타이타늄 합금에 코팅처리된 TiN,ZrN 및 WC피막의 기계적 성질에 관한 연구

Abstract

임플란트 보철물을 고정체나 상부구조에 연결하는 방법에는 시멘트에 의해 유지를 얻는 방법과 나사에 의해 유지를 얻는 방법이 있다. 유지방법에 따른 각각의 장점이 있으나, 임상에서는 시멘트 유지방식보다 나사 유지방식이 더 선호되며, 그 이유는 철거가능성 때문이다. 그러나 나사 유지방식은 나사 풀림등의 문제점을 보인다. 나사의 풀림을 최소화하기 위한 시도로 지대주 나사에 순금이나 테프론을 표면처리한 제품을 사용하고 있으나, 반복적인 나사의 조임과 풀림과정에서 이들 코팅재료들의 마모와 손상등이 관찰되기도 한다. 따라서 마찰저항을 최소화하고 동시에 표면의 안정성과 강도를 부여하기 위한 표면처리법의 연구가 필요하다. 최근 TiN, ZrN 및 WC의 코팅이 연구되고 있으며, 이들을 금속표면에 코팅시 마찰계수의 감소와 부식에 대한 저항, 물리적 취약함의 해소 등이 보고되고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 PVD(Physical vapor deposition)를 이용해 TiN, ZrN 및 WC를 타이타늄 합금시편에 코팅 처리한 후 기계적 성질을 평가 코저하였다. 16개의 지름 12mm, 두께 1mm인 타이타늄 합금시편이 본 실험에서 사용되었으며 4개의 그룹으로 나뉘었다. 3개의 그룹은 PVD법을 이용해 TiN, ZrN 및 WC를 타이타늄 합금시편에 코팅한 실험군이며, 1개의 그룹은 코팅을 하지않은 대조군으로서, 마찰계수, 비커스경도, 코팅의 접합강도 및 코팅표면을 평가하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 3가지 코팅시편 모두 마찰계수의 유의성있는 감소를 보였으며, ZrN을 코팅한 시편에서 가장 낮은 마찰계수가 측정되었다. 2. 3가지 코팅시편 모두 비커스경도의 유의성있는 증가를 보였으며, 특히 TiN과 ZrN을 코팅한 시편에서 높은 비커스 경도를 보였다. 3. 코팅피막의 접합강도는 TiN (25.3N±1.6), ZrN (14.8N±0.6), WC (18.4±0.7)으로 TiN을 코팅한 시편에서 가장 높은 수치를 보였으며, ZrN을 코팅한 시편에서 가장 낮았다. 4. SEM을 이용해 코팅 표면을 관찰한 결과, ZrN과 WC가 코팅된 시편은 매우 균일하고 매끈한 표면을 보였으나, TiN이 코팅된 시편의 경우는 거친 표면이 관찰되었다. 결론적으로 TiN, ZrN 및 WC를 지대주 나사에 코팅시 마찰저항의 감소로 인한 전하중의 증가와 침하효과의 감소로 지대주 나사의 풀림에 대한 저항이 증가될것으로 사료된다. 그러나 마찰저항의 감소는 또한 풀림 토크를 감소시켜 나사 풀림을 유발하는 양면성을 지니기 때문에 이에 대한 연구가 더 필요할 것으로 사료된다.