티타늄 지대주와 비귀금속 합금사이의 갈바닉 부식에 의한 표면 거칠기 변화 평가 Surface roughness changes caused by the galvanic corrosion between a titanium abutment and base metal alloy원문보기
연구 목적: 이 연구의 목적은 티타늄 지대주와 비귀금속 보철물이 접촉한 경우를 가정하여 이종 금속간 접촉에 의한 갈바닉 부식으로 인해 발생하는 표면 거칠기 변화를 비교, 평가하고자 하였다. 연구 재료 및 방법: 성분과 조성이 다른 3종의 Ni-Cr합금 (T3, Bella bond plus, Tilite)과 cp 티타늄 Grade 2를 이용하여 $13{\times}13{\times}1.5\;mm$의 크기로 시편을 각 군당 6개씩 제작하였다. 연마과정 후 절연 테이프로 직경 6 mm만을 노출시켜 potentiostat (Parastat 2273A)를 이용하여 동전위 분극 시험과 갈바닉 부식 시험을 시행하였으며, 표면 거칠기 측정기(Surftester SV-3000)를 이용하여 부식 전 후 거칠기를 평가하였다. 측정값을 paired t-test와 One-way ANOVA로 분석하였다. 결과: 티타늄과 접촉한 모든 Ni-Cr 시편의 표면 거칠기는 통계적으로 유의하게 증가하였다. 증가량은 베릴륨을 포함한 T3합금 ($0.016{\pm}.007\;{\mu}m$)이 가장 컸으며, 베릴륨을 포함하지 않은 Bella bond plus ($0.012{\pm}.003\;{\mu}m$), 티타늄을 첨가한 Tilite ($0.012{\pm}.002\;{\mu}m$)는 큰 차이를 보이지 않았다. 금속 종류에 따른 거칠기 증가는 유의한 차이를 보이지 않았다. 결론: 티타늄과 접촉한 비귀금속 합금은 갈바닉 부식에 의해 표면 거칠기가 증가하였다.
연구 목적: 이 연구의 목적은 티타늄 지대주와 비귀금속 보철물이 접촉한 경우를 가정하여 이종 금속간 접촉에 의한 갈바닉 부식으로 인해 발생하는 표면 거칠기 변화를 비교, 평가하고자 하였다. 연구 재료 및 방법: 성분과 조성이 다른 3종의 Ni-Cr합금 (T3, Bella bond plus, Tilite)과 cp 티타늄 Grade 2를 이용하여 $13{\times}13{\times}1.5\;mm$의 크기로 시편을 각 군당 6개씩 제작하였다. 연마과정 후 절연 테이프로 직경 6 mm만을 노출시켜 potentiostat (Parastat 2273A)를 이용하여 동전위 분극 시험과 갈바닉 부식 시험을 시행하였으며, 표면 거칠기 측정기(Surftester SV-3000)를 이용하여 부식 전 후 거칠기를 평가하였다. 측정값을 paired t-test와 One-way ANOVA로 분석하였다. 결과: 티타늄과 접촉한 모든 Ni-Cr 시편의 표면 거칠기는 통계적으로 유의하게 증가하였다. 증가량은 베릴륨을 포함한 T3합금 ($0.016{\pm}.007\;{\mu}m$)이 가장 컸으며, 베릴륨을 포함하지 않은 Bella bond plus ($0.012{\pm}.003\;{\mu}m$), 티타늄을 첨가한 Tilite ($0.012{\pm}.002\;{\mu}m$)는 큰 차이를 보이지 않았다. 금속 종류에 따른 거칠기 증가는 유의한 차이를 보이지 않았다. 결론: 티타늄과 접촉한 비귀금속 합금은 갈바닉 부식에 의해 표면 거칠기가 증가하였다.
Purpose: The purpose of this study was to evaluate the level of electro-chemical corrosion and surface roughness change for the cases of Ti abutment connected to restoration made of base metal alloys. Materials and methods: It was hypothesized that Ni-Cr alloys in different compositions possess diff...
Purpose: The purpose of this study was to evaluate the level of electro-chemical corrosion and surface roughness change for the cases of Ti abutment connected to restoration made of base metal alloys. Materials and methods: It was hypothesized that Ni-Cr alloys in different compositions possess different corrosion resistances, and thus the specimens ($13{\times}13{\times}1.5\;mm$) in this study were fabricated with 3 different types of metal alloys, commonly used for metal ceramic restorations. The electrochemical characteristics were evaluated with potentiostat (Parstat 2273A) and the level of surface roughness change was observed with surface roughness tester. Paired t-test was used to compare mean average surface roughness (Ra) changes of each specimen group. Results: All specimens made of nickel-chromium based alloys, average surface roughness was increased significantly (P < .05). Among them, the Ni-Cr-Be alloy ($0.016{\pm}.007\;{\mu}m$) had the largest change of roughness followed by Ni-Cr ($0.012{\pm}.003\;{\mu}m$) and Ni-Cr-Ti ($0.012{\pm}.002\;{\mu}m$) alloy. There was no significant changes in surface roughness between each metal alloys after corrosion. Conclusion: In the case of galvanic couples of Ti in contact with all specimens made of nickel-chromium based alloys, average surface roughness was increased.
Purpose: The purpose of this study was to evaluate the level of electro-chemical corrosion and surface roughness change for the cases of Ti abutment connected to restoration made of base metal alloys. Materials and methods: It was hypothesized that Ni-Cr alloys in different compositions possess different corrosion resistances, and thus the specimens ($13{\times}13{\times}1.5\;mm$) in this study were fabricated with 3 different types of metal alloys, commonly used for metal ceramic restorations. The electrochemical characteristics were evaluated with potentiostat (Parstat 2273A) and the level of surface roughness change was observed with surface roughness tester. Paired t-test was used to compare mean average surface roughness (Ra) changes of each specimen group. Results: All specimens made of nickel-chromium based alloys, average surface roughness was increased significantly (P < .05). Among them, the Ni-Cr-Be alloy ($0.016{\pm}.007\;{\mu}m$) had the largest change of roughness followed by Ni-Cr ($0.012{\pm}.003\;{\mu}m$) and Ni-Cr-Ti ($0.012{\pm}.002\;{\mu}m$) alloy. There was no significant changes in surface roughness between each metal alloys after corrosion. Conclusion: In the case of galvanic couples of Ti in contact with all specimens made of nickel-chromium based alloys, average surface roughness was increased.
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문제 정의
본 연구에서는 성분과 조성이 다른 3종류의 Ni-Cr 합금을 대상으로 티타늄 지대주와 접촉해 발생할 수 있는 갈바닉 부식에 따른 표면 특성 및 거칠기 변화를 평가하여, 다음과 같은 결론을 얻었다.
이에 본 연구는 티타늄 지대주에 비귀금속 합금으로 상부 보철물을 제작한 경우를 가정하여, 성분과 조성이 다른 3종의 Ni-Cr 합금을 이용하여 금속 간 접촉에 의한 전기화학적 부식으로 인해 발생하는 미세구조, 표면 거칠기의 변화를 관찰하여 부식으로 인한 표면 특성 변화를 평가하고자 하였다.
제안 방법
10% H2SO4 부식액으로 상온에서 30분간 부식시킨 뒤 광학현미경으로 금속의 미세조직을 관찰하였다. N군은 NB, NT군과 달리 조밀한 금속 결정상을 보이고 있으며, 모든 시편에서 부식 전・후에 금속 결정상의 경계가 보다 명확해진 것을 볼 수 있었다(Fig.
90 mm 마크로 렌즈 (Tamron 90 mm 1 : 2.8 Macro .55)를 장착한 Nikon D80 (Nikon, Japan)을 이용하여 표면 양상을 관찰하고, 보다 자세한 금속의 미세조직 관찰을 위해 시편을 10% H2SO4에 30분간 부식한 뒤, 광학현미경 (316398, Nikon, Japan)을 이용하였다.
갈바닉 부식 전·후 표면 변화를 관찰하기 위해, 각 군에 속하는 시편을 1개씩 무작위로 선정하여 주사전자현미경 (JSM-6400, JEOL Ltd., Tokyo, Japan)을 이용하였다.
금속 시편을 제작하기 위해 13×13×1.5 mm 크기로 베이스플 레이트왁스 (Daedong industry, Daegu, Korea) 패턴을 제작하였다.
, Tokyo, Japan)을 이용하였다. 동시에 전자주사현미경에 부착된 EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy)를 이용하여 시편 표면의 성분을 분석하였다.
모든 금속 시편에 대해 Tungsten carbide bur (HP194GH50, Bredent, Senden, Germany), Stone point (Dura-Green stones, Shofu, Koyto, Japan), Polishing wheel (Polisoft, Renfert, Hilzingen, Germany), silicone point (Greenie HP PC025, Shofu, Kyoto, Japan)을 이용하여 20,000 rpm 하에서 순차적으로 마무리를 시행하였다. 이후 동일한 표면 거칠기를 얻기 위해, 주수 하에 #800 - 1500 크기의 연마지를 이용하여 연마를 시행하고 15분간 초음파 세척하였다.
모든 연마과정 후 표면 거칠기 측정기 (Surftest SV-3000, Mitutoyo, Tokyo, Japan)를 이용하여 표면 거칠기를 각 시편당 3회씩 측정하였다. 측정길이 0.
1 mm/s로 하여 Ra (average roughness)값을 측정하였다. 부식 시험 후 모든 금속 시편을 동일한 조건으로 표면 거칠기를 측정하였다(Fig. 2).
분극시험과 동일한 방법으로 시편을 준비하고 티타늄과 대응하는 시편을 1,000 ml 전해액에 약 3 cm의 거리를 두고 위치시켰다. 음극에 cp Ti, 양극에 시편을 연결하고 1시간 동안 유지하였으며, 이때 발생하는 갈바닉 전류를 정전위장치로 측정 하였다.
모든 금속 시편에 대해 Tungsten carbide bur (HP194GH50, Bredent, Senden, Germany), Stone point (Dura-Green stones, Shofu, Koyto, Japan), Polishing wheel (Polisoft, Renfert, Hilzingen, Germany), silicone point (Greenie HP PC025, Shofu, Kyoto, Japan)을 이용하여 20,000 rpm 하에서 순차적으로 마무리를 시행하였다. 이후 동일한 표면 거칠기를 얻기 위해, 주수 하에 #800 - 1500 크기의 연마지를 이용하여 연마를 시행하고 15분간 초음파 세척하였다.
28 cm2)만을 노출시켜 동일한 표면적을 얻었으며 1,000 ml 용량의 용기에 전해액 700 ml를 넣고 정전위장치 (Parastat 2273, AMTEK, Oak Ridge, USA)에 연결하였다. 포화 칼로멜전극 (saturated calomel electrode: SCE)을 참조전극 (reference electrode), 백금을 보조전극 (counter electrode)으로 하여 시편과의 거리를 약 1 mm로 조절하였다.12,13 매시편마다 전해액을 교환하였다.
대상 데이터
인산염계 매몰제 (CB-30, Ticonium, Albany, USA)로 매몰한 후 통상적인 lost-wax법을 이용하여 주조하였다. Cp Ti 합금 시편은 비귀금속 시편과 동일한 크기로 절단하여 제작하였고, 각 군당 6개씩 총 24개의 시편을 제작하였다(Fig. 1).
본 실험에 사용된 Ni-Cr계 비귀금속 합금은 T3 (Ticonium, NY, USA), Bella bond plus (Bego, Bremen, Germany), Tilite (Talladium, Vallencia, USA)을 사용하였고, 지대주로 사용되는 티타늄 합금은 cp Ti grade 2 (Hyundai titanium, Incheon, Korea)를 사용하였다. 각 금속의 조성은 Table 1에 표시하였다.
데이터처리
One-way ANOVA를 이용하여 분석한 금속 종류에 따른 거칠기 변화는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(P > .05).
실험에서 각 단계에 3회씩 측정된 표면 거칠기 값의 평균을 이용하였고, 각 군의 유의성을 검증하기 위해 SPSS 통계 프로그램 (SPSS 18.0 for Windows, SPSS Inc., Illinois, USA)을 이용하여 paired t-test를 시행하였고, 사후 검증법으로 Scheffe, Dunnett’s T3 다중 검증법을 이용하였다.
이론/모형
ISO 10271:2001 (E) 치과용 금속 부식 시험기준 11 에 따라 전해액을 준비하였다. 전해액의 조성은 Table 2에 표시되어 있으며, 실험 동안 전해액의 온도는 실온으로 유지하였다.
5 mm 크기로 베이스플 레이트왁스 (Daedong industry, Daegu, Korea) 패턴을 제작하였다. 인산염계 매몰제 (CB-30, Ticonium, Albany, USA)로 매몰한 후 통상적인 lost-wax법을 이용하여 주조하였다. Cp Ti 합금 시편은 비귀금속 시편과 동일한 크기로 절단하여 제작하였고, 각 군당 6개씩 총 24개의 시편을 제작하였다(Fig.
성능/효과
1. 모든 Ni-Cr 합금과 티타늄 합금의 접촉으로 인한 갈바닉 부식에 의해 모든 시편의 표면 거칠기는 유의하게 증가하였다 (P < .05).
16 EDX 분석에서 Ti은 제조사에 의해 표시된 4%와는 달리 0.47%밖에 검출되지 않았으며, 나머지는 표면에 부동 태피막을 형성하여 내식성을 향상 시켰을 것으로 생각된다. Ni, Cr 함량이 유사한 NB군과 비교해보면 Ti의 첨가로 인해 합금의 내식성이 향상되었다고 생각할 수 있다.
2. 부식 후 Ni-Cr-Be 합금의 거칠기가 가장 많이 증가하였고, Be을 포함하지 않은 합금과 Ti을 첨가한 합금의 거칠기 증가량은 비슷하였다.
3. 금속 종류에 따른 부식으로 인한 표면 거칠기 변화는 통계 적으로 유의한 차이를 보이지 않았다 (P > .05).
EDX를 이용한 표면성분 분석 결과, NB, N군에서는 성분, 함량에 있어 제조사에서 제시한 성분과 큰 차이를 보이지 않으며, NT군에서는 Ti의 함량에서 표시된 4%보다 적은 0.47%만이 검출 되었다(Fig. 6, Table 4).
부식액으로 상온에서 30분간 부식시킨 뒤 광학현미경으로 금속의 미세조직을 관찰하였다. N군은 NB, NT군과 달리 조밀한 금속 결정상을 보이고 있으며, 모든 시편에서 부식 전・후에 금속 결정상의 경계가 보다 명확해진 것을 볼 수 있었다(Fig. 4).
그러나 전체적으로 볼 때, 이종금속간 발생하는 갈바닉 전류에 의해 금속 표면의 거칠기가 증가하였고 이는 플라그의 침착을 증가시켜 임플란트 주위 조직에 염증을 유발시킬 수 있다고 생각된다. 임상적 상황에 적용시 장기간에 걸쳐 부식이 진행된다면 거칠기가 더 증가할 수 있을 것으로 생각되며, 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
2 μm를 넘지 않아야 한다고 하였다. 모든 비귀금속 합금의 부식 전・후 거칠기는 통계적으로 유의하게 증가하였고, cp Ti, Ni-Cr-Be, Ni-Cr, Ni-Cr-Ti합금의 순서로 거칠기 변화가 크게 나타났다. 주로 지대주에 사용되는 티타늄의 거칠기 변화보다 상부 보철에 사용되는 Ni-Cr합금의 거칠기 증가가 임상적으로 더 중요한 의미를 가진다.
부식 전 Ni-Cr 합금의 거칠기는 유사한 정도를 보이고 있으며, 티타늄을 포함한 모든 시편에서 부식에 의해 표면 거칠기가 증가하였다. 부식 전・후 거칠기는 세 군 모두 통계적으로 유의한 차이를 보였으며, 증가량은 N군이 제일 컸으며, NB, NT군은 동일한 정도를 나타내었다 (Table 6).
연구에 사용된 Ni-Cr합금은 성분, 조성에 따라 미세조직구조가 다르게 나타나고, 모든 그룹의 합금에서 부식 후에 보다 분명해진 미세구조간 경계가 관찰되었다. 부식 전 미세조직 관찰을 위해 산부식 시킨 시편과 유사한 양상을 보이며, 이는 부식에 따라 내식성이 약한 표면이 식각되면서 미세구조가 더욱 두드러지게 나타나기 때문으로 생각된다.
표면을 전자주사현미경으로 관찰한 결과 표면으로 광학현미경 소견과 유사하게 부식 전・후 결정상의 경계가 명확해졌다(Fig. 5).
주로 지대주에 사용되는 티타늄의 거칠기 변화보다 상부 보철에 사용되는 Ni-Cr합금의 거칠기 증가가 임상적으로 더 중요한 의미를 가진다. 합금의 성분에 따른 거칠기는 통계적으로 유의하지 않으나, Be이 포함되지 않은 합금이 포함된 합금에 비해 변화량이 적었으며, 티타늄을 첨가한 합금은 첨가하지 않은 합금과 큰 차이가 없었다. 앞서 기술한바와 같이 세 군 모두 거칠기가 임상적 의미를 가진 0.
후속연구
본 연구에서는 타액, 미생물 요소 등의 구강내 환경이 완전히 조성되지 못하였고, 지대주와 보철물 간 합착제의 존재, 장기간 부식에 의한 표면 거칠기 평가가 이루어지지 않았다는 점에서 한계를 가진다.
앞서 기술한바와 같이 세 군 모두 거칠기가 임상적 의미를 가진 0.2 μm 보다 낮았으나, 부식 후 거칠기가 증가하는 경향이 나타나는 것으로 보아 장기간에 걸친 부식에 의한 거칠기 평가가 필요할 것으로 생각된다.
그러나 전체적으로 볼 때, 이종금속간 발생하는 갈바닉 전류에 의해 금속 표면의 거칠기가 증가하였고 이는 플라그의 침착을 증가시켜 임플란트 주위 조직에 염증을 유발시킬 수 있다고 생각된다. 임상적 상황에 적용시 장기간에 걸쳐 부식이 진행된다면 거칠기가 더 증가할 수 있을 것으로 생각되며, 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
갈바닉 부식은 언제 발생하는가?
갈바닉 부식 (galvanic corrosion)은 이종금속간 접촉으로 인해 발생하는 전기화학적인 과정으로, 전위가 다른 금속이 접촉하여 전해질에 의해 연결되었을 때 발생한다. 전위차가 클수록 더 빨리, 많이 발생하며, 점액성 피막으로 덮여있거나, 온도가 높고 습한 경우 가속화 될 수 있다.
티타늄의 어떤 특징이 임플란트 매식체로써 임상에 사용될 때 불리하게 작용하는가?
티타늄은 표면의 산화피막층에 의한 뛰어난 내식성 (corrosion resistance)과 생체적합성 때문에 임플란트 매식체에 주로 사용된다. 그러나 높은 산소 친화성으로 인한 불량한 주조성이 임상과정에는 불리하게 작용할 수 있다.
임플란트에 있어서 갈바닉 전류가 중요한 의미가 있는 이유는 무엇인가?
이런 갈바닉 전류는 임플란트 주위 골파괴, 주위조직의 완충능 감소,2 부식으로 인한 수복물 약화,3 이온 용출에 의한 생리적 부작용 발생 가능성이 있다는 측면에서 매우 중요한 의미를 갖는다. Schmalz 등4 은 치과용 주조합금의 부식에 의한 이온 용출로 치은 부종, 발적, 알러지 등의 부작용이 발생할 수 있다고 하였으며, Wylie 등5 은 부식에 의한 섬유모세포 증식 감소를 보고하였다.
참고문헌 (16)
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