[ Research Article ]

Korean Journal of Dental Materials - Vol. 52, No. 4, pp.329-342

ISSN: 2384-4434 (Print) 2384-3268 (Online)

Print publication date 31 Dec 2025

Received 10 Dec 2025 Revised 17 Dec 2025 Accepted 18 Dec 2025

DOI: https://doi.org/10.14815/kjdm.2025.52.4.329

치과 교정용 와이어의 임상전후의 부식특성

박선영¹

; 문희종² ; 최한철²^{, *}

1서영대학교 치위생과
2조선대학교 치과대학 치과재료학교실

Corrosion Characteristics of Orthodontic Wires before and after Clinical Use

Seon-Yeong Park¹

; Hee-Jong Mun² ; Han-Cheol Choe²^{, *}

1Department of Dental Hygiene, Seoyeong University, Gwangju 61268, Korea
2Department of Dental Materials, College of Dentistry, Chosun University, Gwangju 61452, Korea

Correspondence to: ^*Han-Cheol Choe 5Department of Dental Materials & College of Dentistry, Chosun University, 309 Pilmun-daero, Dong-gu, Gwangju, 61452, Korea Tel : +82-62-230-689, Fax: +82-62-230-6896 E-mail: hcchoe@chosun.ac.kr

초록

본 연구에서는 임상적으로 사용 전후 부식표면과 0.9% NaCl 용액에서 전기화학적 양극 분극시험을 이용하여 세 가지 교정용 Ni-Ti, Ti-Mo, SS 와이어의 내식성을 분석하였다. 부식전위(E_corr), 부식전류밀도(I_corr), 그리고 부식후 표면변화를 분석하여 전기화학적 거동을 비교하였다. Ni-Ti 와이어는 가장 높은 내식성(E_corr = -0.248 V vs. SCE, I_corr = 5.52×10^-9 A)을 보였으며, 금속용해가 최소화되고, 안정적인 부동태피막과 장기적인 표면안정성을 보였다. Ti-Mo 와이어는 중간정도의 내식성(E_corr = -0.679 V, I_corr = 1.73×10^-8 A)을 보였으며, 활성영역에서 전류가 빠르게 증가하고 부동태영역이 불안정하였다. SS 와이어는 낮은 부식저항성(E_corr = -0.441 V, I_corr = 4.16×10^-8 A)을 보였으며, 활성금속용해와 불안정한 부동태영역에서 민감성을 나타냈다. 전반적으로 내식성은 Ni-Ti > Ti-Mo > SS로 평가되었다. 본 연구결과는 Ni-Ti 와이어는 우수한 강도를 제공하는 반면, Ti-Mo 와이어와 SS 와이어는 강도향상을 위해 표면개질이 필요할 수 있음을 시사한다.

Abstract

In this study, the corrosion resistance of three orthodontic wires Ni-Ti, Ti-Mo, and stainless steel (SS) was investigated using additional polarization in 0.9% NaCl and surface corrosion analysis of clinically used orthodontic wires. The electrochemical behavior was compared by analyzing the corrosion potential (E_corr), corrosion current density (I_corr), and surface changes after corrosion. The Ni-Ti wire exhibited the highest corrosion resistance (E_corr = -0.248 V vs. SCE, I_corr = 5.52×10^-9 A) with minimal metal dissolution, a stable passive film, and long-term surface stability. The Ti-Mo wires showed an intermediate corrosion mode (E_corr = –0.679 V, I_corr = 1.73×10^-8 A), with a rapid increase in current in the active region and an unstable passive mode, suggesting moderate corrosion resistance and potential benefit from surface treatments. SS wire demonstrated minimal corrosion resistance (E_corr = –0.441 V, I_corr = 4.16×10^-8 A), with active metal dissolution and the absence of a stable passive region, indicating susceptibility under long-term oral conditions. Overall, the corrosion resistance was estimated to be Ni-Ti > Ti-Mo > SS. These results support the design of the wire selection and indicate that Ni-Ti provides superior strength, while Ti-Mo and SS may require surface modification to increase strength.

Keywords:

Ni-Ti, Ti-Mo, stainless steel, orthodontic wire, corrosion resistance, polarization resistance

키워드:

스테인리스강, 교정용 와이어, 내식성, 분극저항

서 론

교정용 아치와이어는 부정교합을 교정하는 장치로 사용되며 치아 이동을 유도하는 장기간 동안 구강 환경에 노출된다. 구강의 다양한 환경은 화학적 요인으로 타액, pH 변화, 음식물의 산성과 알칼리성 성분, 그리고 기계적 자극 요인으로 교합력이 금속 표면의 부식을 유발할 수 있다. 교정용 아치와이어의 부식은 교정 마찰력의 변화, 피막 손상, 금속 이온의 방출 등의 기계적 특성 변화와 생체 안전성 문제를 초래할 수 있다. 따라서 교정용 아치와이어의 내식성은 생체 안정성과 기계적 특성 유지에 있어 매우 중요한 평가로 간주된다(1-3).

현재 교정용 아치와이어로 사용되는 주된 금속합금은 Ni-Ti, Ti-Mo, Stainless Steel(SS) 등이 있다. 교정 초기 정렬 단계에서는 약 1~3개월 동안 초 탄성과 형상기억 효과로 지속적인 힘 전달력을 가진 Ni-Ti 합금이 사용되며, 비교적 낮은 탄성률로 중간 단계 교정에서 3~6개월 동안 Ti-Mo합금이 우수한 가공성을 제공하여 사용된다. 높은 강도와 생체 안정성을 제공하는 SS 와이어는 마무리 단계에서 4~12개월 사용된다. Figure 1과 같이 이처럼 장기 사용 시 부식 가능성이 상대적으로 높아지고, 교정용 아치와이어에 사용되는 재료는 화학적 안정성, 피막 형성, 표면 구조의 차이로 외부 환경에서와 실제 구강 환경에서의 부식 거동에도 차이를 나타낼 수 있다(4, 5).

Figure 1.

Orthodontic wires used in the mouth.

재료의 내식성을 평가하는 전기화학적 부식 시험은 분극 저항, 전류밀도 측정, Tafel 외삽법 등을 통해 부식전위 및 부식 속도를 계산할 수 있으며 기존 연구(4, 5)에서는 Ni-Ti 합금에 폴리머 또는 세라믹을 코팅하여 전기화학적 부식 거동 분석을 통해 내식성 향상 방안을 제시하였다. 또한 Ti-Mo 합금과 SS 와이어 부식 특성을 비교 분석한 연구에서는, 표면 처리 및 코팅 방법에 따라 부식 전위 및 부식 속도가 큰 차이가 있음이 보고되었다.

최신 교정용 와이어의 내식성을 향상시키기 위한 표면 처리 기술과 최적화된 코팅 공정 방법으로 plasma 코팅, 물리적 기상 증착(PVD), 이온 증착(Ion plating) 등이 있다. 또한, 높은 경도, 낮은 마찰 계수, 내식성 향상을 위한 DLC, TiN, TiCN의 기능성 박막 적용의 연구가 교정 장치의 성능을 향상시키는 데 유의한 효과가 있는 것으로 보고되었다(9-11). 이러한 연구들은 코팅 적용 시 내식성 개선 가능성을 보여주지만, 그러나 대부분의 연구는 서로 다른 시험 조건과 단일 재료에 국한되어 데이터 간 비교가 어렵다는 한계가 있었다(6-9). 또한 교정용 아치와이어로 사용되는 Ni-Ti, Ti-Mo, 및 SS 재료가 제조 과정에서 발생하는 미세 균열, 표면 결함, 연마 자국 등이 부식 발생을 유발하여 실제 구강 환경에서 내식성이 달라질 수 있다. 따라서 임상사용된 와이어의 표면을 관찰하여 실제 임상환경에서 나타나는 부식의 형상을 규명할 필요가 있으며 부식 과정에서 나타나는 금속 용해 반응, 표면 손상 양상, 부식전위와 부식전류밀도의 변화 등을 명확히 분석할 필요가 있다.

이에 본 연구에서는 먼저 광학현미경을 이용하여 임상에서 사용된 3가지 종류의 와이어를 수거하여 표면을 관찰하고, 이와 비교를 위하여 0.9% NaCl 용액에서 Ni-Ti, Ti-Mo, SS 교정용 와이어의 전기화학적 부식전위, 부식전류, 분극저항 등을 정량적으로 측정하여, 각 재료가 임상 사용 기간 동안 나타낼 수 있는 내식성 차이를 규명하고자 하였다. 이러한 연구는 교정용 아치와이어의 안정성과 장기적 성능을 평가하는 데 중요하고 브라켓, 교정용 장치 등의 내식성 향상 연구의 기초 자료로 활용될 수 있다.

재료 및 방법

1. 교정용 와이어의 시편 준비

본 연구에서는 교정용 와이어의 부식특성을 조사하기 위하여 Figure 2와 같이 제시된 0.019×0.025 inch 규격의 각형 단면 아치와이어를 사용하였다. (a)는 Ni-Ti 와이어, (b)는 Ti-Mo 와이어, (c)는 SS 와이어를 각각 나타내었다. 이들 시편은 표면관찰과 부식 실험에 앞서 초음파 세척과 70% 에탄올을 이용한 탈지 과정을 통해 모든 와이어의 표면 유기질 및 이물질을 제거하였다. 임상 사용 전 와이어는 구강 내 장착 전 미사용한 와이어이며, 임상 사용 후 와이어는 치과병원에서 실제 5명의 20대인 환자에게 구강 내에 장착하여 연속적으로 4주간 사용유지 후, 제거된 와이어 총 15개를 수집하여 그 중에서 변형, 파절 또는 심한 기계적 손상을 보이지 않은 와이어 종류별 시편을 각 1개씩 선택하여 표면관찰에 사용하였다.

Figure 2.

(a) Ni-Ti wire, (b) Ti-Mo wire, and (c) SS wire.

2. 교정용 와이어의 표면관찰

교정용 와이어의 표면 특성은 광학현미경(Optical Microscopy, OM)을 이용하여 임상 사용 전 와이어의 부식 전·후 및 임상 사용 후의 미세 구조 변화를 분석하였다. 각 시편을 관찰하여 표면 손상 양상, 조직 변화, 표면 거칠기 등 형태학적 변화를 비교함으로써, 임상에서 사용한 와이어와 사용하지 않은 와이어의 표면 특성 변화 및 부식 처리의 영향을 평가하였다.

3. 전기화학적 부식시험

전기화학적 방법을 이용한 부식실험은 국제규격인 ISO 10271에 따라 동전위법으로 실시하였으며 구강내의 환경과 비슷한 용액에서 실험을 행하여야 되나 정량적으로 부식전위 그리고 부식전류밀도를 조사하여 재료의 부식환경에서 안정성을 평가하고자 하였다. 이때 부식시험은 정전위측정장치(Parstat MC:Amtek, USA)를 사용하여, 600 ml의 전해질을 제조하고, 각 와이어를 정전위측정장치에 연결한 후 포화 칼로멜전극(saturated calomel electrode, SCE)을 표준전극으로, 준비된 와이어를 표준 전극으로 사용하였다. 와이어와 표준전극(reference electrode) 사이의 거리는 약 1mm로 조정하고, 고밀도 탄소 전극을 보조전극(counter electrode)으로 사용하였다. 첫 번째 전기화학적 부식 시험은 36.5±1℃의 0.9% NaCl 전해질에서 -1000 mV에서 +1500 mV의 전위를 1.67 mV/s의 주사 속도로 인가하여 전위차법을 사용하여 수행되었으며, 실험에 사용한 전해질 용액의 온도는 구강 환경과 마찬가지로 36.5±1℃로 일정하게 유지하였다. Tafel 분석을 통해 부식전류밀도(I_corr)와 Tafel 기울기를 계산하였고, Stern-Geary 방정식을 이용하여 분극저항(R_p)을 계산하였다(11).

결 과

1. 교정용 와이어의 부식 전 표면관찰

Figure 3은 광학현미경(Optical Microscopy, OM)을 이용하여 부식 전 각 교정용 아치와이어의 표면을 (a), (c), (e)는 50배 배율, (b), (d), (f)는 500배 배율에서 관찰하였다. 임상 사용 전 와이어의 표면은 저 배율에서도 거친 표면양상를 보였으며, 이를 고배율에서 관찰하면 기계적인 가공 때 발생하였던 결함이 표면에 존재함을 확인하였다. (a, b) Ni-Ti 와이어는 불규칙적인 선의 모양을 하며 거친 가공 표면을 나타냈으며, (c, d) Ti-Mo 와이어는 규칙적인 선형의 미세결함구조가 관찰되었다. (e, f) SS 와이어는 기계적인 선의 모양이 직선으로 나타났으며 미세한 선들이 다른 와이어에 비하여 많이 발견된 것이 특징이다. 전반적으로 표면에서는 기계적인 가공결함만 나타났으며, 모든 와이어는 기계적인 가공결함을 보였음을 확인하였다.

Figure 3.

Surface morphologies of three orthodontic wires (Ni-Ti, Ti-Mo, and SS) before corrosion test: (a), (c), and (e) at 50× magnification, and (b), (d), and (e) at 500× magnification.

2. 교정용 와이어의 임상 사용 후 표면관찰

Figure 4는 광학현미경(Optical Microscopy, OM)을 이용하여 임상 사용 후 각 교정용 아치와이어의 표면을 (a), (c), (e)는 50배 배율, (b), (d), (f)는 500배 배율에서 관찰하였다. 임상 사용 후 와이어의 표면은 사용 전과 비교하여 전반적으로 불균일성이 증가하였으며, 저배율 관찰에서 국부적인 변색 및 침착물로 추정되는 얼룩과 부식된 기공이 관찰되었다. (a, b)는 Ni-Ti 와이어를 나타낸 것으로 가공방향으로 나타난 기계적인 결함을 따라 부식이 심하게 진행된 표면형상을 보였으며, 고배율에서 결함부위에서 뚜껍게 침식이 되었음을 확인할 수 있다. (c, d)는 Ti-Mo 와이어의 표면형상으로 국부적인 표면에서 큰 공식과 기계적인 가공 결함을 따라 부식이 진행되었음을 확인할 수 있다. 고배율에서 이를 확인할 수 있는데 큰 공식이 가장자리에서 나타나고 있음을 보인다. (e, f)는 SS 와이어는 기계적인 가공에 의하여 형성된 스크래치방향을 따라서 부식이 발생되었음을 보였다. 전반적으로 모든 와이어에서 기계적 가공에 의해 형성된 스크래치를 따라 부식이 집중적으로 발생하였으며, 스크래치 부위를 중심으로 비교적 큰 피트가 관찰되었다. 이러한 표면 변화는 브라켓과의 마찰, 교합력, 타액 및 음식물 성분 등 임상 환경 요인이 복합적으로 작용한 결과로 판단되며, 임상 사용 환경이 와이어의 표면 안정성에 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.

Figure 4.

Surface morphologies of three orthodontic wires (Ni-Ti, Ti-Mo, and SS) after clinical use: (a), (c), and (e) at 50× magnification, and (b), (d), and (e) at 500× magnification.

3. 교정용 와이어의 부식특성

Figure 5는 Ni-Ti 와이어를 0.9% NaCl 용액에서 SCE를 기준으로 양극 분극하여 얻은 전기화학적 분극 거동을 보여준다. 초기 음극 영역에서는 완만한 기울기의 활성 용해 특성이 나타났으며, 전위가 증가함에 따라 전류가 점차 상승하는 양극 반응이 관찰되었다. Tafel 외삽법으로 산출한 부식전위(E_corr)는 –0.248 V로 확인되었는데, 이는 해당 조건에서 비교적 안정적인 전위 범위에 해당함을 의미한다. 또한, 부식전류(I_corr)는 약 5.52×10^-9 A로 매우 낮아, Ni-Ti 표면에서의 금속 용해가 제한적임을 보여준다. 이러한 결과는 Ni-Ti 와이어가 우수한 내식성을 지님을 시사한다.

Figure 5.

Potentiodynamic polarization curve of Ni-Ti wire.

Figure 6은 Ti-Mo 교정용 와이어의 0.9% NaCl 용액에서의 전기화학적 거동을 나타낸다. Ti-Mo 와이어의 부식전위(E_corr)는 –0.679 V로 측정되었으며, 이는 Ni-Ti 와이어에 비해 보다 음의 방향으로 이동한 값으로, 초기 활성화 경향이 높고 표면 안정성이 상대적으로 낮음을 의미한다. 부식전류(I_corr)는 1.73×10^-8 A로 확인되어 Ni-Ti 와이어(5.52 × 10^-9 A) 대비 높은 값을 보였다. 높은 I_corr는 금속 표면에서의 용해 반응이 보다 활발하게 진행되고 있음을 시사하며, 결과적으로 Ti-Mo 와이어의 내식성이 상대적으로 낮음을 나타낸다. 실제 분극곡선에서도 활성 영역에서 전류가 급격히 상승하고, 수동화 영역의 유지가 불안정하게 나타나 Ti-Mo 와이어의 내식성이 제한적임을 확인할 수 있었다.

Figure 6.

Potentiodynamic polarization curve of Ti-Mo wire.

Figure 7은 0.9% NaCl 용액에서 SS 와이어의 양극 분극한 결과를 나타낸다. SS 와이어의 부식전위(E_corr) -0.441 V로 측정되었으며, 이는 Ni-Ti 와이어에 비해 상대적으로 높은 초기 활성화 경향이 상대적으로 높음을 의미한다. 부식전류(I_corr)는 4.16×10^-8A로 측정되었으며, 이는 Ni-Ti (5.52×10^-9A) 및 Ti-Mo(1.73×10^-8A) 보다 높은 수치를 보였다. 이러한 높은 I_corr는 금속 표면에서 더 활발한 용해 반응을 나타내며, 결과적으로 SS 와이어는 세 가지 재료 중 가장 낮은 내식성을 보였다. 또한, 분극 곡선은 활성 영역에서 전류가 급격히 증가하는 반면, 안정적인 부동태 영역은 관찰되지 않아 SS 와이어의 내식성이 가장 낮음을 확인할 수 있었다.

Figure 7.

Potentiodynamic polarization curve of SS wire.

Figure 8은 세 종류의 교정용 와이어를 대상으로 0.9% NaCl 용액에서 양극 분극 시험을 수행한 결과, 재료 간 뚜렷한 내식성 차이가 관찰되었다. Ni-Ti 와이어는 부식전위 (E_corr)가 -0.248 V로 가장 양(+)의 방향에 위치하였고, 부식 전류(I_corr)는 5.52×10^-9 A로 세군 중 가장 낮았다. 이는 Ni-Ti 표면에서의 용해 반응이 최소화되고 수동피막이 비교적 안정적으로 유지되어 우수한 내식성을 나타냄을 의미한다. Ti-Mo 와이어의 부식전위는 -0.679 V로 세 재료 중 가장 음(-)의 방향에 위치하여 초기 활성화 경향이 높음을 보여주었다. 부식전류는 1.73×10^-8 A로 Ni-Ti보다는 높지만 SS보다는 낮아, 초기 전위는 가장 불리하나 실제 금속 용해 반응은 중간 수준임을 시사한다. 이는 Ti-Mo가 활성화는 용이하지만 전류 자체는 SS만큼 크게 증가하지 않아, Ni-Ti와 SS 사이의 중간적인 부식 거동을 나타냄을 의미한다. SS 와이어는 부식전위가 -0.441 V로 Ni-Ti와 Ti-Mo의 중간 수준에 위치하였으나, 부식전류는 4.16×10^-8 A로 가장 높게 나타났다. Table 1은 교정용 와이어의 부식 분석 결과를 정리한 것이다. 분극저항(R_p)은 Ni-Ti에서 1.21×10⁷ Ω·cm²로 가장 높았으며, Ti-Mo와 SS는 각각 4.65×10⁶ Ω·cm², 1.23×10⁶ Ω·cm²로 크게 감소하였다. 즉, Ni-Ti는 낮은 I_corr와 높은 R_p를 통해 가장 우수한 내식성을 보였고, Ti-Mo는 중간 수준, SS는 가장 높은 부식전류와 낮은 분극저항을 보여 세 재료 중 부식 저항성이 가장 떨어지는 것으로 평가된다.

Figure 8.

Electrochemical corrosion test results of three orthodontic wires: Ni-Ti, Ti-Mo, and SS.

Table 1.

Electrochemical corrosion test results of three orthodontic wires: Ni-Ti, Ti-Mo, and SS

이러한 재료 간 내식성 차이는 각 합금 표면에서 형성되는 산화막의 조성과 안정성 차이에 기인한 것으로 해석될 수 있다. Ni-Ti 및 Ti-Mo 와이어의 경우 Ti 성분에 의해 표면에 TiO₂ 기반의 부동태 피막이 형성되어 금속 용해를 효과적으로 억제한다. Ni-Ti 와이어에서는 이러한 산화막이 비교적 균일하고 안정적으로 유지되는 반면, Ti-Mo 와이어에서는 합금 조성 차이에 따라 산화막 조성의 불균일성으로 인해 수동화 영역의 안정성이 상대적으로 저하될 수 있다. 반면, SS 와이어의 내식성은 주로 Cr₂O₃기반의 부동태 피막에 의해 좌우되는데, 구강 환경과 유사한 Cl^-이 존재하는 조건에서는 Cr 산화막이 국소적으로 파괴되기 쉬워 안정적인 수동화 거동이 유지되지 않는 것으로 판단된다.

4. 교정용 와이어의 부식표면과찰

Figure 9는 광학현미경(Optical Microscopy, OM)을 이용하여 Ni-Ti, Ti-Mo, 및 SS 와이어의 부식 후 각 교정용 아치와이어를 나타낸 것이며, (a), (c), (e)는 50배 배율, (b), (d), (f)는 500배 배율에서 관찰하였다. (a, b) Ni-Ti 와이어는 50배 배율에서 전체 표면이 부식 전과 유사한 양상을 보였고, 500배 배율에서는 임상 사용 후와 유사한 부식 현상이 관찰되었다. 이는 균일한 표면과 높은 구조적 안정성을 반영한다. (c, d) Ti-Mo 와이어는 50배 배율에서 상대적으로 거친 표면을 나타냈으며, 500배 배율에서는 불규칙한 거칠기와 스크래치 주변에 기공이 형성된 것이 확인되었다. (e, f) SS 와이어는 50배 배율에서 뚜렷한 연마 흔적과 반복적인 수직 선형 스크래치를 보였고, 500배 배율에서는 불규칙한 거친 표면과 선형 패턴 부위에서 심한 부식이 발생한 것이 관찰되었다. 전반적으로 3 재료 모두에서 기계적 결함이나 스크래치가 부식 진행에 영향을 미쳤으며, 각 표면 안정성과 부식 민감도의 차이를 확인하였다.

Figure 9.

Corrosion morphologies of three orthodontic wires (Ni-Ti, Ti-Mo, and SS) after corrosion test: (a), (c), and (e) at 50× magnification, and (b), (d), and (e) at 500× magnification.

고 찰

본 연구에서는 Ni-Ti, Ti-Mo, 및 SS 교정용 아치와이어의 내식성을 평가하기 위해 임상에서 사용된 표면의 부식현상을 관찰하였고 0.9% NaCl 용액에서 전기화학적 부식시험을 수행하였다. 그 결과, 이들 세 종류의 와이어재료에 따라 내식성평가에서 유의미한 차이가 나타났으며, 각 금속의 전기화학적 특성은 부동태피막 영역의 전위에서 화학적 안정성과 표면구조에 크게 기인함을 알 수 있었다.

먼저, 임상에서 사용된 와이어를 수집하여 표면을 관찰한 결과, 세 종류 와이어 모두 표면에서 부식이 심하게 발생되었음을 확인할 수 있었다. 임상적으로 사용된 와이어를 보면 Figure 4에서 가공흔적을 따라 1차적으로 부식이 심하게 발생되었고 그 이후 시간이 계속되면서 미세 공식이 발생되어 크게 성장한 모습을 나타내는 현상을 볼 수 있다. 이는 구강내에 존재하는 타액 그리고 음식으로부터 섭취되는 NaCl 등에서 오는 Cl^-이온에 의하여 공격을 당하기 때문이다. 또한, 재료의 가공성에 따라 표면에 기계적인 결함이 크게 나타나는데 일반적으로 Ti합금계열은 가공성이 낮아 큰 기계적인 결함이 존재함을 알 수 있었다. 따라서 가공성은 부식특성에 큰 영향을 미치며 재료의 균질성과 표면의 형상 그리고 소재의 성분에 따라서 크게 좌우됨을 알 수 있다.

본 연구에서도 이러한 기계적인 결함과 함께 표면에 형성되는 안정한 Ti산화물이 내식성에 미치는 효과가 복합적으로 나타날 수 있기 때문에 이들을 고려해야한다. 특히, Ti가 함유된 Ni-Ti와 Ti-Mo는 표면에 Ti 산화막을 형성하여 내식성을 크게 증가시킬 수 있으며 스테인리스강의 경우는 Cr산화물을 형성하여 내식성을 향상시킨다(12, 13). 큰 기계적인 결함에도 불구하고 Ti합금류의 와이어가 내식성이 우수한 이유는 이러한 산화물 형성 효과이며 또한, 내식성을 확보하기 위해 1차적으로 가공에서 나타나는 스크래치를 제거하는 것이 최우선이다. 표면의 거칠기가 교정력을 크게 좌우하기 때문이다. 더불어 이러한 표면이 내식성을 크게 감소시키기 때문에 이를 위하여 내식성 증가와 마찰저항의 감소를 위하여 코팅의 필요성이 제시된다.

임상적인 부식거동과 실험실적인 부식현상을 고찰하기 위하여 인위적으로 전위를 가하여 부식을 시켜 보았다. 그 결과, Ni-Ti 와이어는 세 와이어 중 가장 높은 양의 부식 전위(E_corr) -0.248 V와 가장 낮은 부식 전류(I_corr) 5.52×10^-9 A를 나타냈다. 이는 Ni-Ti 표면에서 금속 용해가 최소화 되고 안정적인 부동태 피막이 형성 및 유지되었음을 나타내며, Ni-Ti가 우수한 내식성을 가지고 있음을 뒷받침한다. 실제로 Ni-Ti 와이어는 SS 와이어보다 부식 전류 밀도가 낮고 분극 저항이 높아 더 균일하고 두꺼운 부동태를 형성하기 때문이다(14, 15). 이러한 특성은 Ni-Ti 와이어가 장기간 구강 환경에서도 안정적인 표면 조건을 유지할 수 있음을 나타낸다.

Ti-Mo 와이어는 초기 활성화 경향이 더 강하며, 부식 전위는 -0.679 V, 측정된 부식 전류(I_corr)는 1.73×10^-8 A로 Ni-Ti 와이어보다 높게 측정되었다. 이는 Ti-Mo 와이어 표면에서 금속 용해 반응이 비교적 활발하지만, 스테인리스 강 와이어보다 반응 속도가 느리다는 것을 나타낸다. Ti-Mo 와이어의 내식성은 Ni-Ti 와이어보다 낮지만 SS 와이어보다 우수한 것으로 확인되었다. 마찬가지로 Ti-Mo 합금의 내식성은 Ni-Ti와 SS 와이어의 중간 수준임을 보고한 연구가 있다(15).

SS 와이어의 경우, 부식전위는 -0.441V로 Ni-Ti와 Ti-Mo의 중간 수준이지만, 부식 전류는 4.16×10^-8 A로 세 가지 재료 중 가장 높은 부식 전류를 나타내었다. 이는 금속 용해가 SS 표면에서 가장 활발하게 발생함을 의미하므로 SS 와이어의 내식성이 가장 낮음을 나타내었다. 분극곡선에서 활성 영역에서 전류가 급격히 증가하고 부동태영역에서는 안정적이지 않은 것으로 관찰되었는데, 이는 SS 와이어가 장기간 구강 환경에서 부식되기 쉽다는 것을 알 수 있다(15-16).

부식시험 후 표면을 임상사용한 표면과 비교해 보면 유사한 표면양상을 보임을 알 수 있다. 기계적인 가공의 결함 부위에서 공식이 발생되고 크게 성장하여 기공으로 존재하는 부식표면을 관찰할 수 있다. 와이어의 부식은 와이어를 구성하고 있는 원소중 Cr이나 Ni의 용출이 구강 내에서 알러지 반응이나 독성을 유발한다. 따라서, 부식을 방지하고 표면의 결함을 최소화할 수 있는 방안을 찾아야 할 것으로 보인다.

다만, 본 연구에서 수행한 전기화학적 부식 시험은 단순화된 실험 조건에서 이루어졌기 때문에, 실제 구강 환경과 동일한 부식 거동을 반영하는데에는 한계가 있다. 구강 내에서는 타액성분의 다양성, pH 변화, 미생물 활동 및 반복적인 기계적 마찰 등 복합적인 요인이 동시에 작용한다. 그럼에도 불구하고, 0.9% NaCl 용액에서의 전기화학적 부식 시험은 금속 재료의 내식성을 비교하고 피막의 안정성을 평가하는 데 널리 사용되는 표준적인 방법으로 측정된 것이며, 본 연구에서 관찰된 부식 경향이 임상적으로 사용된 와이어의 표면 부식 양상과 유사하게 나타났다는 점에서 내식성 차이를 평가하는데 유의미한 정보를 제공할 수 있다고 판단된다.

종합적으로, 본 연구의 전기화학 분석 결과와 임상적으로 사용한 표면의 관찰을 통하여, Ni-Ti, Ti-Mo, SS 와이어의 내식성이 Ni-Ti > Ti-Mo > SS 순으로 나타났다. 이러한 결과는 Ni-Ti 와이어의 경우 장기간 구강 환경에서도 높은 내식성을 유지하였음을 보였으며, 반면, Ti-Mo 와이어와 SS 와이어는 상대적으로 낮은 내식성을 나타내므로 내식성 향상을 위한 코팅이나 표면 처리의 필요성을 시사한다.

결 론

본 연구에서는 Ni-Ti, Ti-Mo, SS의 세 가지 교정용 와이어를 대상으로 임상 사용 후, 표면관찰과 0.9% NaCl 용액에서 양극분극시험을 수행하여 전기화학적 부식 특성을 평가하였다. 이를 통해 각 금속 재료별 부식 전위(E_corr), 부식전류(I_corr), 활성 및 부동태화 거동, 그리고 부식 후 표면형상을 종합적으로 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

1. 임상적으로 사용한 와이어의 부식현상을 고찰한 결과 표면에 존재한 기계적인 가공 결함과 거칠기가 부식에 영향을 미쳤으며 큰 공식이 발생되었다.
2. Ni-Ti 와이어는 -0.248 V의 부식 전위(E_corr)와 부식 전류(I_corr)는 5.52×10^-9 A로, 세 가지 소재 중 가장 우수한 내식성을 보였다.
3. Ti-Mo 와이어는 -0.679 V의 부식 전위(E_corr)와 부식 전류(I_corr)는 1.73×10^-8 A을 나타내었으며 내식성은 Ni-Ti 와이어보다 낮게 나타났다.
4. SS 와이어는 -0.441 V의 부식 전위(E_corr)와 부식 전류(I_corr)는 4.16×10^-8 A로 내식성이 가장 낮게 나타났다.

결론적으로, 본 연구의 임상 사용 후 표면관찰과 전기화학적 분석 결과 Ni-Ti, Ti-Mo, SS 와이어의 내식성은 Ni-Ti > Ti-Mo > SS 순으로 평가되었으며, 이는 향후 교정용 와이어 선택 및 장기 안정성 평가에서 중요한 기준으로 활용될 수 있다. 특히, Ni-Ti 와이어는 우수한 내식성을 바탕으로 장기간 안정적인 임상 성능을 유지할 수 있으며, Ti-Mo와 SS는 상대적으로 안정성이 낮게 평가되었다. 따라서, 표면의 코팅을 통하여 기계적 가공결함을 제거하고 마찰저항을 최소화하여 교정력확보와 부식저항성을 개선할 수 있을 것으로 판단된다.

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SAMPLE	E_corr (mV)	I_corr (A/cm²)	ß_c (mV)	ß_a (mV)	R_p (Ω.cm²)
NT	-248.1	5.52 × 10^-9	233.84	447.26	1.21 × 10⁷
Ti-Mo	-679.0	1.73 × 10^-8	242.78	777.5	4.65 × 10⁶
SS	-441.1	4.16 × 10^-8	130.11	1203.68	1.23 × 10⁶