[논문]치과주조용 Ni-Cr합금 소결체의 표면특성

김현주; 김은실; 김성환; 조채익; 박근형; 최한철

치과주조용 Ni-Cr합금 소결체의 표면특성
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김현주 (조선대학교 치과대학 치과재료학교실) , 김은실 (조선대학교 치과대학 치과재료학교실) , 김성환 (조선대학교 치과대학 치과재료학교실) , 조채익 (조선대학교 치과대학 치과재료학교실) , 박근형 (미치과기공소) , 최한철 (조선대학교 치과대학 치과재료학교실)

본 연구에서는 치과용 주조합금의 개발을 위하여 Ni-Cr 및 Ni-Cr-Ti합금을 소결체를 제조하고 그 표면특성을 조사하였다. 결정조직은 Ti가 참가되면 결정립이 미세화되는 경향을 나타내었으며 Ti가 첨가되면 결정구조가 다르게 나타났다. Ti함량이 증가할수록 경도 값은 증가하였으며 Ti가 10wt% 첨가되었을 때 가장 높은 값을 보였다. 또한 압분체 < 소결체 < 벌크상태로 증가하는 경향을 보였다. 부식실험 결과 내식성은 Ti 함량이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였으며 벌크상태의 시편이 가장 좋은 내식성을 보였다.

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문제 정의

이를 위하여 현재 판매중인 Ti-Ni-Cr-Mo합금, Ni-16Cr합금, 및 Co-Cr합금보다 우수한 잇몸친화성과 도재 수복이 용이하여 작업성 및 부착성이 좋고, 가볍고 저렴한 Ti-Cr-Ni합금의 소결체 개발이 필요하게 되었다. 따라서 본 연구에서는 이를 개선하기위하여 Ni-Cr 및 Ni-Cr-Ti합금을 소결체를 제조하고 그 표면특성을 조사하였다.

제안 방법

Ni-Cr-Ti 합금의 시편을 2000 grit의 SiC 연마지까지 단계적으로 습식 연마하고 표면 거칠기가 없어질 때까지 최종적으로 0.3μm 알루미나 분말로 마무리 하고 초음파 세척한 후 x400 배율로 0.3kg의 하중을 주어 표면경도를 측정하였다.
잉곳 및 소결체에 행한 열처리조건은 소결온도에서 수냉하여 용체화처리하였다. 또 이 두 종류의 시편에 대해 결정구조는 XRD로 조사하였고 EDS분석 및 SEM을 통하여 다른 석출물이 존재하는지 확인하였다. Ni-Cr-Ti 합금의 시편을 2000 grit의 SiC 연마지까지 단계적으로 습식 연마하고 표면 거칠기가 없어질 때까지 최종적으로 0.
9%NaCl용액에서 양극동전위 방법으로 표면부식거동은 조사하였다. 이때 인가전위는 -1500mV에서 1000mV까지 1.67mV / min의 주사속도로 인가하여 시험을 수행하였으며 분극곡선으로부터 부식전위와 부식전류밀도 및 부동태영역의 전류밀도로 부터 금속표면의 용출거동을 조사하였다. 부식이 끝난 시편은 부식표면은 FE-SEM을 사용하여 조사하였다.
의 속도로 1100℃까지 가열하여 30분 동안 소결한 후 수냉하였다. 잉곳 및 소결체에 행한 열처리조건은 소결온도에서 수냉하여 용체화처리하였다. 또 이 두 종류의 시편에 대해 결정구조는 XRD로 조사하였고 EDS분석 및 SEM을 통하여 다른 석출물이 존재하는지 확인하였다.
총 10회에 걸쳐서 측정하여, 최대값과 최소값을 제외한 그 평균 값으로 경도 값을 나타내었다. 잉곳 및 소결체의 전기화학적인 특성에 미치는 합금원소 및 열처리의 영향을 조사하기 위하여 정전위차계(Model PARSTAT 2273, EG&G, USA)를 이용하여 36.5±1℃ 의 0.9%NaCl용액에서 양극동전위 방법으로 표면부식거동은 조사하였다. 이때 인가전위는 -1500mV에서 1000mV까지 1.
3kg의 하중을 주어 표면경도를 측정하였다. 총 10회에 걸쳐서 측정하여, 최대값과 최소값을 제외한 그 평균 값으로 경도 값을 나타내었다. 잉곳 및 소결체의 전기화학적인 특성에 미치는 합금원소 및 열처리의 영향을 조사하기 위하여 정전위차계(Model PARSTAT 2273, EG&G, USA)를 이용하여 36.
합금의 설계는 Ni-13Cr에 1~10Ti 합금원소의 조성을 Cr 13 wt%, Ti (1~10 wt%)로 칭량하여 제조하였다. 합금의 분말은 물분사법으로 제조된 규칙형 분말을 사용하여 분말혼합기를 이용하여 균일하게 혼합하였으며 혼합분말을 직경이 10mm이고 높이가 40mm인 성형다이를 사용하여 각각 성형밀도가 6.8g/cm²가 되도록 4.8~5.3 bar의 압력으로 disk형의 제품을 성형하고 Ar가스 분위기에서 40℃/min.의 속도로 1100℃까지 가열하여 30분 동안 소결한 후 수냉하였다.

대상 데이터

합금의 설계는 Ni-13Cr에 1~10Ti 합금원소의 조성을 Cr 13 wt%, Ti (1~10 wt%)로 칭량하여 제조하였다. 합금의 분말은 물분사법으로 제조된 규칙형 분말을 사용하여 분말혼합기를 이용하여 균일하게 혼합하였으며 혼합분말을 직경이 10mm이고 높이가 40mm인 성형다이를 사용하여 각각 성형밀도가 6.

이론/모형

67mV / min의 주사속도로 인가하여 시험을 수행하였으며 분극곡선으로부터 부식전위와 부식전류밀도 및 부동태영역의 전류밀도로 부터 금속표면의 용출거동을 조사하였다. 부식이 끝난 시편은 부식표면은 FE-SEM을 사용하여 조사하였다.

성능/효과

결정조직은 Ti가 참가되면 결정립이 미세화되는 경향을 나타내었으며 Ti가 첨가되면 결정구조가 다르게 나타났다. Ti함량이 증가할수록 경도 값은 증가하였으며 Ti가 10wt% 첨가되었을 때 가장 높은 값을 보였다. 또한 압분체 < 소결체 < 벌크상태로 증가하는 경향을 보였다.
또한 압분체 < 소결체 < 벌크상태로 증가하는 경향을 보였다. 부식실험 결과 내식성은 Ti 함량이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였으며 벌크상태의 시편이 가장 좋은 내식성을 보였다. (본 연구는 2012년 중소기업청 산학연공동기술개발사업지원으로 수행된 과제임)

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