Fig. 7은 Ti-25Ta-xHf 합금을 제조하여 균질화 처리와 0℃ 얼음물에서 급냉시킨 후, Hf 함량에 따른 전기화학적 특성을 알아보기 위해 36.5±1℃의 0.9% NaCl 용 액에서 동전위 양극분극시험(anodic potentiodynamic test)을 시행한 결과이다.
그래프 관찰 결과 모든 시편에서 안정한 부동태 피막이 형성된 것을 볼 수 있었 고, 이는 티타늄 합금의 전형적인 특성과 일치한다2,3,4,28). Table 13은 동전위 분극 실험에 대한 결과인 부식전위(Ecorr), 300 mV에서 전류밀도 (I300mV), 부식전류밀도 (Icorr), 및 부동태피막형성 전류밀도 (Ipp)값을 나타낸 것이다. 일반적으로 Ecorr값 이 높을수록 그리고 Icorr값이 낮을수록 부식저항성이 우수하다. 전반적으로 Hf이 첨가되지 않은 이원계 Ti-25Ta 합금보다 Hf이 첨가된 삼원계 합금(Ti-25Ta-3Hf, Ti-25Ta-7Hf, Ti-25Ta-15Hf)에서 높은 부식전위(Ecorr)값을 나타냈고, 해당 전위에 서 시편표면의 전하 이동 정도를 나타내는 부식전류밀도(Icorr)값은 Hf 함량이 증가 할수록 낮은 값을 나타내어 내식성이 향상되었다. 제조된 합금에서 Ti25Ta-15Hf 합금이 가장 우수한 부식저항성을 갖는 것으로 평가되는데 이는 합금 제조과정 중 Hf 함량이 증가할수록 입자성장에 따른 입계의 면적이 감소하였기 때문으로 생각 되고, 합금 표면에 형성된 산화물(TiO2, Ta2O5, HfO2) 중 Hf 산화물(HfO2)의 증가에 의한 것으로 판단된다. 또한 Fig. 3.과 Fig. 4에서 보이는 바와 같이 Hf이 첨가되 지 않은 Ti-25Ta 합금의 침상 구조는 Hf이 첨가되어 나타나는 등축정 구조77)에 비 해 상대적으로 부식 저항성을 감소시키는 요인으로 작용했을 것으로 생각되며, Hf 함량 증가에 따른 α"-상의 미세화는 내식성 향상에 기여한 것으로 생각된다
3,81-83).
Fig. 8 균질화 처리된 Ti-25Ta-xHf 합금을 Hf 함량에 따른 전기화학적 특성을 알아보기 위해 동전위 분극시험과 동일한 전해질에서 실시한 교류임피던스(AC impedance) 실험에 대한 결과이다. 분석을 위해 적용된 등가회로는 Fig. 9에서 나 타내었고 이를 통해 데이터를 정리한 결과는 Table 13에 나타냈다. Fig. 8(a)의 bode plot의 경우 모든 시편에서 2개의 영역이 나뉘어 나타나는데, 고주파수 영역 에서의 일정한 loglZl 값을 보이는 구간은 전해질 저항(Rs)을 나타내고 중・저주파 수 영역에서 loglZl 값이 상승하는 구간은 합금 표면의 분극저항(Rp)을 나타낸다.
중・저주파 영역에서의 직선의 기울기가 –1일 때 조밀한 부동태 피막이 형성되었 음을 의미하며 그 부동태 피막을 구성하는 산화물(TiO2, Ta2O5, HfO2)이
capacitance(CP)로 작용한 것으로 생각된다. 균질화 처리된 Ti-25Ta-xHf 합금 중에 서 Ti-25Ta-15Hf 합금이 부동태 영역을 의미하는 capacitance 영역이 가장 넓게 나타났고, 분극저항(Rp) 값도 5.69 μ∙Ω/cm2로 가장 높게 나타났다. Fig. 8(b)의 bode phase plot의 경우도 합금 표면의 부동태피막이 capacity 특성을 나타내어 중・저주파수 영역에서 모든 합금이 90°가까운 phase angle을 나타낸다. 이는 모 든 합금에서 안정적인 부동태피막이 형성되었음을 의미하고 이 중 Ti-25Ta-15Hf 합금에서 90°의 phase angle 영역이 가장 넓은 것으로 보아 제조된 합금 중 생체 내에서 가장 내식성이 우수한 것으로 판단되어 실험군을 내식성이 우수한 Ti-25Ta-15Hf 합금을 선택하였고, 대조군으로 Hf 첨가되지 않은 2원계 Ti-25Ta 합 금으로 선택하여 사용하였다.
Fig. 7. Anodic polarization curves of Ti-25Ta-xHf alloys after potentiodynamic test in 0.9% NaCl solution at 36.5±1˚C.
Fig. 8. Bode plots and bode-phase for Ti-25Ta-xHf alloys after AC impedance test in 0.9% NaCl solution at 36.5±1˚C : (a) bode plots and (b) bode-phase plots.
Table 13. Electrochemical parameters of non-treated Ti-25Ta-xHf alloys from anodic polarization and EIS curves: corrosion potential(Ecorr), corrosion current density(Icorr), current density at 300 mV(I300mV), primary passivation current density(Ipp), solution resistance(Rs), polarization resistance(Rp), constant phase elements(CPE), and empirical exponent of the CPE(n)
Fig. 9. Equivalent circuit of bulk Ti-25Ta-xHf alloy with anodic oxide layer.