生体・口腔内環境におけるチタンの水素吸収と寿命評価

• Project/Area Number: 14771090
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 補綴理工系歯学
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 横山 賢一 徳島大学, 大学院・ヘルスバイオサイエンス研究部, 助手 (80308262)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2003: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2002: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: チタン / 生体・歯科材料 / インプラント / 生体・口腔内環境 / 腐食 / 水素脆化

Research Abstract

本年度は、主にう蝕予防剤や歯磨剤を模擬したフッ化ナトリウム水溶液中において、チタンおよびチタン合金が吸収する水素の定量と破壊寿命評価を行った。水素吸収量および水素の存在状態は、四重極質量分析器を用いた昇温放出水素分析法で調べた。破壊寿命は定荷重試験で評価したが、実験の長期化を避けるため、実際の口腔環境を加速したもので行った。本研究により、酸性フッ化ナトリウム水溶液中におけるチタン合金の水素吸収量および水素吸収特性は、合金の構成相に大きく依存することが明らかになった。アルファチタン(純チタン)では、吸収した水素の多くは試料表面付近に水素化物を生成し、その水素化物がそれ以降の水素吸収を抑制した。一方、ベータチタン合金では多量の水素を吸収するが水素化物は生成せず、試料内部にまで水素は拡散した。アルファ-ベータチタン合金は、水素吸収量が多くなると水素化物の生成が確認された。チタン合金の構成相の違いで腐食特性の違いがあり、溶液中での破壊寿命はアルファ-ベータチタン合金が最も長く、破壊寿命や破壊機構はチタン合金の構成相に大きく依存することを明らかにした。チタン合金の長寿命化への一つの指針は、合金の構成相を制御することが有効であることが示唆される。また、ニッケル-チタン超弾性合金の水素の存在状態は水素吸収する環境条件によって著しく変化し、水素の存在状態が水素量と同様に機械的性質に大きく影響することも明らかになった。特に、昇温することで低温放出される水素が、ニッケル-チタン超弾性合金の材質劣化を引き起こしている可能性が高いことが示された。

Research Products

• [Journal Article] Hydrogen embrittlement of work-hardened Ni-Ti alloy in fluoride solutions (2005)
  • Author(s): Ken'ichi Yokoyama
  • Journal Title: Biomaterials 26・1 Pages: 101-108
• [Journal Article] Hydrogen embrittlement of Ni-Ti superelastic alloy in ethanol solution containing hydrochloric acid (2005)
  • Author(s): Toshio Ogawa
  • Journal Title: Materials Science and Engineering A 393・1-2 Pages: 239-246
• [Journal Article] Susceptibility to delayed fracture of alpha-beta titanium alloy in fluoride solutions (2005)
  • Author(s): Ken'ichi Yokoyama
  • Journal Title: Corrosion Science 47・7 Pages: 1778-1793
• [Journal Article] Hydrogen absorption of titanium in acidic fluoride solutions (2004)
  • Author(s): Ken'ichi Yokoyama
  • Journal Title: Materials Science and Engineering A 384・1-2 Pages: 19-25
• [Journal Article] Distribution and thermal desorption behavior of hydrogen in titanium alloys immersed in acidic fluoride solutions
  • Author(s): Toshio Ogawa
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds (in press)
• [Publications] Ken'ichi Yokoyama: "Fracture associated with hydrogen absorption of sustained tensile-loaded titanium in acid and neutral fluoride solutions"Journal of Biomedical Materials Research. 68A・1. 150-158 (2004)
• [Publications] Ken'ichi Yokoyama: "Delayed fracture of Ni-Ti superelastic alloys in acidic and neutral fluoride solutions"Journal of Biomedical Materials Research. 69A・1. 105-113 (2004)
• [Publications] Toshio Ogawa: "Hydrogen absorption behavior of beta titanium alloy in acid fluoride solutions"Biomaterials. 25・12. 2419-2425 (2004)
• [Publications] Kazuyuki Kaneko: "Degradation in performance of orthodontic wires caused by hydrogen absorption during short-term immersion in 2.0% acidulated phosphate fluoride solution"The Angle Orthodontist. 74・4. 487-495 (2004)
• [Publications] 横山賢一: "口腔内環境におけるチタンの破壊-フッ化ナトリウム水溶液の影響-"日本金属学会講演概要. 131・秋. 108 (2002)
• [Publications] 横山賢一: "酸性および中性フッ化ナトリウム水溶液中で定荷重負荷した純チタンの破断寿命"歯科材料・器械. 21・40. 106 (2002)
• [Publications] Kazuyuki Kaneko: "Delayed fracture of beta titanium orthodontic wire in fluoride aqueous solutions"Biomaterials. 24・12. 2113-2120 (2003)