KR20240017636A - Artificial joint, mold agent for casting Ti alloy for artificial joint, mold for casting Ti alloy for artificial joint using, and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인공관절용 Ti 합금의 주조를 위한 주형 코팅제 및 이를 이용한 티타늄 합금 주조 방법에 관한 것으로 Ti 합금의 주조에 적용되는 주형에 있어서는 용탕과 주형과의 반응성이 낮은 Calcia Stabilized Zirconia(CSZ)을 이용하여 티타늄 합금 주조용 주형을 제작하고 이를 적용하여 인공관절용 Ti 합금의 주조품을 제공한다. The present invention relates to a mold coating agent for casting Ti alloy for artificial joints and a titanium alloy casting method using the same. In the mold applied for casting Ti alloy, Calcia Stabilized Zirconia (CSZ), which has low reactivity between molten metal and mold, is used. A mold for titanium alloy casting is manufactured and applied to provide a Ti alloy casting product for artificial joints.
Description
본 발명은 인공관절, 인공관절용 Ti 합금 주조용 주형 코팅제, 이를 이용한 인공관절용 Ti 합금 주조용 주형 및 그 제조 방법에 관한 것으로 Calcia Stabilized Zirconia(CSZ) 및 Alumina-Silica를 포함하는 인공관절용 Ti 합금 주조용 주형 코팅제, 이를 이용한 인공관절용 Ti 합금 주조용 주형 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to artificial joints, a coating agent for casting Ti alloy for artificial joints, a mold for casting Ti alloy for artificial joints using the same, and a manufacturing method thereof. The present invention relates to Ti for artificial joints containing Calcia Stabilized Zirconia (CSZ) and Alumina-Silica. It relates to a mold coating agent for alloy casting, a mold for casting Ti alloy for artificial joints using the same, and a manufacturing method thereof.
인구의 고령화로 인공적인 재료를 이용하여 인체의 각 기관의 기능을 대신하는 생체재료에 관한 수요는 크게 증가하고 있는 설정이다. 개발된 이식재료들은 대부분이 금속이 주종을 이루는데 이는 금속의 기계적 성질이 다른 재료에 비해 매우 뛰어나기 때문이다. 이러한 이식재료들은 크게 구분하면 스테인리스강， Co-Cr 합금， CP(Commercially Pure)-Ti 및 Ti 합금 그리고 Ni-Ti 합금 등이 있다. As the population ages, the demand for biomaterials that replace the functions of each organ of the human body using artificial materials is increasing significantly. Most of the developed implant materials are made of metal because the mechanical properties of metal are very superior to other materials. These implant materials are broadly classified into stainless steel, Co-Cr alloy, CP (Commercially Pure)-Ti and Ti alloy, and Ni-Ti alloy.
이들 합금 중에서 스테인리스강은 내식성이 좋고 가격이 싸다는 장점이 있으나 반복하중에 약하고 밀도가 상대적으로 커서 무거우며 합금 구성성분의 인체 용해도가 Ti 합금보다 크다는 단점이 있다. Co-Cr합금의 경우는 주조성과 가공성이 우수하고 기계적 성질이 매우 우수하나 내식성이 떨어지고 특히 틈새 부식에 매우 취약한 단점을 갖는다. Ti 합금은 현재까지 개발된 합금 중에서 틈새 부식에 가장 저항성이 크며 티타늄의 월등한 생체적합성과 합금 구성성분의 인체 용해도가 매우 낮다는 점으로 인해 인체 이식재료들의 대다수를 차지하고 있다. 이식재료로서 요구되는 기계적 성질 중 중요한 것은 강도 측면에서 뼈의 강도보다 좋아야 하며 유사한 탄성계수를 가져야 한다. Among these alloys, stainless steel has the advantage of good corrosion resistance and low price, but has the disadvantage of being weak against repeated loads, being heavy due to its relatively high density, and having greater solubility of alloy components in the human body than Ti alloy. Co-Cr alloy has excellent castability and processability and excellent mechanical properties, but has poor corrosion resistance and is particularly vulnerable to crevice corrosion. Ti alloy is the most resistant to crevice corrosion among the alloys developed to date and accounts for the majority of human implant materials due to titanium's superior biocompatibility and the very low solubility of alloy components in the human body. Among the mechanical properties required as a transplant material, the most important thing is that it must be better than bone in terms of strength and have a similar elastic modulus.
따라서 현재 선진국에서는 현재 인공치아와 같은 정적인 이식재료는 주로 CP-Ti이 사용되며，인공관절 등의 동적인 이식재료는 고강도의 Ti 합금의 사용하고 있다. 하지만, Ti 합금은 융점이 높아 일반적인 정밀주조에서 사용하는 주형재료로는 주조하기 어려우며 Ti와 주형재료와의 반응성으로 주조품 표면 결합 및 특성 저하를 야기한다. 즉 Ti 합금 용탕 및 주형이 서로 반응하여 Ti 합금의 표면에 알파케이스(α-case)를 형성하는 것으로 알려졌다. 주형의 산소가 침입형 원자로 알파케이스 반응층을 생성하면 취성이 강해져 쉽게 파괴되고 균열이 발생하여 이것이 노치역활을 하여 주조품의 물성을 저하시킨다. 특히, 인체에 삽입되는 인공관절에서의 이러한 결함은 치명적인 요인이 된다. 이를 위해 주조품은 기계적 가공 및 산을 이용한 화학연마가 필요하며 이는 생산단가를 상승시키는 요인이 된다. Therefore, in developed countries, CP-Ti is mainly used for static implant materials such as artificial teeth, and high-strength Ti alloy is used for dynamic implant materials such as artificial joints. However, Ti alloy has a high melting point, so it is difficult to cast with mold materials used in general precision casting, and the reactivity between Ti and mold materials causes surface bonding of cast products and deterioration of properties. In other words, it is known that the molten Ti alloy and the mold react with each other to form an alpha case (α-case) on the surface of the Ti alloy. When oxygen in the mold creates an alpha case reaction layer with interstitial atoms, it becomes brittle and easily breaks and cracks occur, which acts as a notch and reduces the physical properties of the cast product. In particular, such defects in artificial joints inserted into the human body become fatal factors. For this purpose, cast products require mechanical processing and chemical polishing using acids, which increases production costs.
일반적으로 주조품의 특성은 같은 원재료일지라도 주조 시 주형의 종류 및 제작 조건에 따라 물성은 완전히 달라진다. In general, even if the properties of a cast product are the same from the same raw material, the physical properties are completely different depending on the type of mold and manufacturing conditions during casting.
따라서 본 발명에서는 인공관절용 Ti 합금을 주조할 수 있는 주형에 있어서, 종래의 티타늄 합금 용탕 및 주형 간의 계면 반응에 억제할 수 있는 Ti 합금 주조용 주형 코팅제를 개발하고 그 조건을 최적화하여 상기 주형 코팅제를 이용한 인공관절용 Ti 합금 주조용 주형을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, in the present invention, in a mold capable of casting Ti alloy for artificial joints, a mold coating agent for casting Ti alloy that can suppress the interface reaction between the conventional molten titanium alloy and the mold is developed and the conditions are optimized to form the mold coating agent. The purpose is to provide a mold for casting Ti alloy for artificial joints.
또한, 본 발명의 인공관절용 Ti 합금 주조용 주형을 이용하여 주조된 인공관절용 Ti 합금 및 상기 Ti 합금으로 된 인공관절을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a Ti alloy for artificial joints cast using the mold for casting Ti alloy for artificial joints and an artificial joint made of the Ti alloy.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 다음과 같은 제작공정을 수행한다. In order to achieve the above purpose, the following manufacturing process is performed.
왁스를 사출하는 단계;Injecting wax;
상기 사출된 왁스 모형에 제1 코팅제인 Calcia Stabilized Zirconia (CSZ)를 코팅하는 단계;Coating Calcia Stabilized Zirconia (CSZ), a first coating agent, on the injected wax model;
상기 제1 코팅제가 코팅된 주형에 제2 코팅제인 Alumina-Silica를 코팅하는 단계;Coating a second coating agent, Alumina-Silica, on the mold coated with the first coating agent;
상기 제2 코팅제가 코팅된 주형에서 왁스를 제거하는 단계;removing wax from the mold coated with the second coating agent;
상기 왁스가 제거된 주형을 건조하는 단계를 특징으로 하는 인공관절용 Ti 합금 주형의 제조 방법이다. A method of manufacturing a Ti alloy mold for artificial joints, characterized by drying the mold from which the wax has been removed.
상기 인공 관절용 Ti 합금 주조에 적용되는 주형 재료는 용탕과의 반응성이 낮은 Calcia Stabilized Zirconia(CSZ)를 제1 코팅제로 사용하는 것을 특징으로 한다.The mold material applied to the Ti alloy casting for artificial joints is characterized by using Calcia Stabilized Zirconia (CSZ), which has low reactivity with molten metal, as the first coating.
상기 제1 코팅 공정은 반복하여 코팅할 수 있으나, 1 ~ 2회 코팅하는 것이 바람직하다. The first coating process can be repeated, but it is preferable to coat it 1 to 2 times.
상기 주형 제작을 위한 제2 코팅제는 Alumina-Silica 계를 사용하는 것을 특징으로 한다. The second coating agent for manufacturing the mold is characterized by using an Alumina-Silica system.
상기 제2 코팅 공정도 반복하여 코팅할 수 있으며, 1 ~ 5회 코팅하는 것이 바람직하다. The second coating process can also be repeatedly coated, and it is preferable to coat 1 to 5 times.
상기 코팅 공정으로 제작된 주형의 소성온도는 1050 ± 10℃인 것을 특징으로 한다. The firing temperature of the mold produced through the coating process is 1050 ± 10°C.
상기 주형의 예열온도는 1050℃인 것을 특징으로 한다.The preheating temperature of the mold is 1050°C.
따라서 본 발명은 Ti 합금 주조용 주형은 용탕과 주형의 반응성을 낮춰 알파케이스 형성을 억제하여 기계적 물성이 향상된 Ti 합금을 제조할 수 있다.Therefore, the present invention can manufacture a Ti alloy with improved mechanical properties by suppressing the formation of alpha case by lowering the reactivity between the molten metal and the mold.
Ti 합금 고품위 생체재료 주조품의 국산화뿐만 아니라, 다양한 생체 적용 가능한 원천제조 기술을 확보함으로써 상용화가 가능한 장점이 있다. Ti계 주조합금 및 금속 3D 프린팅을 이용한 임플란트 제조에도 활용이 가능하며, 생체흡수성 재료 분야에도 적용할 수 있는 장점이 있다.In addition to local production of high-quality Ti alloy biomaterial castings, there is an advantage in commercialization by securing original manufacturing technology applicable to various biomaterials. It can be used to manufacture implants using Ti-based cast alloy and metal 3D printing, and has the advantage of being applicable to the field of bioabsorbable materials.
또한, 통상적인 단조 방법에 의해 제작되지 못하거나 유용하게 제작되지 못하는 복잡한 형태를 갖는 Ti 합금 주조품도 본 발명의 방법으로 제작될 수 있다.Additionally, Ti alloy castings with complex shapes that cannot be manufactured or usefully manufactured by conventional forging methods can also be manufactured by the method of the present invention.
도 1은 인공관절용 Ti 합금 주형의 제조 공정 개략도이다.
도 2는 발명의 제조 예의 금형으로 제작한 사출된 왁스의 형상이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에서 사용한 코팅제를 적용하여 제작된 주형의 형상이다: (a) 제1 코팅제의 코팅 후 형상, (b) 제2 코팅제의 코팅 후 형상.
도 4는 본 발명의 실시예 2에서 주조된 Ti 합금 인공관절 주조품이다.
도 5는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 인공관절용 Ti 합금 주조용 주형을 이용하여 주조된 Ti 합금의 인장강도 및 연신율을 나타낸 표이다.Figure 1 is a schematic diagram of the manufacturing process of a Ti alloy mold for artificial joints.
Figure 2 shows the shape of injected wax manufactured using a mold in a manufacturing example of the invention.
Figure 3 shows the shape of a mold manufactured by applying the coating agent used in Example 2 of the present invention: (a) the shape after coating the first coating agent, (b) the shape after coating the second coating agent.
Figure 4 shows a Ti alloy artificial joint casting product cast in Example 2 of the present invention.
Figure 5 is a table showing the tensile strength and elongation of Ti alloy cast using a mold for casting Ti alloy for artificial joints according to comparative examples and examples of the present invention.
본 출원에서 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 출원에서, "포함하다." 또는 "가지다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, “comprises.” Or “to have.” Terms such as are intended to indicate the presence of features, components, etc. described in the specification, but do not mean that one or more other features or components do not exist or cannot be added.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. No.
도 1은 인공관절용 Ti 합금 주형의 제조 공정을 나타낸 것이다. Figure 1 shows the manufacturing process of a Ti alloy mold for artificial joints.
본 발명에 따라 인공관절용 Ti 합금 주형의 제조 방법에서, In the method for manufacturing a Ti alloy mold for artificial joints according to the present invention,
왁스를 사출하는 단계;Injecting wax;
상기 사출된 왁스 모형에 제1 코팅제인 Calcia Stabilized Zirconia(CSZ)를 코팅하는 단계;Coating Calcia Stabilized Zirconia (CSZ), a first coating agent, on the injected wax model;
상기 제1 코팅제가 코팅된 주형에 제2 코팅제인 Alumina-Silica를 코팅하는 단계;Coating a second coating agent, Alumina-Silica, on the mold coated with the first coating agent;
상기 제2 코팅제가 코팅된 주형에서 왁스를 제거하는 단계;removing wax from the mold coated with the second coating agent;
상기 왁스가 제거된 주형을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. and drying the mold from which the wax has been removed.
상기 주형 제작을 위한 금형은 알루미늄으로 제작하며 알루미늄으로 제작한 이유로는 왁스 사출 시 사용이 용이하고 빠른 냉각이 필요하기 때문이다. 빠른 냉각이 안 될 경우 사출품에 대해서 치수가 쉽게 변경이 될 수 있다. The mold for manufacturing the mold is made of aluminum, and the reason it is made of aluminum is because it is easy to use when injecting wax and requires rapid cooling. If rapid cooling is not possible, the dimensions of the injection molded product may easily change.
상기 주형 제작을 위한 왁스는 filler 계열을 사용한다. 금형은 사출에 적합한 온도로 유지하여 작업을 수행하며, 금형의 온도가 낮을 경우 원하는 제품의 형상을 얻기 어렵거나, 수축량이 커서 제품의 치수가 변화한다. The wax for making the mold is of the filler series. The mold is maintained at a temperature suitable for injection to perform the work. If the mold temperature is low, it is difficult to obtain the desired product shape or the size of the product changes due to large shrinkage.
상기 인공 관절용 Ti 합금 주조에 적용되는 주형은 두 가지의 코팅제로 제작된다. 제1 코팅제는 용탕과의 직접적인 접촉이 이루어지므로 주형과 용탕과의 반응성이 낮은 재료를 선택하여야 한다. 본 발명에서는 용탕과의 반응성이 낮은 Calcia Stabilized Zirconia(CSZ)를 제1 코팅제로 사용하는 것을 특징으로 한다.The mold applied to the Ti alloy casting for artificial joints is made with two coatings. Since the first coating agent comes into direct contact with the molten metal, a material with low reactivity between the mold and the molten metal must be selected. The present invention is characterized by using Calcia Stabilized Zirconia (CSZ), which has low reactivity with molten metal, as the first coating agent.
제1 코팅 공정은 주형과 용탕과의 반응성을 고려하여 여러 번 반복 가능하나 경제성 등을 고려하여 바람직하게는 1 ~ 2회 코팅한다. The first coating process can be repeated several times considering the reactivity between the mold and the molten metal, but considering economic efficiency, etc., it is preferably coated once or twice.
또한, 제2 코팅제의 경우, 용탕과의 직접적인 접촉이 이루어지지 않으므로 제품 생산단가에 대한 경제적인 부분을 고려하여 Calcia Stabilized Zirconia (CSZ)와 같은 고가의 내화재를 사용하지 않고 일반적인 정밀주조에서 사용되고 있는 Alumina-Silica 계열의 코팅제를 적용한다. In addition, in the case of the second coating, since it does not come into direct contact with the molten metal, considering the economic aspect of product production cost, expensive refractory materials such as Calcia Stabilized Zirconia (CSZ) are not used, and Alumina, which is used in general investment casting, is not used. -Apply a silica-based coating agent.
제2 코팅 공정은 주형의 강도 향상을 위해 여러 번 반복 가능하나 바람직하게는 1 ~ 5회 코팅한다. The second coating process can be repeated several times to improve the strength of the mold, but is preferably coated 1 to 5 times.
상기 코팅 공정이 완료된 주형은 충분한 건조시간을 거친 후에 내부의 왁스를 녹여 내는 디왁싱 공정을 거친다. 왁스를 용해시키기 위해 외부에서 열을 가하면 왁스는 액상으로 변화되면서 부피가 팽창하게 된다. 이때 주형이 붕괴하거나 아주 심하면 크랙을 형성시키게 된다. 따라서 왁스를 제거하는 공정에서는 가열 조건과 더불어 고압의 가압 조건을 부여하여 주형을 제조한다.After completing the coating process, the mold undergoes a dewaxing process to melt the wax inside after sufficient drying time. When external heat is applied to dissolve the wax, the wax changes into a liquid state and expands in volume. At this time, the mold may collapse or, in extreme cases, cracks may form. Therefore, in the process of removing wax, a mold is manufactured by applying high pressure conditions in addition to heating conditions.
그 후, 상기 제작된 주형은 충분한 건조시간을 거친 후 내부에 잔류하고 있는 왁스 이물질 제거와 주형의 주형강도를 부여하기 위하여 1050±10℃에서 소성 공정을 진행한다. 디왁싱 직후 소성 작업을 바로 수행하게 되면 주형 표면부에 남겨진 수증기가 소성로의 고온에서 급격한 팽창을 하게 되어 주형에 크랙을 형성시키게 됨으로 주의하여 작업을 수행하여야 한다.Afterwards, the manufactured mold undergoes a sufficient drying time and then undergoes a firing process at 1050 ± 10°C to remove wax contaminants remaining inside and to provide mold strength to the mold. If firing work is performed immediately after dewaxing, the water vapor remaining on the mold surface rapidly expands at the high temperature of the firing furnace, forming cracks in the mold, so the work must be performed with caution.
또한, 제작된 주형은 주조 이전에 주형의 1050℃에서의 예열 단계를 포함할 수 있다. 예열 공정 없이 고온의 용탕을 주형에 주입하게 되면 주형이 안정적인 상변태를 일으키지 못하고 급격한 열에 의해 파손되는 문제를 일으키게 된다.Additionally, the manufactured mold may include a preheating step of the mold at 1050° C. prior to casting. If high-temperature molten metal is injected into a mold without a preheating process, the mold will not undergo a stable phase transformation and will be damaged by rapid heat.
나아가, 적정한 예열 조건을 갖지 못할 경우에는 주입된 용탕이 주형에 완전히 채워지기 전에 용탕의 응고가 발생하는 탕회 불량(Misrun)이 발생될 수 있다.Furthermore, if appropriate preheating conditions are not obtained, a misrun may occur in which solidification of the molten metal occurs before the injected molten metal is completely filled into the mold.
상기 Ti 합금은 알루미늄 및 철을 포함하는 Ti-Al-Fe 합금일 수 있으며, 진공 조건에서 원심 주조법으로 주조될 수 있다.The Ti alloy may be a Ti-Al-Fe alloy containing aluminum and iron, and may be cast by centrifugal casting under vacuum conditions.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인공관절용 Ti 합금 주조용 주형 제작 및 이를 이용한 주조 공정에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, the production of a mold for casting Ti alloy for artificial joints and the casting process using the same according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
[비교예 1][Comparative Example 1]
티타늄 합금이 주조를 위해 먼저 주형 제작에 있어서 왁스 사출을 위한 알루미늄 금형을 제작한다. 표 1은 비교예 및 실시예의 인공관절용 Ti 합금 주형의 제조를 위한 제작 공정 및 조건을 나타낸 것이다. 사출 성형은 filler 계열의 왁스를 사용하며 용해조에서 용해시킨 왁스는 보온조에서 표 1의 작업 조건으로 유지하여 사출 전까지 유지시켰다. 사출 작업은 전용 사출기를 통해 제작된 금형을 이용하여 사출하였다.For titanium alloy casting, an aluminum mold for wax injection is first manufactured in mold production. Table 1 shows the manufacturing process and conditions for manufacturing Ti alloy molds for artificial joints of comparative examples and examples. Injection molding uses filler-based wax, and the wax dissolved in the dissolution tank was maintained in a thermal bath under the working conditions shown in Table 1 until injection. The injection work was performed using a mold manufactured using a dedicated injection machine.
주입 후 왁스가 완전히 응고되면 금형을 분리하여 왁스 패턴을 금형으로부터 분리시켰다. 이러한 작업을 반복적으로 시행하여 원하는 수량만큼 사출 작업을 수행하였다. 실시예 1 및 2에서 제1 코팅제에 대응되는 제1 코팅제로 Alumina-Silica 계열의 Chamotte 소재의 내화재로 1번 코팅, 제2 코팅제도 Alumina-Silica 계열의 Chamotte 소재를 사용하여 3번 코팅하여 주형을 제작하였다. 표 2는 실시예에 사용된 주형재료를 나타낸 것이다. 제2 코팅 공정이 완료된 주형은 충분한 건조시간을 거친 후에 내부의 왁스를 녹여 내어 주입 전의 주형으로 제작된다. 비교예에서 수행한 디왁싱 공정의 작업 조건은 스팀을 사용하여 오토클레이브에 주입시키는 방식으로, 가열과 가압을 동시에 수행하여 주형 내부에 있는 왁스를 용해, 제거하였다. 디왁싱이 완료된 주형은 충분한 건조시간을 거친 후, 표 1의 소성 조건으로 소성 공정을 진행하였다. After injection, when the wax was completely solidified, the mold was separated and the wax pattern was separated from the mold. This operation was performed repeatedly to perform the injection operation to the desired quantity. In Examples 1 and 2, the first coating corresponding to the first coating agent was coated once with a refractory material made of an Alumina-Silica series Chamotte material, and the second coating agent was also coated three times using an Alumina-Silica series Chamotte material to form a mold. Produced. Table 2 shows the mold materials used in the examples. After completing the second coating process, the mold is manufactured into a mold before injection by melting the wax inside after sufficient drying time. The working conditions of the dewaxing process performed in the comparative example were to inject it into an autoclave using steam, and heating and pressurization were performed simultaneously to dissolve and remove the wax inside the mold. After completing the dewaxing, the mold underwent sufficient drying time and then underwent a firing process under the firing conditions shown in Table 1.
용해 작업을 위한 금속 시료는 Ti-5Al-25Fe의 합금성분으로 구성된 잉곳을 절단하여 사용하였으며 아세톤에 세척하여 절단과정에서 발생한 이물질과 유분을 제거하였다. 주형의 예열은 1050℃에서 90분간 예열을 실시하였다. 이후 Ti-Al-Fe 합금은 생체재료로 사용되므로 청정한 조건으로 주조하기 위해 진공에서 원심 주조법으로 실시하였다. The metal sample for melting work was cut from an ingot composed of alloy components of Ti-5Al-25Fe, and washed in acetone to remove foreign substances and oil generated during the cutting process. The mold was preheated at 1050°C for 90 minutes. Since Ti-Al-Fe alloy is used as a biomaterial, centrifugal casting was performed in vacuum to cast it under clean conditions.
잉곳의 완전한 용해 및 주조를 위해 1668 + 150~200℃에서 주조하기에 본 실시예에서는 1850℃에서 주조하였다. 주조가 완료되면 탈사 과정 및 Sand Blast을 거쳐 주형을 제거하여 주조품을 완성하였다. 이후 1100℃, 4시간 및 100 bar의 조건에서 열간 등압 성형법 (HIP, Hot Isostatic Press)을 적용하여 Ti 합금 인공관절을 제작하였다. For complete melting and casting of the ingot, it was casted at 1668 + 150~200°C, so in this example, it was casted at 1850°C. Once casting was completed, the mold was removed through a desilting process and sand blast to complete the casting. Afterwards, a Ti alloy artificial joint was manufactured by applying hot isostatic pressing (HIP) under the conditions of 1100°C, 4 hours, and 100 bar.
[실시예 1][Example 1]
상기 비교예 1에서 제1 코팅제를 Calcia Stabilized Zirconia(CSZ)을 적용한 것을 제외하고는 동일하게 수행하여 인공관절용 Ti 합금 주조품을 제작하였다.A Ti alloy casting for an artificial joint was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that Calcia Stabilized Zirconia (CSZ) was applied as the first coating agent.
[실시예 2][Example 2]
상기 실시예 1에서 제1 코팅제를 2번 코팅을 한 것을 제외하고는 동일하게 수행하여 인공관절용 Ti 합금 주조품을 제작하였다.A Ti alloy casting for an artificial joint was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the first coating agent was coated twice.
(CSZ)Zirconia
(CSZ)
(CSZ)Zirconia
(CSZ)
각 시험편의 파단강도 및 연신율을 측정한 결과, 비교예 1의 경우 파단강도 745 N/mm2, 연신율 11%, 실시예 1의 경우 파단강도 870 N/mm2, 연신율 7%, 실시예 2의 경우 파단강도 910 N/mm2, 연신율 3%의 측정값을 보이며, 제1 및 제2 코팅제를 모두 Chamotte로 사용한 비교예에 비해, 제1 코팅제를 Calcia Stabilized Zirconia(CSZ)를 사용한 경우 티타늄 합금 주조 시에 알파케이스 형성이 제어됨에 따라 취성이 저하되어 파단강도가 증가하였으며, 제1 코팅제의 코팅 횟수가 증가할수록 주형과 용탕의 반응성이 감소하여 강도는 증하고 연신율을 감소한 것을 알 수 있다. As a result of measuring the breaking strength and elongation of each test piece, in Comparative Example 1, the breaking strength was 745 N/mm 2 and the elongation was 11%, and in Example 1, the breaking strength was 870 N/mm 2 and the elongation was 7%. In this case, measured values of breaking strength of 910 N/mm 2 and elongation of 3% were shown. Compared to the comparative example in which both the first and second coating agents were Chamotte, when Calcia Stabilized Zirconia (CSZ) was used as the first coating agent, titanium alloy casting was performed. As the formation of the alpha case was controlled, the brittleness decreased and the breaking strength increased. As the number of coatings of the first coating agent increased, the reactivity between the mold and the molten metal decreased, thereby increasing strength and decreasing elongation.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 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 indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts are interpreted to be included in the scope of the present invention. It has to be.
Claims (10)
상기 사출된 왁스 모형에 제1 코팅제인 Calcia Stabilized Zirconia(CSZ)를 코팅하는 단계;
상기 제1 코팅제가 코팅된 주형에 제2 코팅제인 Alumina-Silica를 코팅하는 단계;
상기 제2 코팅제가 코팅된 주형에서 왁스를 제거하는 단계;
상기 왁스가 제거된 주형을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 인공관절용 Ti 합금 주형의 제조 방법.Injecting wax;
Coating Calcia Stabilized Zirconia (CSZ), a first coating agent, on the injected wax model;
Coating a second coating agent, Alumina-Silica, on the mold coated with the first coating agent;
removing wax from the mold coated with the second coating agent;
A method of manufacturing a Ti alloy mold for an artificial joint, comprising the step of drying the mold from which the wax has been removed.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020220095572A KR20240017636A (en) | 2022-08-01 | 2022-08-01 | Artificial joint, mold agent for casting Ti alloy for artificial joint, mold for casting Ti alloy for artificial joint using, and manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020220095572A KR20240017636A (en) | 2022-08-01 | 2022-08-01 | Artificial joint, mold agent for casting Ti alloy for artificial joint, mold for casting Ti alloy for artificial joint using, and manufacturing method |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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2022
- 2022-08-01 KR KR1020220095572A patent/KR20240017636A/en unknown
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