KR100876444B1 - Surface Modification of Artificial Joints and Artificial Joints - Google Patents

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Abstract

An artificial joint and the surface modification of the artificial joint are provided, in which the titanium coating layer is formed even after the titanium coating layer is formed on the surface of the Ti alloy. An artificial joint in which the oxide film inducing the micro-arc oxidation is formed comprises: a Ti alloy(1); a titanium coating layer(2) which is applied on the Ti alloy and is formed in order to prevent the elution of the composition of the Ti alloy; an oxide film(3) of the porosity formed in the titanium coating layer by the micro-arc oxidation.

Description

인공관절과 인공관절의 표면개질방법{A ARTIFICIAL JOINTS AND A METHOD FOR MODIFYING SURFACES OF A ARTIFICIAL JOINTS}A ARTIFICIAL JOINTS AND A METHOD FOR MODIFYING SURFACES OF A ARTIFICIAL JOINTS}

도 1은 본 발명에 따른 인공관절의 표면의 확대도.1 is an enlarged view of the surface of the artificial joint according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 인공관절의 표면개질방법의 블럭도.2 is a block diagram of a surface modification method of an artificial joint according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 티타늄코팅층을 형성하기 위한 전자빔가공장치의 개요도.3 is a schematic view of an electron beam processing apparatus for forming a titanium coating layer according to the present invention.

도 4a는 종래의 티타늄합금에 마이크로아크산화를 유도한 인공관절의 표면이 개질된 주사전자현미경 사진.Figure 4a is a scanning electron micrograph of a modified surface of the artificial joint induced microarc oxidation on a conventional titanium alloy.

도 4b는 본 발명에 따른 티타늄합금에 티타늄코팅층을 증착하여 마이크로아크산화를 유도한 인공관절의 표면이 개질된 주사전자현미경 사진.Figure 4b is a scanning electron micrograph of the surface of the artificial joint modified by inducing microarc by depositing a titanium coating layer on the titanium alloy according to the present invention.

도 5a는 종래의 티타늄합금에 250V에서 마이크로아크산화를 유도한 시편의 XRD패턴을 보여주는 그래프.Figure 5a is a graph showing the XRD pattern of the specimen induced microarc oxidation at 250V on a conventional titanium alloy.

도 5b는 본 발명에 따른 티타늄합금에 티타늄코팅층을 증착하여 250V에서 마이크로아크산화를 유도한 시편의 XRD패턴을 보여주는 그래프.5b is a graph showing an XRD pattern of a specimen inducing microarc oxidation at 250V by depositing a titanium coating layer on a titanium alloy according to the present invention.

도 6은 시험예1, 시험예2, 비교예1에서 유도결합플라스마질량분석법에 의해 시간이 경과함에 따라 바나듐의 용출량을 보여주는 그래프.Figure 6 is a graph showing the elution amount of vanadium over time by inductively coupled plasma mass spectrometry in Test Example 1, Test Example 2, Comparative Example 1.

본 발명은 인공관절과 인공관절의 표면개질방법에 관한 것으로, 특히 티타늄합금(TI6AL4V)에 티타늄코팅층을 형성하여 인체에 유해한 알루미늄(Al)과 바나듐(V)의 용출을 방지할 수 있고, 상기 티타늄코팅층에 마이크로아크산화를 유도한 산화막으로 인해 골유착성을 증진시킬 수 있는 생체친화적이고 기계적 강도가 매우 높은 인공관절과 인공관절의 표면개질방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of modifying the artificial joints and artificial joints, in particular by forming a titanium coating layer on the titanium alloy (TI6AL4V) can prevent the dissolution of aluminum (Al) and vanadium (V) harmful to the human body, the titanium The present invention relates to a bio-friendly and highly mechanically modified artificial joint and a surface modification method of the artificial joint, which can promote osteoadhesion due to the oxide film induced microarc oxidation in the coating layer.

인체에는 뼈와 뼈 부분이 연결되어 자유롭게 움직일 수 있는 부위로서 관절이 있는데, 이러한 관절에 심한 통증이 발생하거나 퇴행성 관절염 등에 의해 보행이나 일상 생활에 불편함이 초래될 때 인공관절 치환술에 의해 손상된 관절을 제거하고 인공관절을 삽입하게 된다.The human body has joints as bones and bones that can be connected freely and move freely. When these joints are severely painful or degenerative due to degenerative arthritis, it is difficult to walk or daily life. The artificial joint is removed and inserted.

이러한 인공관절의 적절한 소재로서 다양한 금속 및 합금이 개발 시도되었으나 주로 티타늄금속이나 그 합금을 이용하고 있다. 티타늄 또는 그 합금은 가공이 용이할 뿐만 아니라 생체친화성, 기계적강도 및 내부식성이 우수하여 생체재료로 적합한 성질을 가지는 것으로 알려져 있다. 또한, 현재 의료용 인공관절 소재로 가장 널리 사용되고 있는 TI6AL4V인 티타늄합금은 밀도는 티타늄보다 작고, 강도는 티타늄이 140 MPa 인데 반해 TI6AL4V인 티타늄합금은 880 MPa가 되어 강도는 약 6배 크다고 알려져 있다. 따라서, TI6AL4V인 티타늄합금은 반복되는 하중 및 순간적인 압력의 부과에도 변형 및 파괴되지 않는 기계적 강도를 가지므로 인공관절의 적 절한 소재로서 오랫동안 사용되고 있다. Various materials and alloys have been developed as appropriate materials for such artificial joints, but mainly titanium metal or alloys thereof are used. Titanium or alloys thereof are not only easy to process but also have excellent biocompatibility, mechanical strength and corrosion resistance, and are known to have suitable properties as biomaterials. In addition, the titanium alloy, TI6AL4V, which is widely used as a medical artificial joint material, is known to have a density of less than titanium and a strength of titanium of 140 MPa, whereas the titanium alloy of TI6AL4V is 880 MPa, which is about 6 times larger. Therefore, the titanium alloy TI6AL4V has been used for a long time as a suitable material for artificial joints because it has a mechanical strength that is not deformed or destroyed even under repeated loads and instantaneous pressures.

그러나, 티타늄합금은 인체에 이식시 골과의 결합시간이 길고, 이식 후 장시간 지나면 금속 이온이 생체로 녹아 들어가는 문제점이 있고, 특히 TI6AL4V인 티타늄합금이 인체에 이식 후 장시간이 지나면 바나듐(V)과 알루미늄(Al)이 인체로 녹아 들어가며, 상기 바나듐(V)은 인체에 해로운 원소이고, 알루미늄(Al)은 알츠하이머병의 원인이라는 학설이 제기되면서 인공관절의 재료로서 적합하지 않다는 문제점이 지적되고 있다.However, the titanium alloy has a long bonding time with the bone when implanted in the human body, and the metal ion melts into the living body after a long time after transplantation. In particular, the titanium alloy (TI6AL4V) is vanadium (V) and a long time after implantation in the human body. As aluminum (Al) melts into the human body, the vanadium (V) is an element harmful to the human body, and aluminum (Al) is pointed out as a cause of Alzheimer's disease.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 티타늄합금에 수산화인회석 (hydroxyapatite)을 코팅하는 방법이 제시되어 있다. 수산화인회석은 인체의 뼈의 무기질 성분과 매우 유사하여, 생체친화성 및 생체활성이 우수한 특징을 가지고 있어 초기 골유착에는 좋은 결과를 보이나, 코팅된 수산화인회석의 용해현상과 계면에서의 코팅층의 탈락으로 인하여 골흡수(annual marginal bone resorption)가 매년 지속적으로 일어나서 결국 실패율이 증가하는 것으로 밝혀지고 있다.In order to solve the above problems, a method of coating hydroxyapatite on a titanium alloy is proposed. Hydroxyapatite is very similar to the mineral component of human bone, and has good biocompatibility and bioactivity, so it shows good result for early bone adhesion. However, dissolution phenomenon of coated hydroxyapatite and drop of coating layer at interface Due to the continuous annual marginal bone resorption (failure) has been found to increase the failure rate eventually.

또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 티타늄 또는 티타늄합금에 표면처리를 수행하여 인위적으로 산화막을 형성시켜 인체에 유해한 티타늄합금의 조성물의 용출을 일정수준 방지할 수 있는 연구가 활발히 진행되고 있다. 티타늄은 표면이 공기 중에 노출되면 산소와 반응하여 자연적으로 산화막이 형성되나 상기 산화막은 얇고 불안정하다. 따라서, 양극산화법은 인위적으로 상기 산화막을 두껍게 형성시키면서, 조직과의 결합에 도움이 될 수 있는 인공 산화막 조직을 형성시키는 방법으로 제시되고 있다. 티타늄표면에 존재하는 산화막은 생체적합성에 중요 한 역할을 하게 되고, 내식성과 화학물질에 대한 내구성이 우수하고 유기 또는 무기화학 반응에 촉매적 역할을 할 수 있으며, 큰 유전상수를 가지고 있으므로 다른 산화물에 비해 더욱 강한 반데르발스 결합을 유도할 수 있다. In addition, in order to solve the above problems, research is being actively conducted to prevent the dissolution of the composition of titanium alloy harmful to the human body by artificially forming an oxide film by performing a surface treatment on titanium or titanium alloy. Titanium reacts with oxygen when the surface is exposed to air to naturally form an oxide film, but the oxide film is thin and unstable. Therefore, the anodization method has been proposed as a method of artificially forming the oxide film, which can help to bond with the tissue while artificially forming the oxide film. The oxide film on the surface of titanium plays an important role in biocompatibility, has excellent corrosion resistance and chemical resistance, can play a catalytic role in organic or inorganic chemical reactions, and has a high dielectric constant, It can induce stronger van der Waals bonds.

따라서,상기 산화막으로도 인체에 유해한 티타늄합금의 조성물의 용출을 일정 수준 방지할 수 있으나, 여전히 인체에 유해한 티타늄합금의 조성물의 용출이 있고, 나아가, 양극산화법에서 얻어진 산화층이 비정질구조를 갖고 있기 때문에 체내에서의 분해속도가 높아 TI6AL4V인 티타늄합금에 양극산화를 한 경우에 인체에 유해한 알루미늄(Al)과 바나듐(V)의 용출이 발생하는 문제가 여전히 있다.Therefore, even though the oxide film can prevent the dissolution of the titanium alloy composition harmful to the human body to a certain level, there is still a dissolution of the composition of titanium alloy harmful to the human body, and furthermore, since the oxide layer obtained by the anodizing method has an amorphous structure. In case of anodizing the titanium alloy of TI6AL4V due to the high decomposition rate in the body, there is still a problem of dissolution of aluminum (Al) and vanadium (V) harmful to the human body.

한편, 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 양극산화법의 범주에서 특이한 절연파괴에 의해 다공성의 산화막을 형성시키는 마이크로아크산화법(Micro Arc Oxidation)이 제시되어 있다. 그 원리는 낮은 전압에서는 전기분해로 인하여 균일하고 치밀한 장벽층 구조를 가진 산화막이 생성되다가 상기 산화막이 일정한 두께 이상으로 형성되면 더 이상 증가하지 못하고, 국부적으로 아주 큰 전기장이 산화막에 가해져 절연파괴가 일어나며, 전압이 임계값에 도달하면 수소가 발생하고, 미소한 영역에 마이크로아크(불꽃)가 발생하면서 산화막에 절연파괴가 일어나고 기공이 형성되는 방법이나, TI6AL4V인 티타늄합금에 마이크로아크산화법에 의해 산화막을 형성하여도 알루미늄(Al)과 바나듐(V)의 용출이 발생하는 문제가 여전히 있다.On the other hand, in order to solve the above problems, a micro arc oxidation method (Micro Arc Oxidation) has been proposed to form a porous oxide film by a specific dielectric breakdown in the category of anodization. The principle is that at low voltages, an oxide film having a uniform and dense barrier layer structure is formed due to electrolysis, but when the oxide film is formed to a certain thickness or more, it no longer increases, and a very large electric field is applied to the oxide film and insulation breakdown occurs. When the voltage reaches the threshold, hydrogen is generated, microarc (flame) is generated in the minute region, insulation breakdown occurs in the oxide film and pores are formed, or the oxide film is formed by the microarc oxidation method on a titanium alloy of TI6AL4V. Even when formed, there is still a problem that elution of aluminum (Al) and vanadium (V) occurs.

본 발명은 앞서 본 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 티타늄합금의 표면에 티타늄코팅층을 형성한 후에도 상기 티 타늄코티층에 마이크로아크산화를 유도한 산화막이 형성되는 인공관절과 인공관절의 표면개질방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, the object of the present invention after forming a titanium coating layer on the surface of the conventional titanium alloy is formed an oxide film inducing micro-arc oxide on the titanium coating layer It is to provide a method for surface modification of artificial joints and artificial joints.

본 발명의 다른 목적은 종래의 티타늄합금의 표면에 티타늄코팅층을 형성하여 인체에 유해한 조성물이 용출되는 것을 방지할 수 있는 인공관절과 인공관절의 표면개질방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for surface modification of artificial joints and artificial joints that can prevent the composition harmful to the human body by forming a titanium coating layer on the surface of the conventional titanium alloy.

본 발명의 다른 목적은 TI6AL4V인 티타늄합금에 티타늄코팅층을 형성하여 인체에 유해한 알루미늄(Al)과 바나듐(V)의 용출을 방지할 수 있는 인공관절과 인공관절의 표면개질방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for surface modification of artificial joints and artificial joints that can prevent the dissolution of aluminum (Al) and vanadium (V) harmful to the human body by forming a titanium coating layer on a titanium alloy of TI6AL4V.

본 발명의 다른 목적은 TI6AL4V인 티타늄합금에 티타늄코팅층을 형성함에 있어 물리기상증착법을 이용함으로서 높은 용융점을 갖는 재료의 증착이 가능하고, 빠른 속도로 증착이 가능하여 생산효율이 높고 제품단가를 감소시킬 수 있는 인공관절과 인공관절의 표면개질방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to form a titanium coating layer on the titanium alloy TI6AL4V by using physical vapor deposition method is possible to deposit a material having a high melting point, it is possible to deposit at a high speed to increase the production efficiency and reduce the product cost It is to provide an artificial joint and a method of surface modification of the artificial joint.

본 발명의 다른 목적은 티타늄코팅층에 의하여 인체에 유해한 알루미늄(Al)과 바나듐(V)의 용출을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 티타늄코팅층에 마이크로아크산화를 유도한 산화막으로 인해 골유착성과 내식성을 증진시킬 수 있고, 생체친화적이고 기계적 강도가 높은 상태를 유지하며, 인체에 유해한 알루미늄(Al)과 바나듐(V)의 용출도 이중으로 방지할 수 있는 인공관절과 인공관절의 표면개질방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is not only to prevent the dissolution of aluminum (Al) and vanadium (V) harmful to the human body by the titanium coating layer, but also due to the oxide film induced micro-arc oxidation on the titanium coating layer, the bone adhesion and corrosion resistance Providing a method for surface modification of artificial joints and artificial joints which can promote, maintain bio-friendly and high mechanical strength, and prevent the dissolution of aluminum (Al) and vanadium (V), which are harmful to the human body. will be.

본 발명의 다른 목적은 TI6AL4V인 티타늄합금과 완전 다른 부재가 아닌 유사한 조성물인 티타늄을 코팅함으로 인해 TI6AL4V인 티타늄합금에서 티타늄 코팅층이 박리되는 것을 방지할 수 있는 인공관절과 인공관절의 표면개질방법을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a method for surface modification of artificial joints and artificial joints which can prevent the titanium coating layer from peeling off from the titanium alloy of TI6AL4V by coating titanium, which is a composition similar to that of the titanium alloy of TI6AL4V. It is.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해 구현된다.The present invention is implemented by the embodiment having the following configuration in order to achieve the above object.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, 본 발명의 인공관절은, 티타늄합금과, 상기 티타늄합금에 코팅되어 상기 티타늄합금의 조성물의 용출을 방지할 수 있도록 형성되는 티타늄코팅층과, 상기 티타늄코팅층에 마이크로아크산화에 의해 형성된 다공성의 산화막을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the first embodiment of the present invention, the artificial joint of the present invention, the titanium coating, the titanium coating layer formed to be coated on the titanium alloy to prevent the dissolution of the composition of the titanium alloy, and the micro-coat on the titanium coating layer It characterized in that it comprises a porous oxide film formed by arc oxidation.

본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 본 발명의 인공관절은, 제1 실시예에 있어서, 상기 티타늄합금은 티타늄과 알루미늄과 바나듐으로 형성되고, 상기 티타늄코팅층은 상기 티타늄합금에 알루미늄(Al)과 바나듐(V)의 용출을 방지할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 한다.According to the second embodiment of the present invention, the artificial joint of the present invention, in the first embodiment, the titanium alloy is formed of titanium, aluminum and vanadium, the titanium coating layer is aluminum (Al) and the titanium alloy It is characterized in that it is formed to prevent the elution of vanadium (V).

본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 본 발명의 인공관절은, 제 2 실시예에 있어서, 상기 티타늄합금은 TI6AL4V로 형성되는 것을 특징으로 한다.According to a third embodiment of the present invention, in the artificial joint of the present invention, in the second embodiment, the titanium alloy is formed of TI6AL4V.

본 발명의 제 4 실시예에 따르면, 본 발명의 인공관절은, 제 1 실시예 내지 제 3 실시예 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 티타늄코팅층은 물리기상증착법에 의하여 형성되는 것임을 특징으로 한다.According to the fourth embodiment of the present invention, the artificial joint of the present invention is any one of the first to third embodiments, wherein the titanium coating layer is formed by physical vapor deposition.

본 발명의 제 5 실시예에 따르면, 본 발명의 인공관절의 표면개질방법은, 티타늄합금에 코팅되어 상기 티타늄합금의 조성물의 용출을 방지할 수 있도록 티타늄 코팅층을 형성하는 코팅층형성단계와, 상기 티타늄코팅층에 마이크로아크산화법에 의해 다공성의 산화막을 형성시키는 산화막형성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a fifth embodiment of the present invention, the surface modification method of the artificial joint of the present invention, the coating layer forming step of forming a titanium coating layer to be coated on the titanium alloy to prevent the dissolution of the composition of the titanium alloy, the titanium It characterized in that it comprises an oxide film forming step of forming a porous oxide film by the microarc oxidation method on the coating layer.

본 발명의 제 6 실시예에 따르면, 본 발명의 인공관절의 표면개질방법은, 제 5실시예에 있어서, 상기 티타늄합금은 티타늄과 알루미늄(Al)과 바나듐(V)으로 형성되는 것을 특징으로 한다.According to a sixth embodiment of the present invention, in the fifth embodiment, the surface modification method of the artificial joint is characterized in that the titanium alloy is formed of titanium, aluminum (Al), and vanadium (V). .

본 발명의 제 7 실시예에 따르면, 본 발명의 인공관절의 표면개질방법은, 제 6 실시예에 있어서, 상기 티타늄합금은 TI6AL4V로 형성되는 것을 특징으로 한다.According to the seventh embodiment of the present invention, the surface modification method of the artificial joint of the present invention, in the sixth embodiment, is characterized in that the titanium alloy is formed of TI6AL4V.

본 발명의 제 8 실시예에 따르면, 본 발명의 인공관절의 표면개질방법은, 제 5 실시예에 있어서, 상기 산화막형성단계는, 산화막이 균열이 발생하지 않고 다공성의 기공이 형성되도록 170V -290V의 전압으로 형성되는 것을 특징으로 한다.According to the eighth embodiment of the present invention, in the fifth embodiment, the surface modification method of the artificial joint according to the present invention, the oxide film forming step, 170V -290V so that the oxide film is not porous cracks are formed Characterized in that the voltage is formed.

본 발명의 제 9 실시예에 따르면, 본 발명의 임플란트의 표면개질방법은, 제 5 실시예 내지 제 8 실시예에 있어서, 상기 코팅층형성단계는, 물리기상증착법에 의하여 형성되는 것임을 특징으로 한다.According to the ninth embodiment of the present invention, the surface modification method of the implant of the present invention, in the fifth embodiment to eighth embodiment, characterized in that the coating layer forming step is formed by a physical vapor deposition method.

출원인은 이하에서 앞서 본 실시예들을 상세하게 설명하도록 한다.Applicants will now describe the embodiments in detail above.

도 1은 본 발명에 따른 인공관절의 표면의 확대도이다.1 is an enlarged view of the surface of an artificial joint according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 인공관절은 티타늄합금(1)과 상기 티타늄합금(1)의 일면에 부착되는 티타늄코팅층(2)과 상기 티타늄코팅층(2)에 마이크로아크산화에 의해 형성된 다공성의 산화막(3)을 포함한다. Referring to Figure 1, the artificial joint of the present invention is a titanium alloy (1) and the titanium coating layer (2) attached to one surface of the titanium alloy (1) and the porous coating formed by microarc oxidation on the titanium coating layer (2) An oxide film 3.

상기 티타늄합금(1)은 인공관절의 소재로서, 반복되는 하중 및 순간적인 압 력의 부과에도 변형 및 파괴되지 않도록 기계적 강도를 유지하고, 생체친화성이 높은 소재이어야 한다. 상기 티타늄합금(1)은 기계적 강도가 우수한 TI6AL4V인 티타늄합금(1)을 사용하는 것이 바람직하다. TI6AL4V인 티타늄합금(1)은 티타늄합금중량 100 중에 6중량부로 형성되는 알루미늄과 4중량부로 형성되는 바나듐으로 형성된다.The titanium alloy (1) is a material of artificial joints, and maintains the mechanical strength so as not to be deformed and destroyed even under repeated loads and instantaneous pressure imposed, and should be a material having high biocompatibility. The titanium alloy (1) is preferably used titanium alloy (1) of TI6AL4V excellent mechanical strength. The titanium alloy 1, which is TI6AL4V, is formed of aluminum formed from 6 parts by weight of itanium alloy weight 100 and vanadium formed from 4 parts by weight.

상기 티타늄코팅층(2)은 상기 티타늄합금(1)에 코팅되어 임플란트가 인체에 이식될 때 인체에 유해한 티타늄합금(1)의 조성물이 용출되는 것을 방지한다. 또한, 상기 티타늄합금(1)과 유사한 재료인 티타늄을 코팅함으로 인해 티타늄코팅층(2)과 티타늄합금(1) 사이의 경계면이 분리되는 것을 방지할 수 있게 형성된다. 특히, 티타늄합금(1)이 TI6AL4V의 경우에 상기 티타늄코팅층(2)은 인체에 유해한 알루미늄(Al)과 바나듐(V)의 용출을 방지할 수 있도록 형성된다.The titanium coating layer (2) is coated on the titanium alloy (1) to prevent the composition of the titanium alloy (1) that is harmful to the human body when the implant is implanted in the human body. In addition, by coating titanium, a material similar to that of the titanium alloy 1, the interface between the titanium coating layer 2 and the titanium alloy 1 is prevented from being separated. In particular, when the titanium alloy (1) is TI6AL4V, the titanium coating layer (2) is formed to prevent elution of aluminum (Al) and vanadium (V) harmful to the human body.

한편, 상기 티타늄코팅층(2)은 빠른 속도로 증착이 가능하여 제품의 제조효율을 높이고 이로 인해 제조단가를 낮출 수 있는 물리기상증착법에 의하여 형성되는 것이 바람직하다. 티타늄합금(1)을 물리기상증착장비의 챔버 내부에 넣고 증착원료인 티타늄타겟을 챔버 내부에 위치시킨 후 전자빔을 발생시키면 챔버 내부의 타겟이 융해 및 분해되어 티타늄합금(1)의 표면상에 티타늄의 원자 및 이온이 자연적으로 결합된 형태의 티타늄코팅층(2)이 형성된다. On the other hand, the titanium coating layer 2 is preferably formed by a physical vapor deposition method that can be deposited at a high speed to increase the manufacturing efficiency of the product and thereby lower the manufacturing cost. When the titanium alloy (1) is placed inside the chamber of the physical vapor deposition apparatus, the titanium target, which is a deposition material, is placed inside the chamber, and an electron beam is generated. Then, the target inside the chamber is melted and decomposed to form titanium on the surface of the titanium alloy (1). Titanium coating layer (2) of the form in which atoms and ions of are naturally bonded is formed.

상기 산화막(3)은 마이크로아크산화에 의해 티타늄코팅층(2)의 표면에 다공성의 산화막(3)으로 형성되는 것으로서, 상기 산화막(3)은 생체에서 안정하고 생체적합성이 우수하며 세포와의 반응에서도 긍정적인 면을 보이며, 인체에 유해한 티 타늄합금(1)의 조성물이 용출되는 것을 방지하여 티타늄코팅층(2)과 더불어 이중으로 인공관절의 유해한 조성물이 용출되는 것을 방지할 수 있도록 형성된다.The oxide film 3 is formed of a porous oxide film 3 on the surface of the titanium coating layer 2 by microarc oxidation. The oxide film 3 is stable in a living body, has excellent biocompatibility, and also reacts with cells. Showing a positive side is formed to prevent the composition of the titanium alloy (1) harmful to the human body from being eluted to prevent the harmful composition of artificial joints eluted with the titanium coating layer (2).

마이크로아크 산화법은 일종의 전기분해법으로서, 화학반응, 전기적 반응, 발열 반응, 소결, 확산 등이 한꺼번에 일어나는 것으로 공지된 영역이다. 시편에 전장을 걸어주면 처음에는 낮은 전압에서 균일하고 치밀한 산화층이 전기분해로 인해서 생성되고 전압이 임계값에 도달하면 마이크로아크가 발생하여 표면의 산화층이 절연파괴된다. 이러한 절연파괴는 미소한 영역에서 일어나며 방출되는 열은 산화층을 국부적으로 용해시키며 내부에 있는 금속이온이 표면으로 이동하고 산소 이온은 기판안으로 이동하여 화학반응을 통하여 산화막이 생성된다. 이로 인해 결정화가 잘 이루어지고, 표면이 거칠고 다공성으로 형성됨으로 인해 표면적이 커져 골유착성과 생체적합성이 좋은 인공관절이 형성된다. Microarc oxidation is a kind of electrolysis method, in which chemical reactions, electrical reactions, exothermic reactions, sintering, diffusion, and the like are known to occur all at once. When the electric field is applied to the specimen, a uniform and dense oxide layer is first produced by electrolysis at low voltage, and when the voltage reaches a threshold, microarc is generated and the oxide layer on the surface is destroyed. This breakdown occurs in a small area, and the heat released dissolves the oxide layer locally, the metal ions move to the surface, and the oxygen ions move into the substrate to form an oxide film through a chemical reaction. As a result, the crystallization is performed well, and the surface is rough and porous, so that the surface area is increased, thereby forming an artificial joint having good osteoadhesion and biocompatibility.

도 2는 본 발명에 따른 인공관절의 표면개질방법의 블럭도이고, 도 3은 본 발명에 따른 티타늄코팅층을 형성하기 위한 전자빔가공장치의 개요도이다.2 is a block diagram of the surface modification method of the artificial joint according to the present invention, Figure 3 is a schematic diagram of an electron beam processing apparatus for forming a titanium coating layer according to the present invention.

본 발명에 따른 임플란트는 도 2에 도시된 방법에 의해 표면이 개질된다.The implant according to the invention is surface modified by the method shown in FIG. 2.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명인 인공관절의 표면개질방법은 에칭단계(s1)와, 코팅층형성단계(s2), 산화막형성단계(3)를 포함한다.1 to 3, the surface modification method of the artificial joint of the present invention includes an etching step (s1), a coating layer forming step (s2), an oxide film forming step (3).

에칭단계(s1)는 티타늄의 증착이 보다 잘 되도록 하기에 설명할 코팅층형성단계(s2) 전에 이루어지는 것으로서 아르곤, 네온 등과 같은 불활성 기체, 특히 아르곤 이온에 의하여 수행된다. 일반적으로 에칭 챔버에 티타늄합금을 넣은 후 챔버 내부로 아르곤 가스를 주입한 상태에서 챔버 내부 압력을 적절하게 유지하면서 이온빔 전류를 인가하면 챔버 내부에 아르곤 이온이 발생하여 티타늄합금의 표면을 불안정하게 만들어 상기 티타늄합금(1)에 티타늄의 증착이 보다 잘 되도록 하는 단계이다. The etching step (s1) is performed before the coating layer forming step (s2), which will be described later to make the deposition of titanium better, and is performed by an inert gas such as argon, neon, and the like, in particular argon ions. In general, when an ion beam current is applied while maintaining the pressure inside the chamber while argon gas is injected into the chamber after the titanium alloy is placed in the etching chamber, argon ions are generated inside the chamber to make the surface of the titanium alloy unstable. It is a step for better deposition of titanium on the titanium alloy (1).

코팅층형성단계(s2)는 인체에 유해한 티타늄합금(1)의 조성물이 용출되는 것을 방지하고, 티타늄합금(1)에서 티타늄코팅층(2)이 분리되지 않도록 티타늄합금(1)에 티타늄코팅층(2)을 형성하는 단계이다. 상기 코팅층을 형성하는 코팅방법은 화학기상증착법과 물리기상증착법중에 스퍼터링(sputtering)과 저항가열식진공증착법(evaporation) 등을 이용할 수 있고, 본원의 티타늄코팅층(2)은 물리기상증착법 중에 전자빔을 이용하여 증착하여 형성하는 것이 바람직하다. 전자빔 증착은 높은 용융점을 갖는 재료의 증착이 가능하고, 빠른 속도로 증착이 가능하고, 다양한 증착이 가능하며, 코팅층을 형성할 때 열적, 전기적 번잡함이 작기 때문에 코팅층형성시의 막의 물성연구에 적합한 장점이 있다.The coating layer forming step (s2) prevents the composition of the titanium alloy (1) that is harmful to the human body from being eluted and the titanium coating layer (2) on the titanium alloy (1) so that the titanium coating layer (2) is not separated from the titanium alloy (1). Forming a step. The coating method for forming the coating layer may be sputtering and resistive heating evaporation during chemical vapor deposition and physical vapor deposition, and the titanium coating layer 2 of the present application uses an electron beam during physical vapor deposition. It is preferable to form by vapor deposition. Electron beam evaporation can be used to deposit materials with high melting point, high speed deposition, various depositions, and low thermal and electrical complexity when forming coating layers. There is this.

산화막형성단계(s3)는 티타늄코팅층(2)의 표면에 마이크로아크산화를 유도하여 다공성의 산화막(3)을 형성시킬 경우에 티타늄합금(1)의 조성물, 특히 티타늄합금이 TI6AL4V인 경우에 인체에 유해한 알루미늄(Al)과 바나듐(V)의 용출을 방지시킬 수 있어 생체적합성을 높일 수 있고, 산화막(3)의 표면을 다공성으로 형성하여 표면적이 커짐으로 인해 골유착성이 우수하도록 형성된다.The oxide film forming step (s3) induces microarc oxidation on the surface of the titanium coating layer (2) to form a porous oxide film (3) in the composition of the titanium alloy (1), especially when the titanium alloy is TI6AL4V Elution of harmful aluminum (Al) and vanadium (V) can be prevented to increase biocompatibility, and the surface of the oxide film 3 is made porous so that the surface area is increased so as to have excellent bone adhesion.

이하, 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 아래에서 제시하는 실시예는 본 발명의 구체적인 예를 제시하는 것일 뿐이므로, 본 발명의 범위가 이것에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 다양한 다른 변형 및 변경들이 가능할 수 있음이 고려되어야 할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The following examples are only intended to present specific examples of the present invention, and the scope of the present invention should not be understood as being limited thereto. It should be considered that various other modifications and changes may be possible.

(1)시편의 준비(1) Preparation of Psalms

출원인은 이하에서 TI6AL4V인 티타늄합금에 티타늄코팅층을 형성하고 마이크로아크산화를 유도한 후에 알루미나(Al2O3)와 바나듐(V)의 용출이 있는지를 시험하였다.Applicants tested the presence of elution of alumina (Al 2 O 3 ) and vanadium (V) after forming a titanium coating layer on the titanium alloy of TI6AL4V and inducing microarc oxidation.

1) 시험예 1 1) Test Example 1

물리기상증착장비(PVD)의 공정 챔버 내부에 TI6AL4V을 소재로 하는 기판을 넣고, 증착원료인 티타늄타겟(가히 금속 회사의 CP GRADE Ⅱ Ti)을 도가니에 담아 챔버의 내부에 넣어 준 상태에서 120 mA의 전자빔을 발생시킴으로써 챔버의 내부에 있는 티타늄 타겟이 용해되어 기판의 상면에 티타늄의 원자 및 이온이 결합된 형태의 티타늄코팅층을 기판에 증착시켰다. 이때 진공도는 1~ 5×10-6 토르(torr)로 조절하였으며, 증착속도는 평균 1Å/sec 로 하였다. In the process chamber of the physical vapor deposition equipment (PVD), a substrate made of TI6AL4V is placed, and a titanium target (CP GRADE II Ti, manufactured by Metal Co., Ltd.), which is a deposition material, is placed in the crucible and 120 mA By generating an electron beam of the titanium target in the interior of the chamber was dissolved in the titanium coating layer of the titanium atoms and ions on the upper surface of the substrate was deposited on the substrate. At this time, the degree of vacuum was adjusted to 1 ~ 5 × 10 -6 Torr (torr), the deposition rate was set to 1 Å / sec average.

한편, 상기 티타늄합금을 소재로 하는 기판은 가로 10 ㎜ × 세로 10 ㎜ 이고, 두께는 2 ㎜ 크기의 평판 형태의 것을 사용하였고, 상기 티타늄코팅층의 증착 전에 기판의 표면의 불순물을 제거하기 위하여 샌드페이퍼를 이용하여 표면을 3000번 연마하였고, 상기 기판의 표면을 불안정하게 만들어 증착이 더 잘 되도록 상기 기판을 에칭 챔버에 넣고, 챔버의 내부로 아르곤 가스를 주입하는 상태에서 챔버 내부 압력을 1 ×10-7 토르(torr)로 조절하였으며 90V-2A 의 이온빔 전류를 인가함으로써 챔버의 내부에 아르곤 이온을 발생시켜 기판 표면을 에칭하였다.On the other hand, the titanium alloy substrate is 10mm × 10mm in width, the thickness of the plate was used in the form of a 2mm size, sandpaper to remove impurities on the surface of the substrate prior to the deposition of the titanium coating layer The surface was polished 3000 times, and the pressure in the chamber was increased to 1 × 10 -7 while the substrate was placed in an etching chamber for instability to make the surface of the substrate unstable, and the argon gas was injected into the chamber. With tor By applying an ion beam current of 90V-2A, argon ions were generated inside the chamber to etch the substrate surface.

또한, 상기 티타늄코팅층이 상기 기판에 증착된 후에, 다공성의 산화막을 형성하기 위하여 상기 티타늄코팅층이 증착된 기판을 양극으로, 스테인레스 스틸을 음극으로 고정하였고, 마이크로아크 산화용 전해액으로 0.15 mole CA(Calcium Acetate)와 0.02 mole Ca-GP (Calcium Glycerophosphate)를 3차 증류수에 용해시킨 전해액을 사용하였다. In addition, after the titanium coating layer was deposited on the substrate, in order to form a porous oxide film, the substrate on which the titanium coating layer was deposited was fixed as an anode, stainless steel as a cathode, and 0.15 mole CA (Calcium) as an electrolyte for microarc oxidation. Acetate) and 0.02 mole Ca-GP (Calcium Glycerophosphate) dissolved in tertiary distilled water were used.

2)시험예22) Test Example 2

시험예 1에 있어서, TI6AL4V을 소재로 하는 기판에 티타늄코팅층을 상면과 저면의 두면에 증착하는 것 이외에는 시험예 1과 같은 조건에서 시편을 준비하였다.In Test Example 1, a specimen was prepared under the same conditions as in Test Example 1 except that a titanium coating layer was deposited on both top and bottom surfaces of a substrate made of TI6AL4V.

3)비교예13) Comparative Example 1

TI6AL4V인 티타늄합금을 소재로 하는 기판에 티타늄코팅층을 증착하지 않는 것 이외에는 시험예 1과 같은 조건에서 시편을 준비하였다.A specimen was prepared under the same conditions as in Test Example 1 except that the titanium coating layer was not deposited on a substrate made of a titanium alloy, which is TI6AL4V.

(2) 실험방법(2) Experimental method

1) 실험 1: 표면의 외관관찰1) Experiment 1: Surface appearance observation

출원인은 시험예1에 대해 주사전자현미경(Scanning electron microscope, JSM-6330F, JEOL, JAPAN)을 이용하여 마이크로아크 산화된 시편의 미세구조를 관찰하였다. 한편, 시험예1에 대해 산화막이 균열이 일어나지 않도록 하는 최적의 전압을 찾기 위하여 마이크로아크 산화는 150V,170V,290V,320V의 각각의 전압하에서 주파수는 660Hz, 듀티(Duty)는 10%로 5분간 처리하였다.Applicant observed the microstructure of the microarc oxidized specimen using Scanning electron microscope (JSM-6330F, JEOL, JAPAN) for Test Example 1. On the other hand, in order to find the optimal voltage to prevent the oxide film from cracking in Test Example 1, the microarc oxidation was performed at 150 V, 170 V, 290 V, and 320 V under the respective voltages of 660 Hz and duty of 10% for 5 minutes. Treated.

2) 실험 2: 알루미나(Al2O3)의 용출관찰2) Experiment 2: Elution Observation of Alumina (Al 2 O 3 )

출원인은 시험예1과 비교예1에 대해 X선회절분석기(XRD;X-ray Diffractometer, M18XHF-SRA, MAC Science, Japan)를 이용하여 상 분석을 행하였다.Applicants performed phase analysis on Test Example 1 and Comparative Example 1 using an X-ray diffractometer (XRD; X-ray Diffractometer, M18XHF-SRA, MAC Science, Japan).

3) 실험 3: 바나듐(V)의 용출관찰3) Experiment 3 Elution Observation of Vanadium (V)

출원인은 시험예1과 시험예2에 대해 유도결합플라스마질량분석법(ICP-MS;Inductively-coupled Plasma Mass Spectroscope, Elan 6100, Perkin-Elmer)을 이용하여 원소들을 분석하였고, 소스로는 6000 K의 아르곤 플라즈마를 이용하였다.Applicants analyzed the elements using Inductively-coupled Plasma Mass Spectroscope, Elan 6100, Perkin-Elmer (ICP-MS) for Test Example 1 and Test Example 2, and sourced 6000K of argon. Plasma was used.

(3)고찰(3) Consideration

1)도 4a는 종래의 티타늄합금에 마이크로아크산화를 유도한 인공관절의 표면이 개질된 주사전자현미경 사진이고, 도 4b는 본 발명에 따른 티타늄합금에 티타늄코팅층을 증착하여 마이크로아크산화를 유도한 인공관절의 표면이 개질된 주사전자현미경 사진이다. 1) Figure 4a is a scanning electron microscope photograph of the surface of the artificial joint inducing the micro-arc oxidation to the conventional titanium alloy, Figure 4b is a titanium coating layer deposited on the titanium alloy according to the invention induced microarc oxidation Scanning electron micrograph with modified surface of artificial joint.

상기 실험 1에서는, 도 4a를 참조하면, 도 4a는 종래의 티타늄합금에 티타늄코팅층을 형성하지 않은 상태로 마이크로아크산화를 유도하여 다공성의 기공이 형성된 산화막을 나타낸다.In Experiment 1, referring to FIG. 4A, FIG. 4A illustrates an oxide film having porous pores formed by inducing microarc oxidation without forming a titanium coating layer on a conventional titanium alloy.

도 4b를 참조하면, TI6AL4V인 티타늄합금에 티타늄코팅층을 증착시킨 후에 상기 티타늄코팅층의 일면에 마이크로아크산화로 다공성의 산화막이 형성될 수 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 티타늄합금에 티타늄코팅층을 형성한 후에도 마이크로아크산화가 가능함을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 4B, after depositing the titanium coating layer on the titanium alloy of TI6AL4V, it was confirmed that a porous oxide film may be formed by microarc oxidation on one surface of the titanium coating layer. Therefore, it was confirmed that microarc oxidation is possible even after the titanium coating layer was formed on the titanium alloy.

한편, 실험 1에서, 티타늄코팅층을 증착한 후에 마이크로아크산화에 의해 산화막이 형성될 때 산화막이 균열이 발생하지 않는 전압을 살펴보았다. 그 결과는 아래의 표1과 같다. 마이크로아크산화전압이 150V에서는 절연파괴가 일어나지 않았고, 170V 부터 절연파괴가 일어나 산화막에 기공이 형성되고, 290 V 에서도 절연파괴로 인해 기공이 형성되나, 320V 에서는 산화막에 균열이 발생함을 알 수 있었다. 균열이 발생은 인공관절의 장기간 안정성에 손상을 끼칠 수 있고, 인공관절이 손상이이루어 지면 티타늄코팅층도 부식이 될 수 있어, TI6AL4V인 티타늄합금의 알루미나와 바나듐의 용출이 인체 내로 이루어질 수 있으므로, 마이크로아크산화전압은 170V 내지 290 V 범위 내에서 이루어지는 것이 바람직함을 알았다.On the other hand, in Experiment 1, when the oxide film is formed by the micro-arc oxide after the deposition of the titanium coating layer was examined for the voltage that the crack does not occur. The results are shown in Table 1 below. The dielectric breakdown did not occur at the microarc oxidation voltage of 150V, the pores were formed in the oxide film by the insulation breakdown from 170V, and the pores were formed due to the dielectric breakdown at 290V, but the crack was formed in the 320V. . Cracking can damage the long-term stability of the artificial joint, and if the artificial joint is damaged, the titanium coating layer can also corrode, so that the alumina and vanadium of the titanium alloy, TI6AL4V, can be released into the human body. It was found that the arc oxidation voltage is preferably in the range of 170V to 290V.

구분division 마이크로아크산화전압 (V) Microarc Oxidation Voltage (V) 150150 170170 290290 320320 시험예 1Test Example 1 ××

※ 표1의 표시 중 ×는 산화막에 기공이 형성되지 않는 상태, ○는 산화막에 기공이 형성된 상태, ◇는 균열이 발생하거나 표면 결점이 발생된 상태이다.* In Table 1, x denotes a state in which no pores are formed in the oxide film, ○ denotes a state in which pores are formed in the oxide film, and ◇ denotes a state in which cracks or surface defects occur.

2)도 5a는 종래의 티타늄합금에 250V에서 마이크로아크산화를 유도한 시편의 XRD패턴을 보여주는 그래프이고, 도 5b는 본 발명에 따른 티타늄합금에 티타늄코팅층을 증착하여 250V에서 마이크로아크산화를 유도한 시편의 XRD패턴을 보여주는 그래프이다. 2) Figure 5a is a graph showing the XRD pattern of the specimen induced the micro-arc oxidation at 250V in the conventional titanium alloy, Figure 5b is a titanium coating layer deposited on the titanium alloy according to the invention induced microarc oxidation at 250V This graph shows the XRD pattern of the specimen.

상기 실험 2에서는, 도 5a를 참조하면, 비교예1은 종래의 TI6AL4V인 티타늄합금에 티타늄코팅층을 증착하지 않은 상태로 마이크로아크산화를 유도한 것으로 X선회절분석기에 의해 알루미늄의 산화물인 알루미나피크가 2θ=57˚에서 나타남을 확인할 수 있었다. 따라서, TI6AL4V인 티타늄합금에 티타늄코팅층을 증착하지 않은 상태로 산화막을 형성시킴에도 불구하고 인체에 유해한 알루미늄(Al)이 용출되는 것을 확인할 수 있었다.In Experiment 2, referring to FIG. 5A, Comparative Example 1 induced microarc oxidation without depositing a titanium coating layer on a titanium alloy, which is a conventional TI6AL4V. Alumina peak, which is an oxide of aluminum, was formed by an X-ray diffractometer. It was confirmed that the appearance at 2θ = 57˚. Therefore, it was confirmed that aluminum (Al), which is harmful to the human body, was eluted even though the oxide film was formed without depositing the titanium coating layer on the titanium alloy of TI6AL4V.

그러나, 도 5b를 참조하면, 시험예1은 TI6AL4V인 티타늄합금에 티타늄코팅층을 증착시킨 후에 마이크로아크산화를 유도한 것으로 X선회절분석기에 의해 알루미나피크가 2θ=57˚에서 나타나지 않음을 확인할 수 있었다.However, referring to FIG. 5B, Test Example 1 induced microarc oxidation after depositing a titanium coating layer on a titanium alloy of TI6AL4V. It was confirmed that the alumina peak did not appear at 2θ = 57 ° by an X-ray diffractometer. .

따라서, 출원인은 티타늄코팅층을 추가로 형성함으로 인해 인체에 유해한 알루미늄(Al)이 용출되는 것을 방지할 수 있음을 확인할 수 있었다.Therefore, the Applicant was able to confirm that it is possible to prevent the aluminum (Al) from being eluted due to the additional titanium coating layer.

3)도 6은 시험예1, 시험예2, 비교예1에서 유도결합플라스마질량분석법에 의해 시간이 경과함에 따라 바나듐의 용출량을 보여주는 그래프이다. 3) Figure 6 is a graph showing the elution of vanadium over time by inductively coupled plasma mass spectrometry in Test Example 1, Test Example 2, Comparative Example 1.

상기 실험 3에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 유도결합플라스마질량분석법(ICP-MS)으로 시간이 경과됨에 따라 바나듐이 용출되는 양을 측정하였다. 그 결과, 티타늄코팅층이 증착되지 않은 비교예1은 3시간 후에 약 280ppb의 바나듐이 용출되고, 일면에만 티타늄코팅층이 증착된 시험예1은 약 150ppb의 바나듐이 용출되고, 두면에 티타늄코팅층이 증착된 시험예2는 약 50ppb의 바나듐이 용출됨을 확인할 수 있었다. In Experiment 3, as illustrated in FIG. 6, the amount of vanadium eluted with time was measured by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). As a result, in Comparative Example 1, in which the titanium coating layer was not deposited, about 280 ppb of vanadium was eluted after 3 hours, and in Test Example 1 in which the titanium coating layer was deposited only on one surface, about 150 ppb of vanadium was eluted, and the titanium coating layer was deposited on both surfaces. In Test Example 2, it was confirmed that about 50 ppb of vanadium was eluted.

따라서, 티타늄코팅층이 증착된 시험예1과 시험예2가 비교예1 보다 바나듐의 용출이 현저하게 줄어들었고, 두면에 티타늄코팅층을 형성한 시험예2가 일면에 티타늄코팅층을 형성한 시험예1보다 바나듐의 용출이 현저하게 줄어들었음을 확인할 수 있었다. 다만, 시험예2에서 바나듐의 용출이 0 이 아닌 이유는 판상시편의 4면의 측면은 티타늄으로 코팅하지 않았기 때문으로 판단된다. 따라서, 인체와 접하는 부분 전체에 티타늄코팅층을 형성시킨다면 바나듐의 용출되지 않을 것으로 판단된다.Therefore, in Example 1 and Example 2 in which the titanium coating layer was deposited, the elution of vanadium was significantly reduced than in Comparative Example 1, and Example 2 in which the titanium coating layer was formed on two surfaces was compared to Test Example 1 in which the titanium coating layer was formed on one surface. It was confirmed that the elution of vanadium was significantly reduced. However, the reason why the elution of vanadium is not 0 in Test Example 2 is because the side of the four sides of the plate specimen is not coated with titanium. Therefore, if the titanium coating layer is formed in the entire contact with the human body, it is determined that vanadium will not elute.

4) 상기 실험에서 출원인은 종래의 강도가 강한 TI6AL4V인 티타늄합금을 그대로 이용하면서도 TI6AL4V인 티타늄합금에 티타늄코팅층을 증착시키고 마이크로아크산화에 의해 다공성의 산화막을 형성시킴으로 인해 인체에 해로운 알루미늄과 바나듐의 용출을 방지할 수 있는 인공관절과 인공관절의 표면개질방법을 확인할 수 있었다.4) In the above experiment, the applicant evaporates aluminum and vanadium which are harmful to the human body by depositing a titanium coating layer on the titanium alloy of TI6AL4V and forming a porous oxide film by microarc oxidation while using the conventional titanium alloy of high strength, TI6AL4V. The method of surface modification of artificial joints and artificial joints could be confirmed.

본 발명은 앞서 본 구성에 의해 다음과 같은 효과를 가진다.The present invention has the following effects by the above configuration.

본 발명의 인공관절과 인공관절의 표면개질방법은 TI6AL4V인 티타늄합금에 티타늄의 코팅층을 형성하여 인체에 유해한 알루미늄(Al)과 바나듐(V)의 용출을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.The artificial joint and the surface modification method of the artificial joint of the present invention provides an effect of preventing the dissolution of aluminum (Al) and vanadium (V) harmful to the human body by forming a coating layer of titanium on the titanium alloy TI6AL4V.

본 발명의 인공관절과 인공관절의 표면개질방법은 종래의 티타늄합금의 표면에 티타늄코팅층을 형성한 후에도 상기 티타늄코티층에 마이크로아크산화를 유도한 산화막이 형성되는 효과를 제공한다.The artificial joint and the surface modification method of the artificial joint of the present invention provide an effect of forming an oxide film inducing microarc oxidation on the titanium coating layer even after the titanium coating layer is formed on the surface of the conventional titanium alloy.

본 발명의 인공관절과 인공관절의 표면개질방법은 종래의 티타늄합금의 표면에 티타늄코팅층을 형성하여 인체에 유해한 조성물이 용출되는 것을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.The artificial joint and the surface modification method of the artificial joint of the present invention forms the titanium coating layer on the surface of the conventional titanium alloy provides an effect that can prevent the composition harmful to the human body from eluting.

본 발명의 인공관절과 인공관절의 표면개질방법은 TI6AL4V인 티타늄합금에 티타늄코팅층을 형성하여 인체에 유해한 알루미늄(Al)과 바나듐(V)의 용출을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.The artificial joint and the surface modification method of the artificial joint of the present invention forms an titanium coating layer on the titanium alloy TI6AL4V provides an effect that can prevent the dissolution of aluminum (Al) and vanadium (V) harmful to the human body.

본 발명의 인공관절과 인공관절의 표면개질방법은 TI6AL4V인 티타늄합금에 티타늄코팅층을 형성함에 있어 물리기상증착법을 이용함으로서 높은 용융점을 갖는 재료의 증착이 가능하고, 빠른 속도로 증착이 가능하여 생산효율이 높고 제품단가를 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.In the artificial joint and artificial joint surface modification method of the present invention, by using a physical vapor deposition method to form a titanium coating layer on a titanium alloy of TI6AL4V, it is possible to deposit a material having a high melting point, and to deposit at a high speed, thus producing efficiency. This is high and provides the effect of reducing the product cost.

본 발명의 인공관절과 인공관절의 표면개질방법은 티타늄코팅층에 의하여 인체에 유해한 알루미늄(Al)과 바나듐(V)의 용출을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 티타늄코팅층에 마이크로아크산화를 유도한 산화막으로 인해 골유착성과 내식성을 증진시킬 수 있고, 생체친화적이고 기계적 강도가 높은 상태를 유지하며, 인체에 유해한 알루미늄(Al)과 바나듐(V)의 용출도 이중으로 방지할 수 있는 효과를 제공한다.The artificial joint and the surface modification method of the artificial joint of the present invention can not only prevent the dissolution of aluminum (Al) and vanadium (V) harmful to the human body by the titanium coating layer, but also an oxide film inducing microarc oxidation in the titanium coating layer. Due to this, it is possible to promote osteoadhesion and corrosion resistance, maintain a bio-friendly and high mechanical strength state, and also provide an effect of preventing the elution of aluminum (Al) and vanadium (V) harmful to the human body.

본 발명의 인공관절과 인공관절의 표면개질방법은 TI6AL4V인 티타늄합금과 완전 다른 부재가 아닌 유사한 조성물인 티타늄을 코팅함으로 인해 TI6AL4V인 티타늄합금에서 티타늄 코팅층이 박리되는 것을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.The artificial joint and the surface modification method of the artificial joint of the present invention provides an effect of preventing the titanium coating layer from being peeled off from the titanium alloy of TI6AL4V by coating titanium, which is a similar composition but not completely different from the titanium alloy of TI6AL4V. .

Claims (9)

티타늄합금과, 상기 티타늄합금에 코팅되어 상기 티타늄합금의 조성물의 용출을 방지할 수 있도록 형성되는 티타늄코팅층과, 상기 티타늄코팅층에 마이크로아크산화에 의해 형성된 다공성의 산화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공관절. A titanium joint, a titanium coating layer coated on the titanium alloy to be formed to prevent elution of the composition of the titanium alloy, and an artificial joint comprising a porous oxide film formed by microarc oxidation on the titanium coating layer. . 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 티타늄합금은 티타늄과 알루미늄과 바나듐으로 형성되고, 상기 티타늄코팅층은 상기 티타늄합금에 알루미늄(Al)과 바나듐(V)의 용출을 방지할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 인공관절.The titanium alloy is formed of titanium, aluminum and vanadium, the titanium coating layer is an artificial joint, characterized in that the titanium alloy is formed to prevent the elution of aluminum (Al) and vanadium (V). 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 티타늄합금은 TI6AL4V로 형성되는 것을 특징으로 하는 인공관절. The titanium alloy is artificial joint, characterized in that formed from TI6AL4V. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 티타늄코팅층은 물리기상증착법에 의하여 형성되는 것임을 특징으로 하는 인공관절.The titanium coating layer is an artificial joint, characterized in that formed by physical vapor deposition. 티타늄합금에 코팅되어 상기 티타늄합금의 조성물의 용출을 방지할 수 있도록 티타늄코팅층을 형성하는 코팅층형성단계와, 상기 티타늄코팅층에 마이크로아크 산화에 의해 다공성의 산화막을 형성시키는 산화막형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공관절의 표면개질방법.       A coating layer forming step of forming a titanium coating layer to be coated on the titanium alloy to prevent elution of the composition of the titanium alloy, and an oxide film forming step of forming a porous oxide film by microarc oxidation on the titanium coating layer. Surface modification method of artificial joint. 제5항에 있어서, 상기 티타늄합금은 티타늄과 알루미늄과 바나듐으로 형성되는 것을 특징으로 하는 인공관절의 표면개질방법.The method of claim 5, wherein the titanium alloy is formed of titanium, aluminum, and vanadium. 제6항에 있어서, 상기 티타늄합금은 TI6AL4V로 형성되는 것을 특징으로 하는 인공관절의 표면개질방법.The method of claim 6, wherein the titanium alloy is formed of TI6AL4V. 제5항에 있어서, 상기 산화막형성단계는,The method of claim 5, wherein the oxide film forming step, 산화막이 균열이 발생하지 않고 다공성의 기공이 형성되도록 170V -290V의 전압으로 형성되는 것을 특징으로 하는 인공관절의 표면개질방법. Surface oxidation method of the artificial joint, characterized in that the oxide film is formed at a voltage of 170V -290V so that the porous pores are formed without cracking. 제5항 내지 제8항에 있어서, 상기 코팅층형성단계는,The method of claim 5, wherein the coating layer forming step, 물리기상증착법에 의하여 형성되는 것임을 특징으로 하는 인공관절의 표면개질방법.Surface modification method of artificial joint, characterized in that formed by physical vapor deposition method.
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