KR20030038631A - 표면처리법에 의한 티타늄 및 티타늄합금의 생체활성 임플란트 개발 - Google Patents

표면처리법에 의한 티타늄 및 티타늄합금의 생체활성 임플란트 개발 Download PDF

Info

Publication number
KR20030038631A
KR20030038631A KR1020030026202A KR20030026202A KR20030038631A KR 20030038631 A KR20030038631 A KR 20030038631A KR 1020030026202 A KR1020030026202 A KR 1020030026202A KR 20030026202 A KR20030026202 A KR 20030026202A KR 20030038631 A KR20030038631 A KR 20030038631A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
titanium
surface treatment
titanium alloy
treatment process
hydrogen peroxide
Prior art date
Application number
KR1020030026202A
Other languages
English (en)
Inventor
이민호
배태성
원대희
박형호
Original Assignee
이민호
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이민호 filed Critical 이민호
Priority to KR1020030026202A priority Critical patent/KR20030038631A/ko
Publication of KR20030038631A publication Critical patent/KR20030038631A/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/44—Refractory linings
    • C21C5/445—Lining or repairing the taphole
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4633—Supporting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/16—Making or repairing linings increasing the durability of linings or breaking away linings
    • F27D2001/1605—Repairing linings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

개시된 내용은 표면처리법에 의한 티타늄 및 티타늄합금의 생체활성 임플란트 개발에 관한 것이다.
본 발명의 티타늄 및 티타늄합금의 생체활성 임플란트 개발은 티타늄 및 티타늄합금 표면을 불산(Hydrofluoric acid : HF)과 질산(Nitric acid ; HNO3) 혼합용액을 통한 1차 표면처리, 과산화수소(hydrogen peroxide, H2O2)나 금속 염화물(metal chlorides)을 함유한 과산화수소 수용액을 통한 2차 표면처리, 증류수에서 세척 건조한 다음, 열처리를 실시하는 3차 표면처리를 포함하는 일련의 표면처리공정을 통하여 달성된다.

Description

표면처리법에 의한 티타늄 및 티타늄합금의 생체활성 임플란트 개발{Development of Bioactive Implant on Titanium and Titanium Alloy by Surface Treatment}
본 발명은 표면처리법에 의한 티타늄 및 티타늄합금의 생체활성 임플란트 개발에 관한 것으로, 특히 티타늄(titanium) 및 티타늄 합금(titanium alloy) 표면에 수화티타니아(hydro-titania)를 형성시킴으로서 생체활성(bioactivity)의 기능을 부여하여 매식 시 골(骨)과 재료사이에 결합력 및 생체적합성(biocompativility)을 향상시켜, 수술 후 회복기간을 단축하고, 골과의 안정한 접합성을 유도할 수 있는 티타늄 및 티타늄합금의 생체활성 임플란트 개발 방법에 관한 것이다.
일반적으로 티타늄 및 티타늄 합금은 우수한 생체적합성, 고강도 및 고인성의 기계적 성질 때문에 하중을 받는 부위의 임플란트 재료로 널리 사용되는 중요한 금속재료이다. 그러나 이러한 재료는 체내에 매식될 때 섬유조직으로 쌓여 있기 때문에 직접 골과 결합할 수 없다. 따라서 상기 단점을 보완하기 위해 이온빔 코팅기술, 이온 주입기술 및 플라즈마 코팅기술 등이 검토되어 왔다.
그러나, 이온빔 및 이온 주입법을 상용화하기 위해서는 처리하는 장비가 크고 고가라는 문제점이 있으며, 플라즈마 코팅법은 10,000℃ 이상인 초고온의 플라즈마로 용해 분사하여 코팅하는 과정에서 결정상의 상당부분이 무정형이나 불안정한 구조로 변화되어 매식 후 피막의 용해가 일어나거나, 하부금속과의 계면에 균열이 생기거나, 용착된 입자가 탈락하는 등의 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기에서와 같은 종래의 결점들을 해소하기 위하여 개발된 것으로서, 이러한 목적달성을 위하여 티타늄 및 티타늄합금 표면에 불산(Hydrofluoric acid : HF)과 질산(Nitric acid ; HNO3)의 혼합용액을 통한 1차 표면처리, 과산화수소(hydrogen peroxide, H2O2)나 금속 염화물(metal chlorides)을 함유한 과산화수소 혼합용액을 통한 2차 표면처리를 통하여, 수화티타니아 층을 형성시킴으로서 체내 매식 시, 상기 금속의 표면에 형성된 수화티타니아 층을 매개로 생체활성 효과를 더욱 향상시켜 장기적으로 안정한 생체 임플란트 재료의 제조 방법을 제공하는데 있다.
도 1. 본 발명의 1차 표면처리 한 소재의 주사전자현미경 사진
도 2. 본 발명의 1차, 2차 표면처리 한 소재의 주사전자현미경 사진
도 3. 본 발명의 1차, 2차 및 3차 표면처리 한 소재의 주사전자현미경 사진
도 4. 본 발명의 1차, 2차 및 3차 표면처리 후, 유사체액 수용액에 침적 한 소재의 주사전자현미경 사진
도 5. 본 발명의 1차, 2차 및 3차 표면처리 후, 유사체액 수용액에 침적 한 소재의 EDX 분석 결과
도 6. 본 발명의 1차, 2차 및 3차 표면처리 후, 유사체액 수용액에 침적 한 소재의 X-선회절 양상
도 7. 본 발명의 표면처리공정을 적용하지 않은 소재를 유사체액에 침적한 후의 주사전자현미경 사진
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표면처리법에 의한 티타늄 및 티타늄합금의 생체활성 임플란트 개발은 티타늄 및 티타늄합금 표면을 불산(Hydrofluoric acid : HF)과 질산(Nitric acid ; HNO3) 혼합용액을 통한 1차 표면처리, 과산화수소(hydrogen peroxide, H2O2)나 금속 염화물(metal chlorides)을 함유한 과산화수소 혼합용액을 통한 2차 표면처리, 증류수에서 세척 건조한 다음, 열처리를 실시하는 3차 표면처리를 포함하는 일련의 표면처리공정을 통하여 달성된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
본 실시 예에 사용된 금속은 순 티타늄 및 티타늄에 다른 금속 즉, Al, Ta, Nb, V, Zr, Pt, Mg, Na 등을 첨가한 티타늄합금이다. 상기 소재에 생체활성을 향상시키기 위한 1차 표면처리는 상온의 불산, 질산 및 증류수를 1:1.5:6 (vol%)의 혼합용액에서 2분 정도의 표면처리공정을 통해서 달성된다.
2차 표면처리는 1차 표면처리에 의해 얻어진 소재를 15-30% 과산화수소(hydrogen peroxide, H2O2)나 금속 염화물(metal chlorides) 즉,NaCl, KCl, MgCl2, SnCl2, SiCl2, CuCl2, PdCl2, NiCl2, TaCl2, NbCl2, VCl2, ZrCl2, CaCl2등이 3-10mM 함유된 과산화수소 수용액에서 60-80℃로 0.5-2시간 동안의 표면처리 공정을 통해서 달성된다. 일반적인 경우, 바람직한 금속 염화물은 PdCl2, SnCl2, TaCl2등이다.
3차 표면처리는 2차 표면처리에 의해 얻어진 소재를 증류수에서 세척한 후 40-80℃에서 12-24시간 건조하여, 승온 속도를 3-10℃/min으로 200-500℃에서 0.5-2시간 동안 열처리공정을 통해서 달성된다.
이하 본 발명의 표면처리 공정을 적용한 바람직한 실시 예와 적용하지 않은 참고 예를 들어 상세히 설명한다.
<실시 예>
우선 본 실시 예에서 사용된 소재는 10×10×1 mm의 크기의 순 티타늄 판이다.
1차 표면처리는 상온에서 48% HF, 62% HNO3및 증류수를 1 : 1.5 : 6(vol%)의 혼합용액에서 2분 정도의 표면처리를 실시한다. 본 공정을 실시함으로서 소재표면에 부착된 이물질이 제거될 뿐 아니라, 도 1에서처럼 소재의 표면에 큰 결정립을 생성시킴으로서 골과의 접촉면적이 증가되는 장점이 있다
2차 표면처리는 1차 표면처리에 의해 얻어진 소재를 30% H2O2과 5mM TaCl5로 제조한 80℃ 수용액에서 1시간 정도의 표면처리를 실시한다. 본 공정을 실시함으로서 도 2에서처럼 생체활성을 촉진시키는 수화티타니아 층이 형성된다.
3차 표면처리는 2차 표면처리에 의해 얻어진 소재를 증류수에서 세척한 후, 60℃에서 24시간 건조하고, 400℃에서 1시간 동안 열처리를 실시한다. 본 공정을 실시함으로서, 도 3에서처럼 결정립계가 더욱 증대됨으로서 골과의 접촉면적을 증가시킬 뿐 아니라 2차 표면처리에서 생성된 수화티타니아층을 더욱 안정하며, 특히 모재와의 결합력을 촉진시키는 장점이 있다.
다음은 본 발명에 의해 얻어진 소재의 생체활성 평가시험결과이다.
생체활성 평가는 본 발명에서 얻어진 소재를 121℃에서 20분간 고압멸균 처리 및 건조하여, 5% CO2Incubator내의 유사체액에 7일 동안 침적한 후, 생체활성에 적합한 아파타이트(apatite) 형성을 관찰함으로서 평가하였다. 한편 본 시험평가에서 사용된 유사체액은 pH와 이온농도가 사람의 혈장과 거의 유사하게 제조된 Hank's 용액이다.
평가 결과 도 4에서처럼 본 발명 소재의 경우, 소재 표면에 구형입자가 형성되었다. 상기 입자는 도 5의 EDX분석 결과 아파타이트의 주성분인 Ca과 P 이온이 주로 검출되었으며, 도 6의 X-선 회절분석결과 역시 아파타이트층이 형성됨으로서 본 발명소재의 경우, 생체활성이 우수함이 판명되었다.
<참고 예>
본 참고 예에서 사용된 소재는 실시 예와 동일한 소재이나, 본 발명에서 개발한 표면처리공정을 적용하지 않은 소재에 대해 실시 예와 동일한 Hank's 유사체액에서 생체활성 평가를 실시하였다.
도 7에서처럼 표면에 기계적 연마흔이 뚜렷이 관찰되며 표면에 생체활성에 우수한 아파타이트가 전혀 형성되지 않아, 본 발명에서 개발한 표면처리공정을 적용한 소재에 비해 생체활성이 좋지 않음이 판명된다.
이상 서술한 바와 같이, 본 발명의 표면처리법에 의한 티타늄 및 티타늄합금의 생체활성 임플란트는 소재표면에 생체활성이 우수한 아파타이트를 형성시킴으로서 짧은 시간에 골과의 접합성을 촉진시킴으로서 수술 후의 회복기간이 단축된다.
또한, 생체 내 안정성이 뛰어나 매식 시에 나타나는 여러 가지 부작용과 반응을 최소화 할 수 있을 뿐 아니라 주변 세포와의 반응성이 우수하여 새로운 뼈와 근육의 생성에 도움을 주는 등의 여러 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 표면처리법에 의한 티타늄 및 티타늄합금의 생체활성 임플란트 개발에 있어서, 티타늄계 금속으로는 순 티타늄 및 순 티타늄에 다른 금속 즉, Al, Ta, Nb, V, Zr, Pt, Mg, Na 등의 금속을 포함하는 티타늄계 합금.
  2. 제 1항에 있어서, 표면처리법은 티타늄 및 티타늄합금 표면에 불산과 질산혼합용액을 통한 1차 표면처리, 과산화수소나 금속 염화물을 포함한 과산화수소 혼합용액을 통한 2차 표면처리, 증류수에서 세척 건조한 다음, 열처리를 실시하는 3차 표면처리를 특징으로 하는 표면처리공정.
  3. 제 2항에 있어서, 1차 표면처리는 불산, 질산 및 증류수의 혼합비가 1:1.5:6(vol%)의 혼합용액을 특징으로 하는 표면처리공정.
  4. 제 2항에 있어서, 2차 표면처리는 과산화수소나 NaCl, KCl, MgCl2, SnCl2, SiCl2, CuCl2, PdCl2, NiCl2, TaCl2, NbCl2, VCl2, ZrCl2, CaCl2등의 금속 염화물을 함유한 과산화수소 수용액을 특징으로 하는 표면처리공정.
  5. 제 2항에 있어서, 3차 표면처리는 200-500℃에서 0.5-2시간 동안 열처리를 특징으로 하는 표면처리공정.
KR1020030026202A 2003-04-25 2003-04-25 표면처리법에 의한 티타늄 및 티타늄합금의 생체활성 임플란트 개발 KR20030038631A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030026202A KR20030038631A (ko) 2003-04-25 2003-04-25 표면처리법에 의한 티타늄 및 티타늄합금의 생체활성 임플란트 개발

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030026202A KR20030038631A (ko) 2003-04-25 2003-04-25 표면처리법에 의한 티타늄 및 티타늄합금의 생체활성 임플란트 개발

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20030038631A true KR20030038631A (ko) 2003-05-16

Family

ID=29579513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030026202A KR20030038631A (ko) 2003-04-25 2003-04-25 표면처리법에 의한 티타늄 및 티타늄합금의 생체활성 임플란트 개발

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20030038631A (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009047730A2 (en) 2007-10-12 2009-04-16 Politecnico Di Torino Multifunctional titanium surfaces for bone integration
ITTO20110716A1 (it) * 2011-08-01 2011-10-31 Torino Politecnico Procedimento per la produzione di superfici di titanio multifunzionali per riduzione del rischio di infezione ed incrementata osteointegrazione e prodotto realizzato mediante tale procedimento.
EP2392357A4 (en) * 2009-01-30 2014-03-26 Univ Chubu Educational Foundation BONE REPAIR MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
KR101448148B1 (ko) * 2012-03-30 2014-10-07 동아대학교 산학협력단 티타늄-니오브-탄탈을 함유하는 티타늄계 합금과 이를 함유하는 치과용 임플란트
KR101965225B1 (ko) * 2017-12-06 2019-04-03 윤재호 티타늄 부품의 무전해 연마방법
CN113444917A (zh) * 2021-06-24 2021-09-28 佛山(华南)新材料研究院 一种TiTaMg合金及其制备方法、应用

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009047730A2 (en) 2007-10-12 2009-04-16 Politecnico Di Torino Multifunctional titanium surfaces for bone integration
WO2009047730A3 (en) * 2007-10-12 2010-03-18 Politecnico Di Torino Multifunctional titanium surfaces for bone integration
EP2392357A4 (en) * 2009-01-30 2014-03-26 Univ Chubu Educational Foundation BONE REPAIR MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
US8784864B2 (en) 2009-01-30 2014-07-22 Chubu University Educational Foundation Bone repair material and method for producing the same
ITTO20110716A1 (it) * 2011-08-01 2011-10-31 Torino Politecnico Procedimento per la produzione di superfici di titanio multifunzionali per riduzione del rischio di infezione ed incrementata osteointegrazione e prodotto realizzato mediante tale procedimento.
WO2013018118A1 (en) * 2011-08-01 2013-02-07 Politecnico Di Torino Process for producing multifunctional titanium surfaces for reducing the risk of infection and increased bone integration and product made through such process
KR101448148B1 (ko) * 2012-03-30 2014-10-07 동아대학교 산학협력단 티타늄-니오브-탄탈을 함유하는 티타늄계 합금과 이를 함유하는 치과용 임플란트
KR101965225B1 (ko) * 2017-12-06 2019-04-03 윤재호 티타늄 부품의 무전해 연마방법
CN113444917A (zh) * 2021-06-24 2021-09-28 佛山(华南)新材料研究院 一种TiTaMg合金及其制备方法、应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. A comparative study of electrochemical deposition and biomimetic deposition of calcium phosphate on porous titanium
Takadama et al. XPS study of the process of apatite formation on bioactive Ti–6Al–4V alloy in simulated body fluid
Wen et al. Preparation of bioactive Ti6Al4V surfaces by a simple method
Stoch et al. FTIR absorption–reflection study of biomimetic growth of phosphates on titanium implants
Zhang et al. Effect of Ti-OH groups on microstructure and bioactivity of TiO2 coating prepared by micro-arc oxidation
Wei et al. Apatite-forming ability of CaO-containing titania
JP2795824B2 (ja) チタン系インプラントの表面処理方法及び生体親和性チタン系インプラント
Narayanan et al. Electrochemical nano-grained calcium phosphate coatings on Ti–6Al–4V for biomaterial applications
Łukaszewska-Kuska et al. Hydroxyapatite coating on titanium endosseous implants for improved osseointegration: Physical and chemical considerations.
Park et al. Surface characteristics of titanium anodized in the four different types of electrolyte
US9096943B2 (en) Metal treatment
Sarraf et al. In vitro bioactivity and corrosion resistance enhancement of Ti-6Al-4V by highly ordered TiO 2 nanotube arrays
CN100430099C (zh) 一种钛或钛合金表面生物活性涂层及其制备方法
US20020143398A1 (en) Biocompatible Titanium Implant for Medical use
Saveleva et al. The effect of hybrid coatings based on hydrogel, biopolymer and inorganic components on the corrosion behavior of titanium bone implants
Drevet et al. Electrodeposition of cobalt-substituted calcium phosphate coatings on Ti22Nb6Zr alloy for bone implant applications
JPH0148774B2 (ko)
Wei et al. Biomimetic apatite deposited on microarc oxidized anatase-based ceramic coating
KR20030038631A (ko) 표면처리법에 의한 티타늄 및 티타늄합금의 생체활성 임플란트 개발
Lin et al. In vitro study of electrodeposited fluoridated hydroxyapatite coating on G-II titanium with a nanostructured TiO2 interlayer
Park et al. Bioactive Calcium Phosphate Coating on Sodium Hydroxide‐Pretreated Titanium Substrate by Electrodeposition
Fatehi et al. Biomimetic hydroxyapatite coatings deposited onto heat and alkali treated Ti6Al4V surface
Khodaei et al. Comparative evaluation of the effect of different types of surface modifiers on bioactivity of porous titanium implants
Al-Asadia et al. Effect of and Deposition on Biological Behavior of Ti-Base Alloys
Pylypchuk et al. Formation of biomimetic hydroxyapatite coatings on the surface of titanium and Ti-containing alloys: Ti–6Al–4V and Ti–Zr–Nb

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application