2016 Fiscal Year Annual Research Report
Multi-functionalization of biomedical Zr-based alloys by combining additive manufacturing with plastic deformation
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15H04140
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
野村 直之 東北大学, 工学研究科, 准教授 (90332519)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 生体・医療・福祉材料 / MRI対応低磁性合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、「レーザ積層造形法」と加工誘起変態による機能発現のための「塑性加工」を融合させた加工プロセスを提案し、MRIアーチファクトを抑制でき、かつ低弾性特性を示す生体用低磁性Zr合金の開発を行うことを目的としている。力学的機能において信頼性の高い金属材料にとって、MRIアーチファクトを低減することは喫緊の課題である。本研究ではレーザ積層造形法により低磁性Zr合金を造形した後、塑性加工により低弾性機能を発現させることを目指している。今年度（H28年度）においては、昨年度に引き続き、レーザ積層造形用Zr-Nb-Sn合金粉末の作製とその特性評価、ならびに積層造形体作製を行った。
今年度は、積層造形用のZr-Nb-Sn合金粉末の作製において課題となっていた粉末の凝集を解砕することに成功し、レーザ積層造形用の球形を得ることに成功した。これと同時にサテライト粉末の除去を行うことができ、流動性が向上した。この粉末を用いて直径６mm高さ６mmの円柱状試料および2.5mm×2.5mm×30mmの直方体形状の造形体を作製した。レーザ出力、走査速度、ハッチ間隔を調整することにより相対密度99.5%以上の造形体を得ることに成功した。EBSD測定の結果から、造形体の結晶配向が作製条件により変化することが明らかとなった。造形体の主要構成相はβ相であるが、僅かにω相の存在が認められた。造形体の磁化率は純ジルコニウムとほぼ同等であり、チタンと比較して低い値を維持できることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本課題においては、合金粉末作製、積層造形体の作製、造形体の塑性加工、という3つの加工プロセスを経る必要があるが、初年度、合金粉末作製において障壁であった、粉末の凝集を解砕する方策を見出したことから、積層造形体の作製につながり、得られた造形体の相対密度制御が可能となり造形体を得る道筋が得られた。また、曲げ試験により機械的性質の評価が可能となり、今後の塑性加工への道筋が得られたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度の成果より得られた積層造形条件を用いて丸棒形状のZr-Nb-Sn合金造形体を作製し、これにスウェージ加工を行う。加工材に対して、自由共振型弾性率測定装置により弾性率を、磁気天秤により磁化率を測定する。これにより弾性率および磁化率の変動傾向が明らかになり、積層造形体に必要な最低限度の塑性変形量を見積もることができる。
X線回折装置（XRD）、結晶方位解析装置付走査型電子顕微鏡（SEM-EBSD）、透過型電子顕微鏡（TEM）を用いて組織観察および相の同定を行う。特に、加工に伴う結晶配向の変化について詳細に調べる。
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