Surface characteristics of nanotube-formed Ti-Ta-Ag-Pt alloys for dental implants

본 연구에서는 나노튜브로 형성된 치과 임플란트용 Ti-Ta-Ag-Pt 합금의 표면 특성을 조사하였다. 이를 위하여 Ti-xTa-2Ag-2Pt합은 Ta 함량을 10, 30 및 50 wt%로 변화하여 진공 아크 용해로를 사용하여 제조한 다음, 1050 ℃에서 1시간 동안 열처리한 후 균질화처리하였다. Ti-xTa-2Ag-2Pt(x = 10-50 wt%) 합금의 나노튜브 형성은 1.0 M H3PO4 + 0.8 wt% NaF 전해액에서 30 V의 DC 전원을 사용하여 수행하였다. 광학 현미경(OM), 전계 방출 주사 전자 현미경(FE-SEM), 에너지 분산형 X선 분광법(EDS), X-선 회절법(XRD), 젖음성 및 나노 압입 시험을 통하여 표면특성을 조사하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. Ti-xTa 합금의 미세조직은 α""상(Widmanstätten 구조)과 β상 등축 구조로 구성되었으며 α상의 XRD 피크는 Ta 함량이 증가함에 따라 낮아지고 β상의 XRD 피크는 증가하였다. Ti-30Ta-2Ag-2Pt 합금의 탄성계수는 다른 합금보다 낮게 나타났다. Ti-10Ta-2Ag-2Pt 및 Ti-30Ta-2Ag-2Pt 합금에서 규칙화된 나노튜브의 배열을 보였다. Ti-50Ta-2Ag-2Pt 합금에서 나노 입자가 발견되었으며 Ta 함량이 증가함에 따라 크고 작은 나노튜브의 직경이 각각 증가 및 감소하였다. 나노튜브는 바늘과 같은 구조를 갖는 Widmanstätten상에서 성장하지 않았고 또한 결정립계에서도 나노튜브가 형성되지 않았다. TiO2의 아나타제상은 Ti-30Ta-2Ag-2Pt 합금에서 나타났고 Ti-50Ta-2Ag-2Pt 합금에서 사라졌다. 나노튜브로 형성된 Ti-30Ta-2Ag-2Pt 합금의 접촉각은 다른 합금보다 작게 나타났다.

In this study, the surface characteristics of nanotube-formed Ti-Ta-Ag-Pt alloys for dental implants were studied using various experimental instruments. The Ti-xTa-2Ag-2Pt quaternary alloys were manufactured using a vacuum arc-melting furnace with varying Ta contents (10, 30, and 50 wt%) and then homogenized by heat treatment at 1050 ℃ for 1 h. The nanotube formation of Ti-xTa-2Ag-2Pt (x = 10–50 wt%) alloy was performed using a DC power source of 30 V in 1.0 M H₃PO₄ + 0.8 wt% NaF electrolyte solution. The surface characterization was performed using optical microscopy (OM), field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), and wettability and nano-indentation tests. The microstructure of the Ti-xTa alloy was composed of an α""-phase (Widmanstätten structure) and a β-phase equiaxed structure. The XRD peak of the α phase became weaker and that of the β phase became stronger with increasing Ta content. The elastic modulus of Ti-30Ta-2Ag-2Pt alloy was lower than those of the other alloys. The highly ordered nanotubes were formed in the Ti-10Ta-2Ag-2Pt and Ti-30Ta-2Ag-2Pt alloys; nanoparticles were found in the Ti-50Ta-2Ag-2Pt alloy. The diameters of the large and small nanotubes increased and decreased, respectively, with increasing Ta content. Nanotubes did not grow in a needle-like structure (Widmanstätten), and nanotubes are not formed at the grain boundaries and edges. The anatase phase of TiO₂ was detected in Ti-30Ta-2Ag-2Pt alloy and disappeared in Ti-50Ta-2Ag-2Pt alloy. The contact angle of the nanotube-formed Ti-30Ta-2Ag-2Pt alloy was lower than those of the other alloys.

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