2016 Fiscal Year Research-status Report
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16K05974
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
吉原 正一郎 山梨大学, 総合研究部, 教授 (00311001)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | マグネシウム / 腐食 / 結晶粒 / ECAP加工 / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【１結晶粒径・ひずみ量による腐食挙動の確認】(1)ECAP法によって材料内の結晶粒が微細化加工されたAZ31マグネシウム合金を得ることに成功した．腐食溶液（NaCl水溶液）中における浸漬試験を実施し，一定期間後の腐食量を温度，結晶粒径の観点から定量的に評価した．AZ31の腐食量に対しては，結晶粒や材料内部の状態に変化を及ぼす温度条件等の腐食因子が大きく影響を及ぼすことを確認した．腐食形態については，局部腐食の一種である糸状腐食および孔食を確認した．(2)純MgのECAP材は焼鈍材の平均結晶粒径(400μm～500μm)と比較して，ECAP後は20μm ～ 80μm と結晶粒は微細化された．ECAP後，再結晶温度以下での応力除去焼鈍を実施したが結晶粒の成長は確認されず，適切に回復挙動のみ生じさせることが出来た．X線回折による残留応力測定で，熱処理材、応力除去焼鈍材との比較から，ECAP材内部に最も大きな残留応力が存在することを確認した．その後，ECAP後に応力除去焼鈍を行うことで，結晶粒径に変化なく、残留応力は低減できることを確認した．一方，NaCl水溶液中における一定期間の浸漬試験の結果，ECAP材の質量損失量は他の条件に比べて高いことを確認し，ECAPを施した純マグネシウムおよびAZ31における腐食挙動やECAP加工プロセス中に生じた腐食因子である残留応力との関係が示された．AZ31の材料強化及び腐食挙動に対するECAP加工条件の影響を確認し、耐食性制御への可能性を見出した．
【２表面性状による腐食挙動の影響】異なる表面性状を有するMg合金の腐食挙動の差異を確認した．表面性状が粗い材料ほど腐食電位が低くなる傾向を確認し，その耐食性は低くなることを明らかにした．
【３流体解析】構造解析と流体解析の連成によって，高精度な腐食予測シミュレーションの構築を予定し，その準備を行った．
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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
【１マグネシウム・マグネシウム合金の腐食実験】これまで，マグネシウム・マグネシウム合金の腐食挙動について，結晶粒径・表面粗さ・ひずみなどの各腐食因子の影響を実験より明らかにし、その制御方法について検討してきた．ECAP法を施した材料の引張試験を行い，基本となる機械的特性を明らかにした．表面性状については，山梨県産業技術センターの支援を受け、電気化学的試験を行うことで調査した．腐食速度の予測については，市販の腐食寿命予測ソフト（EVAN-Ⅱ）をもとに，これまでの実験から得られた各データから，腐食速度を予測するためのシステムの構築を試みている段階である．以上より，外部の公設機関の支援を頂き，順調に研究を進めている．従って，実験に関する進捗については，順調であると判断した．
【２流体シミュレーション解析】上記研究の実験準備と実験のために時間を大きく割いたことから，流体シミュレーション解析，並びに構造・流体の連成シミュレーション解析の進捗は遅れ気味である．しかし，2017年4月にアイルランド国ダブリン市立大学のBryan MacDonald准教授との打ち合わせで，解析作業についてご支援頂ける約束を頂いた．進捗に遅れの見られた本分野は，2017年度早々に実施予定である．
【３その他】本課題は，本学医学部との協力関係のもと進めている，本内容も生体吸収性ステントの使用想定環境等について，アドバイス・ご意見を頂いた．打ち合わせの中で，ZM21マグネシウム合金等のマグネシウム合金の中でも体内に害を及ぼす影響の少ないマグネシウム‐亜鉛系合金についても検討すべきとご指摘を頂いた．今後は研究対象にその種類の材料も加えて実験する予定である．
このように，本年度は外部からの支援を頂きながら実験を進めることができた．シミュレーション関連の進捗は遅れているが，総合的に判断すると，概ね順調である．
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| Strategy for Future Research Activity |
【１．異なる形状に対する流体解析】これまで，流体・構造の連成解析の準備を進めてきた．今後は，ステント形状において，どのようなせん断応力がステント材料に作用するか，シミュレーションを用いて検証する．具体的には，ステント形状は円管とは異なり複雑な形状であるため，材料にどのような負荷，例えばせん断応力分布が呈されるかを検証する．その結果から，応力が緩和できる条件，設計変更の指針を示す．可能であれば，実際にステントを製作し，解析結果との比較検討を行う．
【２．摸擬血液等によるマグネシウム・マグネシウム合金の腐食試験】腐食挙動は材料の表面性状，材料の結晶粒，熱処理（残留応力）による効果が大きいことを確認し，それを踏まえ，①浸漬試験によってそれらのパラメータについて詳細にデータを取得し，データベースを作成する．②流動下における腐食挙動を調査し，流体が材料腐食に及ぼす影響を調査する．腐食液はRPMI-1640培地を適用する．材料は，マグネシウム，およびマグネシウム合金AZ31ならびに亜鉛との合金を対象予定とする．評価項目は，質量損失量，酸素濃度，pH値等とする．実験結果とシミュレーション結果を比較し，定量的な評価を行う．
【３．研究実績の公表】以上の実績を国内の学会（軽金属学会・日本機械学会など），国際会議で公表するとともに，国内の雑誌へ査読付き論文として投稿することを目指す．
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Research Products
(10 results)
