열질화에 의한 티타늄 및 Ti-6Al-4V 합금의 표면처리
SURFACE TREATMENT OF THE PURE TITANIUM ANO TI-6AL-4V ALLOY BY THERMAL NITRIDING
이민호,
소속 상세정보
이민호 ( ) - 광양전문대학 제철금속과
KMID : 0362219970240020335
Abstract
서론
티타늄은 우수한 화학적·물리적 특성과 기계적 성질 때문에 해수용 내식재, 의용재료, 자
동차와 항공기의 구조재 등으로 사용하고 있으며, 열악한 환경에서는 용도에 따라 그의 표
면특성을 개선하기 위해 다양한 표면처리가 행하여지고 있다.
생체는 고농도의 염소이온을 포함하는 부식성 환경이고, 또한 효소나 단백질이 금속재료
의 부식을 촉진하므로, 생체재료로 사용되는 금속재료는 내식성이 강한 합금이 요구되며, 치
과용 금합금을 제외하면 대부분 오스테나이트계 스테인레스 강, 코발트-크롬계 합금, 탄탈,
지르코니아, 티타늄 및 그의 합금 등으로 한정된다.
금속재료의 생체에 대한 안정성에 대해서는 많은 연구가 이루어져 왔으며, 안정성 평가를
위해 몇가지 방법이 제시되고 있다. 티타늄은 내식성이 우수하고 골과의 결합특성이 뛰어나
지만, 부식으로 인해 티타늄 이온의 용출이 일어날 경우 혈전을 형성하는 것으로 알려져 있
다. 티타늄의 합금으로 널리 이용되는 Ti-6Al-4V 합금에서는 바나듐의 독성이 문제시 되지
만,합금의 표면이 알루미늄을 소량 함유하는 TiO2의 산화피막으로 뒤덮여 있
고 바나듐은 검출되지 않는다. Ti-6Al-4V합금을 황산수용액 중에서 양극산화 처리한 경우
에도 부동태 피막에서 바나듐이 검출되지 않으므로 바나듐에 대한 독성은 문제시 되지 않으
며, 이것은 바나듐의 산화를 위한 자유에너지가 티타늄이나 알루미늄보다 높기 때문이라고
언급되고 있다.
#초록#
This study was performed to evaluate the effect of the thermal nitriding treatment on
the surface modification of pure titanium and Ti-6Al-4V alloy. Thermal nitriding
treatment was made using the ammonia gas at 850℃ for 2 hours. The treated surfaces
were examined to confirm the crystal structures and thickness of nitriding layer, and
measured the Vickers hardness and solubility in 0.9% NaCl, 5%
H3PO4, and 5% HCI solution to evaluate the effect on the
changes of surface properties. δ-TiN and ε-Ti2N crystals were exmined
in the nitrided surfaces, but the major crystalline phase was δ-TiN. The thickness of
nitriding layer was about 1.3∼1.4㎛, and the nitriding layer was formed uniformly along
the grain boundary The surface hardness increased because of the formation of TiN
layer, and the solubility of Ti and Ti-6Al-4V alloy in electrolyte solutions decreased,
particularly TiN layer showed the excellent protection in hydrochloric acid..
키워드
Thermal nitriding trsatment; Vickers hardness; Corrosion resistance;
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