生体環境におけるチタン合金の材質劣化に関する研究

• Project/Area Number: 17791397
• 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: Kyushu Institute of Technology (2007); The University of Tokushima (2005-2006)
• Principal Investigator: 横山 賢一 Kyushu Institute of Technology, 工学部, 准教授 (80308262)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000); Fiscal Year 2007: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2006: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2005: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• 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・防食 / 水素脆化 / 破壊 / 安全評価

Research Abstract

本年度は、主に口腔・生体内を模擬した環境におけるチタン合金及びニッケルーチタン超弾性合金の材質劣化挙動とその機構について研究を行い以下の知見を得た。
生理食塩水中で陰極チャージしたニッケルーチタン超弾性合金を応力誘起マルテンサイト変態させると、室温から200℃付近で昇温放出される水素が顕著になることが明らかになった。このことから、マルテンサイト変態することで合金中の水素存在状態が変化することが示唆される。また、応力誘起マルテンサイト相が存在する一定のひずみ負荷下においては、水素吸収が著しく促進されることが明らかになった。マルテンサイト相では、母相と比較して水素の拡散距離が長くなることもわかった。
生体内の炎症反応を模擬した過酸化水素含有生理食塩水中に浸漬したニッケルーチタン超弾性合金の腐食・破壊挙動に及ぼす酸添加の影響を調べた結果、酸添加によって腐食は促進されるが、酸の種類によって腐食・破壊挙動が大きく異なることが明らかになった。酸の種類が同じ場合、pHが低くなると腐食は促進されるが、破壊挙動に及ぼす影響はほとんど見られなかった。
過酸化水素含有生理食塩水中におけるニッケルーチタン超弾性合金の長寿命化には、硝酸浸漬処理による表面改質が有効であることを示した。これは、表面改質により負荷応力下において局部腐食の発生が抑制されることによるものである。
塩酸や硫酸浸漬処理による表面改質で吸収する水素量は、純チタンやチタン合金に比べ、ニッケルーチタン超弾性合金が多いことを明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Hydrogen thermal desorption behavior of Ni-Ti superelastic alloy subjected to tensile deformation after hydrogen charging (2008)
  • Author(s): Miho Tomita, et. al.
  • Journal Title: Materials Science and Engineering A 476 Pages: 308-315
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrogen absorption and thermal desorption behaviors of Ni-Ti superelastic alloy subjected to sustained tensile-straining test with hydrogen absorption (2007)
  • Author(s): Ken'ichi Yokoyama, et. al.
  • Journal Title: Scripta Materialia 57 Pages: 393-396
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of potential on hydrogen absorption and desorption behaviors of titanium in neutral fluoride solutions (2007)
  • Author(s): Katsutoshi Takashima
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds 431 Pages: 203-207
• [Journal Article] Fracture of sustained tensile-loaded Ti-0.2% Pd alloy in acid and neutral fluoride solutions (2006)
  • Author(s): Ken'ichi Yokoyama
  • Journal Title: Materials Science and Engineering A 419・1-2 Pages: 122-130
• [Journal Article] Fracture of Ni-Ti superelastic alloy under sustained tensile load in physiological saline solution containing hydrogen peroxide
  • Author(s): Ken'ichi Yokoyama
  • Journal Title: Journal of Biomedical Materials Research A (in press)
• [Journal Article] Hydrogen embrittlement of Ni-Ti superelastic alloy aged at room temperature after hydrogen charging
  • Author(s): Ken'ichi Yokoyama
  • Journal Title: Materials Science and Engineering A (in press)
• [Journal Article] Effects of moisture and dissolved oxygen in methanol and ethanol solutions containing hydrochloric acid on hydrogen absorption and desorption behaviors of Ni-Ti superelastic alloy
  • Author(s): Toshio Ogawa
  • Journal Title: Materials Science and Engineering A (in press)
• [Presentation] 過酸化水素添加によるフッ化物水溶液中におけるNi-Ti超弾性合金の水素脆化抑制 (2008)
  • Author(s): 矢崎侑振, 他
  • Organizer: 日本金属学会
  • Place of Presentation: 武蔵工業大学
  • Year and Date: 2008-03-27
• [Presentation] 過酸化水素含有生理食塩水中におけるNi-Ti超弾性合金の耐食性の向上-硝酸浸漬による表面改質- (2007)
  • Author(s): 金村篤謙, 他
  • Organizer: 日本金属学会
  • Place of Presentation: 岐阜大学
  • Year and Date: 2007-09-21
• [Presentation] Ti及びNi-Ti合金の表面改質に伴う水素吸収の評価 (2007)
  • Author(s): 長岡彬, 他
  • Organizer: 日本金属学会
  • Place of Presentation: 岐阜大学
  • Year and Date: 2007-09-21
• [Presentation] Hydrogen absorption behavior of Ti-6Al-4V alloy in acidic fluoride solutions (2007)
  • Author(s): Ken'ichi Yokoyama, et. al.
  • Organizer: The Society for Titanium Alloys in Dentistry
  • Place of Presentation: Kyoto International Conference Center
  • Year and Date: 2007-06-05
• [Presentation] 中性フッ化ナトリウム水溶液中における純Tiの水素吸収に及ぼす電位の影響 (2007)
  • Author(s): 横山賢一, 他
  • Organizer: 日本歯科理工学会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2007-05-12
• [Presentation] 酸添加過酸化水素含有生理食塩水中におけるNi-Ti超弾性合金の腐食挙動 (2007)
  • Author(s): 金村篤謙, 他
  • Organizer: 腐食防食協会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2007-05-09