2015 Fiscal Year Research-status Report
レーザー加熱相変態を利用した制菌傾斜機能合金の開発：アンカースクリューへの応用
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15K15717
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高橋 正敏 東北大学, 歯学研究科(研究院), 助教 (50400255)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高田 雄京 東北大学, 歯学研究科(研究院), 准教授 (10206766)
天雲 太一 東北大学, 歯学研究科(研究院), 助教 (80451425)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | Ti-Ag合金 / 機械的性質 / 生体適合性 / 制菌性 / 組織制御 / 傾斜機能 / 矯正用アンカースクリュー / チタン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、レーザー局所加熱相変態を利用してTi-Ag合金を組織制御し、αプライム相（生体適合性優位）から共析組織（制菌性優位）へ金属組織を連続的に変化させた、制菌性傾斜機能合金の開発および矯正用アンカースクリューへの応用を試みる。平成２７年度は、チタンに銀を22.5、25、27.5、30 mass%添加したTi-Ag合金を設計し、それら合金インゴットの試作を行った。そして、試作したTi-Ag合金の機械的性質（引張強さ、耐力、伸び、硬さ、ヤング率）を調べ、X線回折試験により合金相を同定した。
【合金インゴットの試作】金属元素を設計した合金組成となるようにスポンジチタン（>99.8%）と銀粒(>99.9%)を秤量し、アルゴンアーク溶解炉を用いて溶解して、ボタン状の合金インゴットを溶製した。【試料の作製】引張試験用のダンベル型試験片と、硬さ、弾性率、X線回折試験用の板状試験片を、歯科用チタン鋳造機で製作した。【機械的性質】引張試験は、直径3 mm、標点距離15 mm、引張速度0.5 mm/min、室温の条件で行った。硬さ試験は、荷重1.961 N、荷重時間30 sの条件で行った。ヤング率の測定は、超音波パルス法で行った。X線回折試験は、管電圧30 kV、管電流10 mAの条件でCu Kα線を用いて行った。引張強さと耐力は、Ti-25 mass% Ag合金が最も大きかった。また、そのとき延性を示した。硬さとヤング率は、添加量の多いものほど大きかった。X線回折と金属組織観察の結果から、Ti-Ag合金の強さと硬さの向上には、固溶強化と金属間化合物の析出に加え、共析組織が関与していることを明らかにした。
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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
銀の添加量30 mass%までのTi-Ag合金の機械的性質と金属組織を調べ、組成と合金相と機械的性質の関係を明らかにした。その成果は原著論文として英文誌に受理された。これまでの結果から、組織制御するTi-Ag合金のベース組成と、目指すべき金属組織が決定した。
また、圧延機を用いたインゴットの圧延加工（冷間加工）の予備実験により、加工度と硬さの関係や、割れや裂けの発生する限界加工度を知った。組織制御の実験は概ね予定どおりである。今年度は、高ひずみを与えたTi-Ag合金の真空熱処理を行い、組織の微細化を試みる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
【圧延加工】圧延機を用いたTi-Ag合金インゴットの圧延加工を、割れや裂けの発生する限界加工度まで段階的に上げながら行う。各加工度における硬さと金属組織を調べ、加工度との関係を検討する。【真空熱処理】圧延により強加工したTi-Ag合金に対し、再結晶による結晶粒微細化と、共析反応によるTi2Ag の分散析出を目指し、真空熱処理を行う。熱処理温度と処理時間をパラメーターとする。X線回折と金属組織観察により組織制御を評価する。【レーザー加熱熱処理】真空熱処理により組織制御されたTi-Ag 合金に対し、レーザー溶接機を用いてAr ガスフロー環境でレーザー光を照射し、局所加熱熱処理を行う。印加電圧、周波数、パルス幅、ビーム径をパラメーターとする。X線回折と金属組織観察により組織制御を評価する。
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| Causes of Carryover |
Ti-Ag合金について、先ずは組成と金属組織、機械的性質の関係を明らかにすべきと考え、最も費用のかかる熱処理を２８年度に先送りしたためである。このおかげで、目指すべき金属組織やベースとなる組成が熱処理に先行して決定したため、試行実験を最小限に押さえることができ、効率化できたと考えている。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初の予定通り、熱処理に必要な消耗品類と、大量に必要となるTi-Ag合金の材料に使用する。
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