KR20200021265A - Surface modification method of metal parts for insertion of human body - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 처리를 통한 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for surface modification of a metal component for human body insertion, and more particularly, to a method for surface modification of a metal component for human body insertion through plasma treatment.
최근 치아나 뼈 같은 생체 골 이식 수술이 많이 시행되고 있으며, 이러한 생체 골 이식에 사용되는 재료로는 이종골, 동종골, 자가골 등이 있다. 골형성 유도와 유착성 그리고 생체적합성의 측면에서는 자가골 이식이 가장 뛰어나나 이는 이식골의 채취와 관련해서 다른 골 결손과 감염 등의 문제점이 있다. 이에 자가골 대신에 동종골이나 이종골이 쓰이는데, 동종골은 숙주와 같은 종에서 얻어지는 것이며, 이종골은 동물뼈를 가공하여 이식하는 것으로 자가골에 비해 상대적으로 많은 양을 얻을 수 있다는 장점이 있지만, 골형성과 골유착성이 떨어지며 무엇보다 윤리적인 문제와 오염물질의 유입, 감염 등의 문제점이 존재한다. 이에 최근에는 생체적합성을 가지면서도 가격이 저렴하고 감염과 질환의 염려가 없는 인공 골 대체물들이 연구되고 있다. 인공 골 재료로는 인산 칼륨계 화합물이 쓰이고 있으며, 티타늄이나 그의 합금, 그리고 코발트 크롬 등의 합금 등이 연구되고 있다.Recently, a large number of living bone grafts such as teeth and bones have been performed, and materials used for living bone grafts include xenograft, allogeneic bone, and autologous bone. Autologous bone graft is the best in terms of bone formation, adhesion and biocompatibility, but there are other bone defects and infections related to the extraction of graft bone. Allografts or xenografts are used instead of autologous bones, and allogene bones are obtained from the same species as the host, and xenografts are obtained by processing animal bones and transplanting them. Osteo-adhesion is inferior and above all, there are ethical problems, inflow of pollutants, and infections. Recently, artificial bone substitutes that are inexpensive and inexpensive and free of infection and disease are being studied. Potassium phosphate compounds are used as artificial bone materials, and alloys such as titanium, alloys thereof, and cobalt chromium have been studied.
하지만 이들의 가장 큰 문제점은 주변 골 조직과의 골 유착성과 생체적합성 그리고 금속 이온의 용출현상과 박리로 인한 여러 합병증이 발생하며, 이식된 인공 대체물의 생체분해속도 제어가 어렵다는 것이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 인공골 이식체와 주변 골조직이 맞닿아있는 표면의 개질이 가장 중요한데, 이러한 표면개질에는 크게, 표면처리 방법과 물질첨가 방법이 있다. 표면처리에는 표면을 미세한 입자로 때려주는 방법(blasting)과, 화학적, 전기적 또는 산 부식의 방법으로 표면을 처리하여 표면적을 넓혀주는 방법이 쓰이고 있다(Guehennec et al. 2007, Dental Materials 23, 844, Albrektsson. 2004, International Journal of Prosthodontics, 17, 536). 가장 많이 이용되는 방법은 샌드블라스팅과 산부식을 병행한 습식 표면개질 방법이다. 이 때 쓰는 산은 염산과 황산의 조합이 가장 많이 이용되어 습식 표면개질 수행시 산의 잔류에 따른 인체 유해 문제와 강산을 이용한 반응용액에 의한 환경오염문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이를 해결하기 위한 인체삽입용 부품의 골접착률 향상을 위한 표면개질 방법에 대한 연구가 요구되고 있다.However, their biggest problem is that various complications occur due to bone adhesion and biocompatibility with surrounding bone tissue, dissolution and exfoliation of metal ions, and it is difficult to control the biodegradation rate of the implanted artificial substitute. In order to solve this problem, the modification of the surface where the artificial bone graft and the surrounding bone tissue is in contact with the most important, such surface modification is largely a surface treatment method and a material addition method. Surface treatment is a method of blasting the surface with fine particles and increasing the surface area by treating the surface by chemical, electrical or acid corrosion (Guehennec et al. 2007, Dental Materials 23, 844, Albrektsson. 2004, International Journal of Prosthodontics, 17, 536). The most commonly used method is wet surface modification combined with sandblasting and acid corrosion. The acid used at this time is the most frequently used combination of hydrochloric acid and sulfuric acid, which may cause human health problems due to acid residues and environmental pollution by the reaction solution using strong acid. Therefore, there is a need for a study on the surface modification method for improving the bone adhesion rate of the human insertion parts to solve this problem.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 인체 삽입용 금속 부품의 골접착률을 향상시키기 위한 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a manufacturing method for improving the bone adhesion rate of the metal component for human body insertion.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention provides a surface modification method of a metal component for human body insertion.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법은 인체 삽입용 금속 부품 표면을 샌드블라스팅 처리하는 단계, 진공챔버 내부의 반응테이블 상에 상기 샌드블라스팅 처리된 금속 부품을 위치시키는 단계, 진공펌프를 이용하여 상기 진공챔버의 내부를 진공상태로 유지하는 단계, 상기 진공챔버 내에 플라즈마화 할 가스를 공급하고 내부압력을 유지하는 단계 및 플라즈마를 발생시켜 상기 금속 부품의 표면을 활성화시키는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the method for surface modification of the human body insertion metal part comprises sandblasting the surface of the human body insertion metal part, placing the sandblasted metal part on a reaction table inside the vacuum chamber. Maintaining the inside of the vacuum chamber using a vacuum pump, supplying a gas to be plasmaized into the vacuum chamber, maintaining an internal pressure, and generating a plasma to activate the surface of the metal part. It may include a step.
이때, 상기 플라즈마화 할 가스는 불소(F)계열 가스 또는 염소(Cl)계열 가스를 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, the gas to be plasma is characterized in that it comprises a fluorine (F) -based gas or chlorine (Cl) -based gas.
이때, 상기 플라즈마는 1MHz 내지 1000MHz의 RF를 통해 발생시키는 것을 특징으로 한다.At this time, the plasma is characterized in that it is generated through the RF of 1MHz to 1000MHz.
이때, 상기 금속 부품의 표면을 활성화시키는 단계는 상기 금속 부품의 표면조도가 1㎛ 내지 3㎛가 되도록 수행하는 것을 특징으로 한다.At this time, the step of activating the surface of the metal component is characterized in that the surface roughness of the metal component is performed to 1㎛ to 3㎛.
이때, 상기 금속 부품의 표면을 활성화시키는 단계는 상기 금속 부품 상에 100nm 내지 1000nm의 딤플(dimple)이 형성되도록 수행하는 것을 특징으로 한다.At this time, the step of activating the surface of the metal component is characterized in that to perform a dimple (dimple) of 100nm to 1000nm is formed on the metal component.
이때, 상기 불소(F)계열 가스는 불소(F) 원소를 포함하는 가스인 것을 특징으로 한다.At this time, the fluorine (F) -based gas is characterized in that the gas containing a fluorine (F) element.
이때, 상기 염소(Cl)계열 가스는 염소(Cl) 원소를 포함하는 가스인 것을 특징으로 한다.At this time, the chlorine (Cl) -based gas is characterized in that the gas containing a chlorine (Cl) element.
이때, 상기 불소(F) 원소를 포함하는 가스는 CF4, C4F8 또는 C4F6를 포함할 수 있다.In this case, the gas containing the fluorine (F) element may include CF 4 , C 4 F 8 or C 4 F 6 .
이때, 상기 염소(Cl) 원소를 포함하는 가스는 Cl2 또는 BCl3 를 포함할 수 있다.In this case, the gas containing the chlorine (Cl) element may include Cl 2 or BCl 3 .
이때, 상기 플라즈마화 할 가스는 산소(O2)가스 또는 아르곤(Ar)가스를 더 포함할 수 있다.In this case, the plasma gas may further include an oxygen (O 2 ) gas or an argon (Ar) gas.
이때, 상기 혼합가스는 불소(F)계열 가스 또는 염소(Cl)계열 가스 : 산소가스 : 아르곤가스 = 4 내지 6 : 1 내지 2 : 1 의 비율로 혼합된 것을 특징으로 한다.At this time, the mixed gas is characterized in that the fluorine (F) -based gas or chlorine (Cl) -based gas: oxygen gas: argon gas = 4 to 6: 1 to 2: 1:
본 발명의 실시예에 따르면, 골접착율이 향상된 인체 삽입용 금속 부품을 제조할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to manufacture a metal part for insertion of the human body with improved bone adhesion rate.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, but should be understood to include all the effects deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법을 도시한 모식도이다.
도 3은 CF4 플라즈마 내에서 O2의 농도에 따른 F 의 비율 및 Ti 식각률을 나타낸 그래프이다.
도 4 (A)는 Cl의 비율에 따른 Ti 식각률을 나타낸 그래프이다.
도 4 (B)는 Cl의 비율에 따른 Surface roughness(RMS)를 나타낸 그래프이다.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따라 표면개질을 수행하기 전의 인체 삽입용 금속 부품의 표면 SEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 표면개질을 수행한 후의 인체 삽입용 금속 부품의 표면 SEM 사진이다.1 is a flowchart illustrating a surface modification method of a metal component for human body insertion according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing a surface modification method of a metal component for human body insertion according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the ratio of F and Ti etching rate according to the concentration of O 2 in CF 4 plasma.
4 (A) is a graph showing the Ti etching rate according to the ratio of Cl.
4B is a graph showing Surface roughness (RMS) according to the ratio of Cl.
5 is a SEM image of the surface of a metal component for inserting a human body before performing surface modification according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a SEM image of the surface of the metal component for human body insertion after performing surface modification according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, coupled) with another part, it is not only" directly connected "but also" indirectly connected "with another member in between. "Includes the case. In addition, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 일실시예에 따른 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법을 설명한다.It describes a surface modification method of a metal component for human body insertion according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법을 도시한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a surface modification method of a metal component for human body insertion according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 상기 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법은 인체 삽입용 금속 부품 표면을 샌드블라스팅 처리하는 단계(S100) 및 상기 샌드블라스팅 처리된 금속 부품을 건식 플라즈마처리를 통해 표면 조도를 제어하는 단계(S200)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, in the method of modifying the surface of a metal component for inserting a human body, sandblasting the surface of the metal component for inserting a human body is performed (S100) and controlling the surface roughness of the sandblasted metal component through a dry plasma treatment. It may include the step (S200).
이때, 상기 건식 플라즈마처리를 통해 표면 조도를 제어하는 단계는, 진공챔버 내부의 반응테이블 상에 상기 샌드블라스팅 처리된 금속 부품을 위치시키는 단계, 진공펌프를 이용하여 상기 진공챔버의 내부를 진공상태로 유지하는 단계, 상기 진공챔버 내에 플라즈마화 할 가스를 공급하고 내부압력을 유지하는 단계 및 플라즈마를 발생시켜 상기 금속 부품의 표면을 활성화시키는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the step of controlling the surface roughness through the dry plasma treatment, positioning the sandblasted metal parts on the reaction table in the vacuum chamber, by using a vacuum pump to the inside of the vacuum chamber in a vacuum state The method may include maintaining, supplying a gas to be plasmaized into the vacuum chamber, maintaining an internal pressure, and generating a plasma to activate a surface of the metal part.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법을 도시한 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a surface modification method of a metal component for human body insertion according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 건식 플라즈마처리를 통해 표면 조도를 제어하는 단계는 먼저, 진공챔버(100) 내부의 반응테이블(110) 상에 상기 샌드블라스팅 처리된 금속 부품(200)을 위치시키는 단계, 진공펌프(120)를 이용하여 상기 진공챔버(100)의 내부를 진공상태로 유지하는 단계, 상기 진공챔버 내에 플라즈마화 할 가스를 공급하고 내부압력을 유지하는 단계 및 플라즈마(300)를 발생시켜 상기 금속 부품(200)의 표면을 활성화시키는 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the step of controlling the surface roughness through the dry plasma treatment may include first placing the
예를 들어, 상기 인체 삽입용 금속 부품은 Ti, Ti 합금 또는 CoCr을 포함할 수 있다.For example, the metal insert for human body may include Ti, Ti alloy, or CoCr.
이때, 상기 플라즈마화 할 가스는 불소(F)계열 가스 또는 염소(Cl)계열 가스를 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, the gas to be plasma is characterized in that it comprises a fluorine (F) -based gas or chlorine (Cl) -based gas.
예를 들어, 상기 플라즈마(300)은 상기 진공챔버(100) 내의 RF전원(150) 및 유도코일(140)을 통해 발생한 유도결합 플라즈마일 수 있다. 이때, 상기 RF전원(150) 및 유도코일(140)을 통해 발생한 펄스는 가시화창(130)을 통해 상기 진공챔버(100) 내의 플라즈마화할 가스에 도달할 수 있다.For example, the
이때, 상기 플라즈마(300)는 1MHz 내지 1000MHz의 RF(Radio Frequency)를 통해 발생시키는 것을 특징으로 한다.At this time, the
이때, 1MHz 미만의 RF를 이용할 경우, 낮은 주파수로 인해 에너지의 크기가 충분하지 않아 가스의 플라즈마화가 일어나지 않을 수 있다.In this case, when using an RF of less than 1MHz, due to the low frequency, the amount of energy may not be enough, so that plasma may not occur.
이때, 1000MHz 초과의 RF를 이용할 경우, 높은 주파수로 인해 에너지가 과도하게 커져 금속 부품에 손상이 발생할 수 있다.At this time, when using an RF of more than 1000MHz, due to the high frequency, the energy is excessively large may cause damage to the metal parts.
이때, 상기 금속 부품의 표면을 활성화시키는 단계(S500)는 상기 금속 부품의 표면조도가 1㎛ 내지 3㎛가 되도록 수행하는 것을 특징으로 한다.At this time, the step of activating the surface of the metal component (S500) is characterized in that the surface roughness of the metal component is performed to 1㎛ to 3㎛.
이때, 상기 금속 부품의 표면조도가 1㎛ 미만일 경우, 상기 금속 부품의 표면이 너무 매끈하여 골접착율이 저하될 수 있다.In this case, when the surface roughness of the metal component is less than 1 μm, the surface of the metal component may be so smooth that the bone adhesion rate may decrease.
이때, 상기 금속 부품의 표면조도가 3㎛ 초과일 경우, 상기 금속 부품의 표면이 너무 거칠어 골접착율이 저하될 수 있다.In this case, when the surface roughness of the metal component is greater than 3 μm, the surface of the metal component may be too rough so that the bone adhesion rate may decrease.
이때, 상기 금속 부품의 표면을 활성화시키는 단계(S500)는 상기 금속 부품 상에 100nm 내지 1000nm의 딤플(dimple)이 형성되도록 수행하는 것을 특징으로 한다.In this case, the step (S500) of activating the surface of the metal component is characterized in that the dimple (dimple) of 100nm to 1000nm is formed on the metal component.
이때, 상기 딤플의 크기가 100nm 미만일 경우, 상기 금속 부품의 표면이 너무 매끈하여 골접착율이 저하될 수 있다.At this time, when the size of the dimple is less than 100nm, the surface of the metal part is too smooth, the bone adhesion rate may be lowered.
이때, 상기 딤플의 크기가 1000nm 초과일 경우, 상기 금속 부품의 표면이 너무 거칠어 골접착율이 저하될 수 있다.At this time, when the size of the dimple is more than 1000nm, the surface of the metal part is too rough, the bone adhesion rate may be lowered.
이때, 상기 불소(F)계열 가스는 불소(F) 원소를 포함하는 가스인 것을 특징으로 한다.At this time, the fluorine (F) -based gas is characterized in that the gas containing a fluorine (F) element.
이때, 상기 염소(Cl)계열 가스는 염소(Cl) 원소를 포함하는 가스인 것을 특징으로 한다.At this time, the chlorine (Cl) -based gas is characterized in that the gas containing a chlorine (Cl) element.
이때, 상기 불소(F) 원소를 포함하는 가스는 CF4, C4F8 또는 C4F6를 포함할 수 있다.In this case, the gas containing the fluorine (F) element may include CF 4 , C 4 F 8 or C 4 F 6 .
이때, 상기 염소(Cl) 원소를 포함하는 가스는 Cl2 또는 BCl3 를 포함할 수 있다.In this case, the gas containing the chlorine (Cl) element may include Cl 2 or BCl 3 .
이때, 상기 플라즈마화 할 가스는 산소(O2)가스 또는 아르곤(Ar)가스를 더 포함할 수 있다.In this case, the plasma gas may further include an oxygen (O 2 ) gas or an argon (Ar) gas.
이때, 상기 혼합가스는 불소(F)계열 가스 또는 염소(Cl)계열 가스 : 산소가스 : 아르곤가스 = 4 내지 6 : 1 내지 2 : 1 의 비율로 혼합된 것을 특징으로 한다. At this time, the mixed gas is characterized in that the fluorine (F) -based gas or chlorine (Cl) -based gas: oxygen gas: argon gas = 4 to 6: 1 to 2: 1:
이때, 상기 불소(F)계열 가스 또는 염소(Cl)계열 가스의 비율이 4 미만일 경우, 산소 가스의 비율이 상대적으로 상승함으로 인해 O와 C, F 또는 C, Cl 간 결합된 radical(COF2, COCl2)이 생성되어 F 또는 Cl의 비율이 감소할 수 있다. 또한, Ti 표면에 TiO2가 형성되어 식각률이 저하될 수 있다. 도 3은 CF4 플라즈마 내에서 O2의 농도에 따른 F 의 비율 및 Ti 식각률을 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면 CF4 : O2의 비율이 4 내지 6 : 1 에서 Ti 식각률 및 F 원자의 밀도가 가장 높은 것을 알 수 있다.In this case, when the ratio of the fluorine (F) -based gas or the chlorine (Cl) -based gas is less than 4, the ratio of oxygen gas is relatively increased, so that the radical (COF 2 , COCl 2 ) may be produced to reduce the proportion of F or Cl. In addition, TiO 2 may be formed on the Ti surface to decrease the etching rate. 3 is a graph showing the ratio of F and Ti etching rate according to the concentration of O 2 in CF 4 plasma. Referring to FIG. 3, it can be seen that the Ti etching rate and the density of F atoms are the highest at a ratio of CF 4 : O 2 of 4 to 6: 1.
이때, 상기 불소(F)계열 가스 또는 염소(Cl)계열 가스의 비율이 6 초과일 경우, F 또는 Cl의 비율이 증가함에도 Ti 식각률은 상승하지 않을 수 있으며, 이에 더하여 상기 금속 부품의 표면이 너무 매끈하여 골접착율이 저하될 수 있다. In this case, when the ratio of the fluorine (F) -based gas or chlorine (Cl) -based gas is greater than 6, even if the ratio of F or Cl is increased, the Ti etching rate may not increase, and in addition, the surface of the metal part may be too high. Smoothing can reduce the bone adhesion rate.
구체적으로, 도 4 (A)는 Cl의 비율에 따른 Ti 식각률을 나타낸 그래프이다. 도 4 (A)를 참조하면, Cl의 비율이 상승함에도 Ti 식각률은 더 이상 상승하지 않는 것을 알 수 있다. Specifically, Figure 4 (A) is a graph showing the Ti etching rate according to the ratio of Cl. Referring to FIG. 4 (A), it can be seen that even though the ratio of Cl is increased, the Ti etching rate does not increase any more.
도 4 (B)는 Cl의 비율에 따른 Surface roughness(RMS)를 나타낸 그래프이다. 도 4 (B)를 참조하면, Cl의 비율이 증가함에 따라 Surface roughness(RMS)는 같이 증가하였다가 다시 감소하는 것을 알 수 있다. 이와 같이 Surface roughness(RMS)가 감소하여 상기 금속 부품의 표면이 너무 매끈해질 경우 골접착율이 저하될 수 있다.4B is a graph showing Surface roughness (RMS) according to the ratio of Cl. Referring to FIG. 4B, as the ratio of Cl increases, the surface roughness (RMS) increases together and decreases again. As such, when the surface roughness (RMS) is reduced and the surface of the metal component becomes too smooth, the bone adhesion rate may be reduced.
금속은 F 원자, Cl 원자의 radical과 반응성이 높으며, 따라서 불소(F), 염소(Cl)와 같은 17족 원소를 포함하는 가스를 이용할 경우 쉽게 식각이 가능하다. 또한, 종래의 불산(HF), 염산(HCl) 등을 사용하는데 반해 가스를 이용할 경우 친환경적 표면처리가 가능하다는 장점이 있다.Metals are highly reactive with radicals of F and Cl atoms, so they can be easily etched using gases containing Group 17 elements such as fluorine (F) and chlorine (Cl). In addition, while using conventional hydrofluoric acid (HF), hydrochloric acid (HCl), there is an advantage that the environmentally friendly surface treatment is possible when using gas.
<실시예><Example>
Ti 소재로 제작된 금속 부품 표면을 평균 크기150 ㎛인 ZrO2 미디어로 1차 샌드블라스팅 처리 후 평균 크기 40 ㎛인 SiO2 미디어로 2차 샌드블라스팅 처리하였다. 상기 2차 샌드블라스팅 처리된 금속 부품을 ICP(Inductively Coupled Plasma) 챔버 내에 위치시킨 후 CF4 : O2 : Ar = 6 : 1 : 1 의 비율로 혼합된 플라즈마화 할 가스를 공급하였다. 내부 압력은 20mTorr을 유지하였으며 13.56MHz 1200Ws, 250Wb의 조건 하에 20 내지 30분 동안 플라즈마 처리하였다. The surface of the metal part made of Ti was first sandblasted with
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 표면개질을 수행하기 전의 인체 삽입용 금속 부품의 표면 SEM 사진이다.5 is a SEM image of the surface of the metal component for inserting a human body before performing surface modification according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 표면개질을 수행한 후의 인체 삽입용 금속 부품의 표면 SEM 사진이다.Figure 6 is a SEM image of the surface of the metal component for human body insertion after performing surface modification according to an embodiment of the present invention.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 인체 삽입용 금속 부품을 표면처리할 경우, 표면 산화 및 딤플 형성을 통해 골조직과 유사한 표면 형상을 나타낼 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIGS. 5 and 6, it can be seen that when surface treatment of a metal component for inserting a human body according to an embodiment of the present invention, a surface shape similar to bone tissue may be exhibited through surface oxidation and dimple formation.
본 발명의 실시예에 따르면, 건식 플라즈마 공정을 통해 잔류 유해물질을 줄인 인체 삽입용 금속 부품 제조방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a metal component for inserting a human body, which reduces residual harmful substances through a dry plasma process.
본 발명의 실시예에 따르면, 딤플 형성을 통해 골접착율을 향상시킨 인체 삽입용 금속 부품 제조방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a metal component for inserting a human body in which bone adhesion is improved through dimple formation.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is represented by the following claims, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof are included in the scope of the present invention.
100 : 진공챔버
110 : 반응테이블
120 : 진공펌프
130 : 가시화창
140 : 유도코일
150 : RF 전원
200 : 인체 삽입용 금속 부품
300 : 플라즈마100: vacuum chamber
110: reaction table
120: vacuum pump
130: Visualization window
140: induction coil
150: RF power
200: metal parts for human body insertion
300: plasma
Claims (11)
상기 샌드블라스팅 처리된 금속 부품을 건식 플라즈마처리를 통해 표면 조도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법.Sandblasting the surface of the metal component for human body insertion; And
And controlling a surface roughness of the sandblasted metal part through a dry plasma treatment.
상기 건식 플라즈마처리를 통해 표면 조도를 제어하는 단계는,
진공챔버 내부의 반응테이블 상에 상기 샌드블라스팅 처리된 금속 부품을 위치시키는 단계;
진공펌프를 이용하여 상기 진공챔버의 내부를 진공상태로 유지하는 단계;
상기 진공챔버 내에 플라즈마화 할 가스를 공급하고 내부압력을 유지하는 단계; 및
플라즈마를 발생시켜 상기 금속 부품의 표면을 활성화시키는 단계를 포함하고,
상기 플라즈마화 할 가스는 불소(F)계열 가스 또는 염소(Cl)계열 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법.The method of claim 1,
Controlling the surface roughness through the dry plasma treatment,
Placing the sandblasted metal part on a reaction table inside a vacuum chamber;
Maintaining the interior of the vacuum chamber in a vacuum state using a vacuum pump;
Supplying a gas to be plasmaized in the vacuum chamber and maintaining an internal pressure; And
Generating a plasma to activate a surface of the metal part,
The plasma gas is a surface modification method of the human body insertion metal component comprising a fluorine (F) -based gas or a chlorine (Cl) -based gas.
상기 플라즈마는 1MHz 내지 1000MHz의 RF를 통해 발생시키는 것을 특징으로 하는 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법.The method of claim 2,
The plasma is a surface modification method of the human body insertion metal component, characterized in that generated through RF of 1MHz to 1000MHz.
상기 금속 부품의 표면을 활성화시키는 단계는 상기 금속 부품의 표면조도가 1㎛ 내지 3㎛가 되도록 수행하는 것을 특징으로 하는 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법.The method of claim 2,
The step of activating the surface of the metal component is a surface modification method of the human body insertion metal component, characterized in that to perform so that the surface roughness of the metal component is 1㎛ to 3㎛.
상기 금속 부품의 표면을 활성화시키는 단계는 상기 금속 부품 상에 100nm 내지 1000nm의 딤플(dimple)이 형성되도록 수행하는 것을 특징으로 하는 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법.The method of claim 2,
The step of activating the surface of the metal component is a surface modification method for inserting a metal component, characterized in that the dimple (dimple) of 100nm to 1000nm is formed on the metal component.
상기 불소(F)계열 가스는 불소(F) 원소를 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법.The method of claim 2,
The fluorine (F) -based gas is a surface modification method of the human body insert metal component, characterized in that the gas containing a fluorine (F) element.
상기 염소(Cl)계열 가스는 염소(Cl) 원소를 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법.The method of claim 2,
The chlorine (Cl) -based gas is a surface modification method of the human body insertion metal component, characterized in that the gas containing a chlorine (Cl) element.
상기 불소(F) 원소를 포함하는 가스는 CF4, C4F8 또는 C4F6를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법.The method of claim 6,
The gas containing the fluorine (F) element is CF 4 , C 4 F 8 or C 4 F 6 Surface modification method for inserting a human body metal component characterized in that it comprises.
상기 염소(Cl) 원소를 포함하는 가스는 Cl2 또는 BCl3 를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법.The method of claim 7, wherein
The gas containing the chlorine (Cl) element is a surface modification method of the human body insert metal component, characterized in that containing Cl 2 or BCl 3 .
상기 플라즈마화 할 가스는 산소(O2)가스 또는 아르곤(Ar)가스를 더 포함하는 혼합가스인 것을 특징으로 하는 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법.The method of claim 2,
Wherein the gas to be plasmaized is a mixed gas further comprises oxygen (O 2 ) gas or argon (Ar) gas surface modification method of the human insert metal component.
상기 혼합가스는 불소(F)계열 가스 또는 염소(Cl)계열 가스 : 산소가스 : 아르곤가스 = 4 내지 6 : 1 내지 2 : 1 의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 인체 삽입용 금속 부품의 표면개질 방법.The method of claim 10,
The mixed gas is a fluorine (F) -based gas or chlorine (Cl) -based gas: oxygen gas: argon gas = 4 to 6: the surface modification of the human body insert metal parts, characterized in that the mixture of 1 to 2: 1 Way.
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