粉末積層造形法による低磁性Ｚｒ合金の高機能バイオマテリアル創製

• Project/Area Number: 17J10345
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Dental engineering/Regenerative dentistry
• Research Institution: Nihon University (2019-2020); Tohoku University (2017-2018)
• Principal Investigator: 加嶋 祐佳 日本大学, 歯学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: レーザー積層造形法 / Zr合金 / 低磁性 / アーチファクト

Outline of Annual Research Achievements

次世代型生体用金属材料として有望視されている、低磁性と低弾性率を兼ね備えたZr合金に対して積層造形技術の応用と熱処理による組織制御を導入することで、金属系バイオマテリアルの機能性向上を目的として研究を行った。Zr合金の弾性率分布のアンシスでのシミュレーション解析を進め、さらにZr合金における磁化率の測定や、MRI撮影の際のメタルアーチファクト範囲の測定を行った。複数の撮像条件でのMRIアーチファクト評価を行い、Zr合金は他の歯科用合金と比較してアーチファクト範囲が小さくなり、アーチファクト範囲は金属材料の体積磁化率、質量、重さに比例して大きくなることが明らかとなった。このことからMRI撮影前に、事前にアーチファクトの範囲をある程度予測することが可能となると思われる。耐食性の評価では、様々な熱処理条件で、xy面とxz面のアーノード分極試験と試験後の組織像観察、および溶出試験を行った。結果から、溶融境界部が腐食されやすいということと、造形時のxy平面とyz平面では溶融境界の構造に差があることから耐食性における異方性が現れることが明らかとなった。さらに熱処理により溶融境界が消失することから、熱処理が耐食性における異方性の軽減に有効であることが明らかとなった。これらの一連の研究から、次世代型バイオマテリアルであるZr合金にSLMプロセスの導入が可能となり、機能性と安全性を向上させた新たな低磁性合金を生体材料として応用できる可能性が示唆された。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Influence of magnetic susceptibility and volume on MRI artifacts produced by low magnetic susceptibility Zr-14Nb alloy and dental alloys (2020)
  • Author(s): Kajima Y, Takaichi A, Tsutsumi Y, Hanawa T, Wakabayashi N, Kawasaki A.
  • Journal Title: Dental Materials Journal Volume: 39 Issue: 2 Pages: 256-261
  • DOI: 10.4012/dmj.2018-426
  • NAID: 130007822710
  • ISSN: 0287-4547, 1881-1361
  • Year and Date: 2020-03-27
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of heat treatment on the microstructure and fatigue strength of CoCrMo alloys fabricated by selective laser melting (2019)
  • Author(s): Seki Erina、Kajima Yuka、Takaichi Atsushi、Kittikundecha Nuttaphon、Cho Hla Htoot Wai、Htat Hein Linn、Doi Hisashi、Hanawa Takao、Wakabayashi Noriyuki
  • Journal Title: Materials Letters Volume: 245 Pages: 53-56
  • DOI: 10.1016/j.matlet.2019.02.085
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of heat-treatment temperature on microstructures and mechanical properties of Co?Cr?Mo alloys fabricated by selective laser melting (2018)
  • Author(s): Kajima Yuka、Takaichi Atsushi、Kittikundecha Nuttaphon、Nakamoto Takayuki、Kimura Takahiro、Nomura Naoyuki、Kawasaki Akira、Hanawa Takao、Takahashi Hidekazu、Wakabayashi Noriyuki
  • Journal Title: Materials Science and Engineering: A Volume: 726 Pages: 21-31
  • DOI: 10.1016/j.msea.2018.04.048
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effect of adding support structures for overhanging part on fatigue strength in selective laser melting. (2017)
  • Author(s): Yuka Kajima, Atsushi Takaichi, Takayuki Nakamoto, Takahiro Kimura, Nuttaphon Kittikundecha, Yusuke Tsutsumi, Naoyuki Nomura, Akira Kawasaki, Hidekazu Takahashi, Takao Hanawa, Noriyuki Wakabayashi.
  • Journal Title: Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. Volume: 11 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1016/j.jmbbm.2017.11.009
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Effect of Preheating Treatments on Interfacial Reaction between Dental Porcelain and Low Magnetic Susceptibility Zr-14Nb Alloy. (2018)
  • Author(s): Takaichi A, Kajima Y, Doi H, Hanawa T, Wakabayashi N.
  • Organizer: The AVS Pacific Rim Symposium on Surfaces, Coatings and Interfaces
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Surface Characteristics and Corrosion Behavior of CoCrMo Alloys Fabricated by Selective Laser Melting after Various Heat Treatments. (2018)
  • Author(s): Kajima Y, Takaichi A, Oishi T, Kittikundecha N, Tsutsumi Y, Nomura N, Hanawa T, Wakabayashi N, Kawasaki A.
  • Organizer: The AVS Pacific Rim Symposium on Surfaces, Coatings and Interfaces
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] レーザー積層造形法における異方性制御を目的とした熱処理条件の検討 (2018)
  • Author(s): 加嶋祐佳，髙市敦士， Nuttaphon Kittkundecha， 蘆田茉希，野村直之， 塙隆夫， 若林則幸 ，川崎亮.
  • Organizer: 日本金属学会 2018 年秋期 （第 163 回） 講演大会
• [Presentation] レーザー積層造形法で製作したCoCrMo合金への熱処理条件の検討． (2018)
  • Author(s): 加嶋祐佳，高市敦士，Nuttaphon Kittkundecha，野村直之，塙隆夫，若林則幸，川崎亮．
  • Organizer: 日本バイオマテリアル学会東北ブロック講演会
• [Presentation] レーザー積層造形法で製作した Co-Cr-Mo合金への熱処理の有効性の評価. (2018)
  • Author(s): 加嶋祐佳，高市敦士，高橋英和，若林則幸.
  • Organizer: 日本補綴歯科学会 第127回学術大会
• [Presentation] レーザー積層造形法で製作したCo-Cr-Mo合金の異方性緩和を目的とした熱処理条件の検討 (2018)
  • Author(s): 加嶋祐佳，高市敦士，中本貴之，ナタポン キットクンダシャー ，野村直之，高橋英和，塙隆夫，若林則幸，川崎亮..
  • Organizer: 金属学会2018年春期講演大会
• [Presentation] レーザー積層造形法で製作したコバルトクロム合金の異方性制御に有効な熱処理条件の検討. (2017)
  • Author(s): 加嶋祐佳，高市敦士，中本貴之，ナタポン キットクンダシャー ，野村直之，高橋英和，塙隆夫，若林則幸，川崎亮.
  • Organizer: 第70回日本歯科理工学会学術講演会
• [Presentation] レーザー積層造形法においてオーバーハング部へのサポート構造の付与が疲労強度に与える影響. (2017)
  • Author(s): 高市敦士，加嶋祐佳，中本貴之，堤祐介，野村直之， 高橋英和，塙隆夫，若林則幸.
  • Organizer: 第70回日本歯科理工学会学術講演会
• [Presentation] 積層造形体の疲労強度に与えるサポート構造の影響. (2017)
  • Author(s): 加嶋祐佳，高市敦士，高橋英和，若林則幸.
  • Organizer: 日本補綴歯科学会 第１２６回学術大会