second. The wear characteristics were compared from the wear trace and the weight loss after rubbing a certain friction distance (about 35m). Weighing was compared with the difference between the weight before and after abrasion using a microbalance. Continued relative friction between the plate and the ball leaves a so-called wear track contacted by the ball on the contacting plate surface. The wear traces of these wear areas were widened with increasing test time and test load. In this experiment, the area of the wear traces was observed by SEM to compare the degree of wear.
표면조도시험은 조도계(Model: DSF-1000, Kosaka, Japan)를 이용하여 Ra와 Rmax값을 구하여 표면의 조도를 측정하였다.In the surface roughness test, the surface roughness was measured by obtaining Ra and Rmax values using a roughness meter (Model: DSF-1000, Kosaka, Japan).
시험 결과 도 1은 본 발명 시험편, 즉 TiN과 ZrN을 3i사의 titanium screw에 이온코팅한 표면을 SEM으로 관찰한 사진으로, a는 TiN이 이온도금된 시편이고, b는 ZrN이 이온도금된 시편이다. 상기 시험편들은 아무것도 코팅되지 않은 도 2에 표현된 3i implant innovation의 나사의 표면과 비교해 볼때 훨씬 매끈한 모습을 보일 뿐만 아니라 표면에 스크랩이 거의 없고 긁힘도 코팅막의 영향으로 제거된 양상을 보인다. EDX곡선을 살펴보더라도 Ti와 Zr 및 N이 검출되어 코팅이 잘 이루어 졌음을 알 수 있다.Test results FIG. 1 is a SEM photograph of the test specimen of the present invention, ie, TiN and ZrN ion-coated surfaces on a titanium screw of 3i company, a is a specimen in which TiN is ion-plated, and b is a specimen in which ZrN is ion-plated. . The specimens were much smoother than the surface of the screw of 3i implant innovation shown in FIG. Looking at the EDX curve, Ti, Zr, and N were detected, indicating that the coating was well formed.
도 3은 Vickers 경도계를 사용하여 3i의 titanium screw의 경도를 측정한 후 압흔을 광학현미경으로 촬영한 것으로 (a)는 Non coated, (b)는 TiN coated, (c) 는 ZrN coated 나사의 압흔자국이다. 압흔자국에서는 코팅하지 않은 (a)에 비하여 TiN과 ZrN이 코팅된 (b)와 (c)가 다소 작게 나타나나 경도가 증가하였음을 알 수 있다. Figure 3 is a Vickers hardness tester after measuring the hardness of the titanium screw of the 3i and the indentation was taken with an optical microscope, (a) Non coated, (b) TiN coated, (c) is the indentation marks of ZrN coated screw to be. Indentation marks (b) and (c) coated with TiN and ZrN appeared somewhat smaller than the uncoated (a) but the hardness was increased.
도 4는 Vickers 경도계를 사용하여 AVANA의 gold screw의 경도를 측정한 후 압흔을 광학현미경으로 촬영한 것으로 (a)는 Non coated, (b)는 TiN coated, (c) 는 ZrN coated 나사의 압흔 자국이다. Ti에 코팅한 경우와 같이 압흔자국이 작게 나타나 경도가 증가함을 알 수 있다. Figure 4 is a Vickers hardness tester measured the hardness of the gold screw of the AVANA and the indentation was taken with an optical microscope, (a) Non coated, (b) TiN coated, (c) the indentation marks of ZrN coated screw to be. As shown in the case of coating on Ti, the indentation marks are small, indicating that the hardness is increased.
위 표 1은 모든 시편의 경도치를 종합하여 정리한 것으로 각 나사의 측정된 표면경도치를 보면 코팅하지 않은 것에 비하여 약 100에서 200정도 높게 나타나며, 특히 ZrN의 도금이 TiN을 도금한 경우에 비하여 더 높은 경도를 보였다.Table 1 above summarizes the hardness values of all specimens. The measured surface hardness of each screw shows about 100 to 200 times higher than uncoated. Especially, ZrN plating is higher than TiN plating. Showed hardness.
도 5는 TiN과 ZrN이 코팅된 3i의 titanium screw 표면의 내마모성을 조사하기 위하여 pin on disk type 마모시험기를 이용하여 마모시험을 행한 후 마모표면을 SEM을 이용하여 관찰한 사진으로 (a)는 Non coated, (b)는 TiN coated, (c)는 ZrN coated 나사의 마모표면이다. 마모의 폭이 코팅되지 않은 것에 비하여 코팅된 경우가 좁게 나타남을 알 수 있다. 특히 TiN이 코팅된 (b)가 (c)에 비하여 깊이나 폭이 적게 나타나 Ti나사에는 TiN의 코팅피막이 접착력이 우수함을 보인다.FIG. 5 is a photograph of the wear surface of the TiN and ZrN-coated 3i titanium screw after the abrasion test was performed using a pin on disk type abrasion tester. coated (b) shows TiN coated and (c) shows wear surface of ZrN coated screws. It can be seen that the coated case is narrower than the uncoated width of the wear. In particular, TiN-coated (b) shows less depth or width than (c), indicating that the TiN coating film has excellent adhesion to Ti screws.
도 6은 TiN과 ZrN이 코팅된 AVANA의 gold screw 표면의 내마모성을 조사하기 위하여 pin on disk type 마모시험기를 이용하여 마모시험을 행한 후 마모표면을 SEM을 이용하여 관찰한 사진으로 (a)는 Non coated, (b)는 TiN coated, (c)는 ZrN coated 나사의 마모표면이다. gold screw에는 ZrN피막의 마모폭과 깊이가 작게 나타나 접착력이 강함을 알 수 있다. Figure 6 is a photograph of the wear surface observed by using a SEM after the wear test using a pin on disk type abrasion tester to investigate the wear resistance of the gold screw surface of TiN and ZrN-coated AVANA coated (b) shows TiN coated and (c) shows wear surface of ZrN coated screws. The gold screw has a small abrasion width and depth of the ZrN film, indicating strong adhesion.
표 2는 모든 시편에 대하여 마모시험 전과 후의 무게를 측정하여 비교한 결 과이며 마모량은 TiN보다는 ZrN을 코팅한 경우가 크게 감소하며 특히 Ti나사에 TiN을 코팅한 경우와 골드나사에 ZrN을 코팅한 경우가 마모량이 크게 감소함을 보였다. Table 2 shows the results of weighing before and after the abrasion test for all specimens. The amount of abrasion is significantly reduced when ZrN is coated rather than TiN, especially when TiN is coated on Ti and ZrN is coated on Gold. The case showed a significant decrease in the amount of wear.
도 7은 마모시험전과 시험후의 표면 거칠기를 알아보기 위하여 표면 거칠기 측정기를 이용하여 3i implant innovation의 티타늄 나사의 마모시험전의 표면거칠기를 나타내고 있다. (a)는 Non coated, (b)는 TiN coated, (c)는 ZrN coated 나사의 표면거칠기로 코팅함으로써 표면의 거칠기가 균일하여 매끈한 표면이 얻어짐을 알 수 있다.Figure 7 shows the surface roughness before the wear test of the titanium screw of the 3i implant innovation using a surface roughness meter to determine the surface roughness before and after the wear test. (a) is Non coated, (b) TiN coated, (c) is coated with the surface roughness of the ZrN coated screw, it can be seen that the surface roughness is uniform and smooth surface is obtained.
도 8은 도 7 시편을 마모 시험한 후 3i implantinnovation의 티타늄 나사의 마모시험 후의 표면 거칠기를 나타내고 있다. (a)는 Non coated, (b)는 TiN coated, (c)는 ZrN coated 나사의 표면 거칠기로 마모시험을 행한 후에는 전반적으로 표면의 거칠기가 크게 증가하며 특히 코팅함으로써 표면의 거칠기가 감소함을 알 수 있다. 특히 Ti 나사에 TiN을 코팅한 경우인 (b)는 ZrN을 코팅한 (c)에 비하여 거칠기가 크게 감소함을 보인다. FIG. 8 shows the surface roughness after abrasion testing of titanium screws of 3i implantinnovation after abrasion testing of the FIG. 7 specimen. (a) is non coated, (b) is TiN coated, and (c) is the surface roughness of ZrN coated screw. Able to know. Particularly, when TiN is coated on the Ti screw, (b) shows that the roughness is greatly reduced compared to (c) coated with ZrN.
도 9는 마모시험전과 시험후의 표면 거칠기를 알아보기 위하여 표면 거칠기 측정기를 이용하여 AVANA의 gold 나사의 마모시험전의 표면 거칠기를 나타내고 있다. (a)는 Non coated, (b)는 TiN coated, (c)는 ZrN coated 나사의 표면 거칠기로 코팅함으로써 표면의 거칠기가 균일하여 매끈한 표면이 얻어짐을 알 수 있다.Fig. 9 shows the surface roughness before the abrasion test of the gold screw of AVANA using a surface roughness measuring instrument to find out the surface roughness before and after the abrasion test. (a) is non coated, (b) is TiN coated, (c) is coated with the surface roughness of the ZrN coated screw, it can be seen that the surface roughness is uniform and smooth surface is obtained.
도 10은 도 9 시편을 마모 시험한 후 AVANA의 gold 나사의 마모시험 후의 표면 거칠기를 나타내고 있다. (a)는 Non coated, (b)는 TiN coated, (c)는 ZrN coated 나사의 표면 거칠기로 마모시험을 행한 후에는 마모시험 전에 비하여 전반적으로 표면의 거칠기가 크게 증가하며 특히 코팅함으로써 표면의 거칠기가 감소함을 알 수 있다. 특히 gold 나사에 ZrN을 코팅한 경우인 (c)는 TiN을 코팅한 (b)에 비하여 거칠기가 마모시험전의 양상과 같은 균일한 거칠기를 나타내어 거칠기가 감소함을 보인다. FIG. 10 shows the surface roughness after the wear test of the gold screw of AVANA after the wear test of the FIG. 9 specimen. (a) is non coated, (b) is TiN coated, and (c) is surface roughness of ZrN coated screw. After the abrasion test, overall surface roughness is greatly increased compared to before abrasion test. It can be seen that decreases. Particularly, when the gold screw is coated with ZrN, (c) shows that the roughness shows the same roughness as before the abrasion test compared to TiN-coated (b).
표 3은 모든 시편에 대하여 거칠기 평균값 Ra와 최대 거칠기 값 Rmax 값을 도표로 나타낸 것이다. 여기에서 보면 Ra 값이 gold 나사가 titanium 나사에 비하 여 밀링가공성이 우수하여 표면의 거칠기가 작게 나타남을 알 수 있다. 그러나 마모시험을 행하면 전반적으로 증가하며 AVANA의 Ti 나사의 경우 원래 존재한 긁힘의 영향도 함께 나타나 Ra값이 0.38㎛로 높은 값을 보인다. TiN 및 ZrN코팅의 경우는 크게 Ra가 감소하였다. Table 3 shows the roughness average value Ra and the maximum roughness value Rmax for all specimens. Here, it can be seen that the Ra value of the gold screw is superior to the titanium screw, so that the surface roughness is small due to the excellent millability. However, the abrasion test increases overall and the Ti screw of AVANA also shows the effect of scratches that existed in the past, showing a high Ra value of 0.38㎛. In the case of TiN and ZrN coating, Ra was greatly reduced.
도 11은 표면에서 코팅피막의 접착능을 시험하기 위하여 다이아몬드 tip을 사용하여 표면 긁힘 시험기로 100gr/mm2의 하중과 100mm/min속도로 긁힘시험을 한 3i의 Ti 나사의 긁힘 사진이다. (a)는 Non coated, (b)는 TiN coated, (c)는 ZrN coated사진이다. 코팅하지 않은 경우인 (a)는 깊고 넓은 긁힘을 보이나 TiN이 코팅된 (b)는 깊지 않은 흔적을 보인다. 그러나 ZrN이 코팅된 경우인 (c)는 좁게 흔적을 나타내 Ti기지에 TiN의 접착이 우수함을 보인다. 회사가 다른 Steri-Oss Ti의 경우인 도 12를 보면 TiN이 접착능이 우수함을 확연히 알 수 있다. FIG. 11 is a scratch photograph of a Ti screw of 3i subjected to a scratch test at a load of 100 gr / mm 2 and a speed of 100 mm / min using a diamond tip to test the adhesion of the coating film on the surface. (a) is Non coated, (b) is TiN coated, and (c) is ZrN coated. Uncoated (a) shows deep and wide scratches, but TiN coated (b) shows no deep traces. However, (c), which is a case where ZrN is coated, shows a narrow trace and shows excellent adhesion of TiN to Ti base. Looking at Figure 12, the case of the company's other Steri-Oss Ti, it can be seen clearly that TiN has excellent adhesion.
도 13은 AVANA의 gold나사의 긁힘 사진으로 (a)는 Non coated, (b)는 TiN coated, (c)는 ZrN coated사진이다. 코팅하지 않는 경우는 gold의 연성특성과 함께 흔적의 폭이 넓게 나타나고 있음을 알 수 있다. (b)의 TiN 코팅된 경우는 흔적이 좁지만 깊고 (c)의 ZrN을 코팅한 경우는 TiN을 Ti에 코팅한 시편의 흔적 양상과 같은 흔적을 보인다. Figure 13 is a scratched photograph of the gold screw of AVANA (a) is non coated, (b) is TiN coated, (c) is ZrN coated photo. In the case of no coating, the ductility characteristic of gold and the width of traces are widely seen. In the case of TiN coating of (b), the trace is narrow but deep, and the coating of ZrN of (c) shows the same trace pattern of the specimen coated with TiN on Ti.
도 14는 AVANA의 Ti나사를 긁힘 시험한 사진으로 TiN이 코팅된 경우는 긁힘 흔적의 경계가 연성의 특성이 없이 나타나지만 ZrN은 연성의 흔적이 나타나 Ti기지에 ZrN이 코팅된 나사에서는 접착이 TiN보다 낮음을 알 수 있다.Fig. 14 is a photograph of AVANA's Ti screw scratch test. In the case of TiN coating, the boundary of the scratch marks appeared without the ductility property, but ZrN showed the ductility marks. It can be seen that low.
도 15는 Steri-Oss의 TorqTite와 3i의 GoldTite 나사의 긁힘시험 후 흔적을 나타낸 것이다. 에폭시를 코팅한 경우는 표면에서 박리되는 현상을 보이며 gold의 경우는 연성이 풍부한 양상을 보인다.Figure 15 shows the traces after the scratch test of the Steri-Oss TorqTite and 3i GoldTite screw. Epoxy coating shows delamination on the surface, and gold shows ductility.
이처럼 본 발명은 임플란트와 지대주나사 계면의 적합도와 풀림 및 조임의 특성을 개선하기 위하여 지대주나사의 표면에 TiN 및 ZrN을 코팅한 결과 .나사에 이온도금된 ZrN과 TiN을 주사전자현미경으로 관찰한 결과 지대주 나사에 코팅을 하지 않은 경우(Ra:0.15~0.24㎛)에 비하여 아주 매끄러운 형상(Ra:0.07~0.04㎛)을 보였으며, ZrN은 TiN에 비하여 코팅이 균일하고 코팅피막의 밀도가 높았다.As such, the present invention is a result of coating TiN and ZrN on the surface of the abutment screw to improve the suitability of the interface between the implant and the abutment screw and the characteristics of loosening and tightening. As a result of observing ZrN and TiN ion-plated on the screw with a scanning electron microscope Compared with the abutment screw not coated (Ra: 0.15∼0.24㎛), it showed a very smooth shape (Ra: 0.07∼0.04㎛), and ZrN had a more uniform coating and a higher density of the coating film than TiN.
또한 나사의 재질에 따라 gold로 이루어진 나사의 표면은 거칠기가 Ti보다는 낮으나 TiN과 ZrN을 코팅처리하면 그 표면의 거칠기는 크게 감소되며 ZrN의 코팅이 표면의 거칠기를 최소화 하였으며, 경도를 측정한 결과 TiN, ZrN을 코팅한 경우가 코팅하지 않은 경우에 비하여 약 100 VHS에서 200 VHS이상의 높은 경도를 보였다. 코팅이 되지 않은 경우는 gold가 Ti에 비하여 경도가 낮게 나타났으며 여기에 TiN과 ZrN을 코팅하여 경도가 크게 증가되지만 gold역시 코팅하여도 Ti에 코팅한 것보다는 낮게 나타났다.In addition, the surface of the screw made of gold has a lower roughness than Ti depending on the material of the screw, but when TiN and ZrN are coated, the surface roughness is greatly reduced, and the coating of ZrN minimizes the surface roughness. , ZrN coated with a high hardness of about 100 VHS or more than 200 VHS compared to the uncoated. In the case of no coating, the hardness of gold was lower than that of Ti, and the hardness was greatly increased by coating TiN and ZrN, but it was lower than that of Ti even if gold was also coated.
또 내마모성시험 결과 TiN, ZrN을 코팅한 나사면이 내마모성이 우수함을 보였다. 마모면의 특성은 gold의 경우는 연성의 특성을 가지는 표면을 나타내지만 Ti의 경우는 취성에 가까운 마모면을 보였으며 피막의 접착능은 ZrN이 gold에 코팅된 경우, TiN이 Ti에 코팅된 경우가 각각 우수한 것으로 나타났다. In addition, the wear resistance test results show that the TiN, ZrN coated screw surface has excellent wear resistance. In the case of gold, the surface showed ductile properties in the case of gold, but in the case of Ti, the wear surface showed brittleness. In the case of Tir coated with Ti, TiN was coated with Ti. Were found to be superior to each other.
이상에서 살펴본 바와같이 본 발명은 임플란트용 지대주 나사 표면에 ZrN 과 TiN을 이온도금하므로써 내마모성을 보다 강화하고, 나사의 표면에 강도를 부여하므로써 풀림방지기능을 현저히 개선할 수 있는 매우 유용한 발명이다.
As described above, the present invention is a very useful invention that can further improve the wear resistance by ion-plating ZrN and TiN on the surface of the implant abutment screw, and remarkably improve the anti-loosening function by imparting strength to the surface of the screw.
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