2015 Fiscal Year Annual Research Report
生体内で自発的にポーラス化する革新的な複相化溶解性化合物インプラントの創成
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15H04146
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
萩原 幸司 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10346182)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 溶解性金属材料 / 金属間化合物 / Mg合金 / Ca合金 / 複相材料 / 結晶方位依存性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は我々がこれまでに明らかにしたMg-Ca-Zn三元系状態図に基づき，溶解性複相金属材料創成のための最適な二相合金作製に向けたトライアルを行った．10種以上の異なる組成を有する複相合金を高周波溶解法により溶製し，その組織形態をOM，SEMにより解析した．各合金中に発達した組織を解析したところ，1.電気化学的に卑な母相中に貴な第二相が析出，2. 電気化学的に貴な母相中に卑な第二相が析出，3.第二相が母相中にネットワーク上に連結して形成，という三分類が可能であった．この中で我々は2の形態を示す複相合金についてさらに検討を行った．この結果，特にCa3MgxZn15-x(IM1)とCa2Mg5Zn13(IM3)の二相合金において，特定の組成においては生体疑似溶液中への250時間以上の浸漬においてもバルク形態が保持されることが見出され，溶解性複相合金実現の可能性が実際に見出された．来年度以降，本合金の溶解挙動制御法についてさらに詳細に検討していく予定である．
さらに，この複相合金の溶解挙動を制御するための新たな方策として，一方向性凝固等による，結晶方位制御の可能性を我々は提案している．この点について詳細に明らかにすべく，本年度はまずそのモデル実験として，純マグネシウムおよびMg-Al，Mg-Cu固溶体合金に着目し，単結晶を用いることで溶解挙動の結晶方位依存性について評価した．この結果，例えば純Mg単結晶においては(0001)と(1012)面との間でおおよそ3.5倍もの溶解速度差があることが定量的に確認され，このことから結晶方位制御もMg合金溶解挙動制御の位置方策となり得ることを実証した．さらにMg-Al, Mg-Cu単結晶との溶解挙動比較から，Mg合金の溶解挙動が結晶方位依存性を示す起源として，アノード溶解挙動が方位依存性を示すことを明らかにし，その要因として，電荷移動抵抗，被膜抵抗が表面原子充填密度差に由来して方位依存性を示す可能性を提案した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
これまでの単相合金を用いた研究知見の蓄積を最大限に活用することで，溶解性複相合金実現のための候補材（化合物の組み合わせ）を既に見出すことに成功した．また結晶方位制御が溶解挙動制御の一方策となり得ることも本年度までに明らかにした．これらを組み合わせることで，広範な溶解挙動制御の実現が強く期待できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
複相合金の溶解挙動の更なる制御指針確立に向け，構成相の組成，および二相体積率，組織形態等が溶解挙動に与える影響について，理論，実験の両面から明らかにする．また結晶方位選択による溶解挙動制御の起源についてより詳細に明らかにすべく，純マグネシウム以外の合金等についても調査を進めるとともに，一方向性凝固等による複相材の集合組織制御の可能性についても同時に検討を進める．
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