高比強度・低弾性率を両立する構造・生体用チタン合金の添加元素近傍局所原子構造

• Project Area: 3D Active-Site Science
• Project/Area Number: 15H01040
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Utsunomiya University
• Principal Investigator: 山本 篤史郎 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40334049)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000); Fiscal Year 2016: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2015: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: チタン合金 / オメガ相 / 蛍光X線ホログラフィー / 局所構造解析 / 局所原子構造 / β安定化元素 / オメガ変態 / マルテンサイト変態

Outline of Annual Research Achievements

Ti-20Ta合金中のTa近傍局所構造解析のため，蛍光X線ホログラフィー実験をSPring-8のBL13XUビームラインにて室温で行った．
浮遊帯域溶融法で作製したTi-20Ta合金インゴットを円板状にスライスし，Arガスを満たした透明石英管内に封入し，均質化を850℃で48時間行った後，300℃で168時間熱処理を行った．別途同じ組成の多結晶試料を作製してX線回折実験を行い，この熱処理でTi-20Ta合金がほぼβTi単相となることを確認した．
蛍光X線ホログラフィー実験では，入射エネルギーは10.5keVから13.5keVまで0.5keVステップの7種類を用いた．ホログラムの測定には Ta Kα線を用いた．β相を構成する3種類の{111}原子面を積層順にA, B, C, A', B', C', A''...とする．このうち，BとC，B'とC'の一部が±1/12<111>だけ変位してそれぞれの中間位置に原子面MならびにM'を形成することによりω相が生じると考えられている．そこで，Ti-20Nb合金と同様に，Ta近傍の局所構造をβ相の{111}面とならびに相の(0001)面と平行な面で原子像を再生した．
原子面A, A', A''は概ね理想的な位置に原子像が再生された．B, M, C, B', M', C'の原子面はTi-20Nb合金と比較して，原子位置が理想的な位置から面内で変位した様子が観察された．
Ti-20Nb合金ではNbに最寄りの原子面Cの一部がω相生成時に原子面Mに変位せずにβ相の構造を保つ傾向があることを昨年度明らかにしたが，Ti-20Ta合金では原子面CからMへの変位が生じていた．つまり，Ti-20Ta合金中のTa近傍ではβ相だけでなくω相の構造も取り得ることから，β相安定化元素としての効果はNbより低いと言える．

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Local atomic structure near an Nb atom in aged β-Ti alloys (2017)
  • Author(s): T. Yamamoto, K. Hayashi, N. Happo, S. Hosokawa, H. Tajiri
  • Journal Title: Acta Materialia Volume: 131 Pages: 534-542
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2017.03.048
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] X-ray Fluorescence Holography for a Ti&#8211;Nb Binary Alloy Consisting of the Martensite, Austenite and Omega Phase (2016)
  • Author(s): T. Yamamoto, K. Hayashi, N. Happo, S. Hosokawa
  • Journal Title: Zeitschrift f&uuml;r Physikalische Chemie Volume: 230 Issue: 4 Pages: 509-517
  • DOI: 10.1515/zpch-2015-0670
  • NAID: 120006697253
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Pd-Cu-Ge三元系アモルファス合金蒸着膜の加熱中X線反射率その場測定 (2016)
  • Author(s): 小池 叡史, 山本 篤史郎, 須藤 和也
  • Organizer: 日本金属学会
  • Place of Presentation: 豊中市
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] Surface Roughness Change for Pd-Cu-Ge Metallic Glass Thin Films upon Glass Transition and Crystallization (2016)
  • Author(s): T. Yamamoto, K. Sudo, K. Okada
  • Organizer: PRICM9
  • Place of Presentation: 京都市
  • Year and Date: 2016-08-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In-situ X-ray reflectivity measurement upon heating for Pd-Cu-Ge amorphous thin films (2016)
  • Author(s): T. Yamamoto, E. Koike, K. Sudo
  • Organizer: ISMANAM2016
  • Place of Presentation: 奈良市
  • Year and Date: 2016-07-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Surface structural changes of Pd-Cu-Ge metallic glass thin films upon glass transition and crystallization (2016)
  • Author(s): T. Yamamoto
  • Organizer: THERMEC2016
  • Place of Presentation: Graz, Austria
  • Year and Date: 2016-05-29
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 蛍光X線ホログラフィー法によるTi-Nb合金単結晶中マルテンサイト相のNb近傍局所原子構造解析 (2016)
  • Author(s): 山本 篤史郎, 林 好一, 八方 直久, 細川 伸也
  • Organizer: 軽金属学会
  • Place of Presentation: 吹田市
  • Year and Date: 2016-05-28
• [Presentation] 蛍光X線ホログラフィー法によるTi-Nb二元系合金単結晶中ω相のNb元素近傍局所構造解析 (2015)
  • Author(s): 山本篤史郎，林好一，八方直久，細川伸也
  • Organizer: 軽金属学会
  • Place of Presentation: 日本大学生産工学部（千葉県習志野市）
  • Year and Date: 2015-11-22
• [Presentation] 蛍光X線ホログラフィー法によるTi-20Nb二元系合金中Nb元素近傍局所構造解析 (2015)
  • Author(s): 山本篤史郎，林好一，八方直久，細川伸也
  • Organizer: 日本金属学会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] Change in Static Coefficient of Friction for Pd-Cu-Ge Amorphous Thin Film upon Glass Transition and Crystallization (2015)
  • Author(s): K. Sudo, T. Yamamoto, K. Yamashita
  • Organizer: ISMANAM2015
  • Place of Presentation: パリ（フランス）
  • Year and Date: 2015-07-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Changes in Surface Roughness of a Pd-Cu-Ge Metallic Glass Thin Film upon Glass Transition and Crystallization (2015)
  • Author(s): T. Yamamoto, K. Okada, K. Sudo, K. Hayashi, K. Suzuki, M. Ito
  • Organizer: ISMANAM2015
  • Place of Presentation: パリ（フランス）
  • Year and Date: 2015-07-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] X-Ray Fluorescence Holography of Ti-20Nb β-Ti Alloy Single Crystals (2015)
  • Author(s): T. Yamamoto, K. Hayashi, N. Happo, S. Hosokawa
  • Organizer: WE-Heraeus Seminar
  • Place of Presentation: Bad Honnef（ドイツ）
  • Year and Date: 2015-04-27
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] プレスリリース
  • URL: http://www.utsunomiya-u.ac.jp/docs/UU_press_20170428.pdf
• [Remarks] 材料組織制御学研究室（山本研究室）
  • URL: http://malt.mech.utsunomiya-u.ac.jp/toku_lab/