2016 Fiscal Year Annual Research Report
Zr合金のマルテンサイト変態の材料学的基礎の確立と新規生体用形状記憶合金の開発
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16H04514
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
金 へよん 筑波大学, 数理物質系, 教授 (20333841)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | マルテンサイト変態 / Zr合金 / 生体材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
AlおよびSnを3～5 at.%の範囲で添加したZr-Nb-(Al, Sn)合金をアーク炉で溶解してインゴットを作製した。均質化処理及び溶体化処理を行い、最終圧延率80%または95%まで冷間圧延を行った。合金の冷間加工性はNbの増加に伴い向上する傾向を示した。β相単相領域で溶体化熱処理を施し、結晶構造、微細組織、機械的特性評価を行った。溶体化処理材の相同定を行った結果、Al添加材ではNb濃度が9 at.% まではβ相と斜方晶のマルテンサイト相であるα”相が共存し、9.5 at.%Nb以上の組成でβ相単相を示した。Sn添加材の場合は、9 at.%Nb以上の組成でほぼβ相単相を示した。また、Sn添加材ではα相以外にZr3Snの金属間化合物が形成された。Zr3Sn の消滅温度はSn濃度により異なり、3Snおよび4Sn合金では1173 K、5Sn合金では1273 Kの熱処理で全ての組成においてβ相とマルテンサイト相の2相状態になった。透過型電子顕微鏡によるβ相の内部組織観察の結果、β相中に存在する非熱的ω相の形成量は、Nb濃度およびSn濃度が増大するにつれて減少した。またAlも非熱的なω相の抑制に有効であった。特定の組成範囲においてZr-Nb-(Al, Sn)合金で応力誘起マルテンサイト変態の発現が確認できた。しかし、チタン系合金に比べて変態のヒステリシスが大きいことが分かった。またAl添加材では、3Al合金では9.5～10.5Nbにおいて、4Al合金では9～10Nbにおいて、5Al合金では9～10Nbにおいて形状記憶効果が確認できた。Sn添加材においてもNbとSn濃度の調整により形状記憶効果が発現することを見出した。
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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
Zr-Nb系合金の結晶構造、微細組織、機械的特性に及ぼすSnとAlの影響を系統的に調査し、形状記憶効果を示す新規β型Zr合金系を見出した。また、Zr合金のマルテンサイト変態について新たな知見が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
変態・変形特性、マルテンサイト相の結晶構造およびマルテンサイト相の内部組織に与える各添加元素の影響をより詳細に調べる。超弾性および形状記憶効果を示す組成範囲を明確にし、合金設計指針を明らかにする。また、Zr合金のマルテンサイト変態の材料学的基礎を確立する。
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