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2005 Fiscal Year Annual Research Report

単純加工によるチタン系金属材料の高機能付加

Research Project

Project/Area Number 17760565
Research InstitutionToyohashi University of Technology

Principal Investigator

赤堀 俊和  豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (00324492)

Keywords生体用β型チタン合金 / バイオマテリアル / 強加工 / 加工熱処理 / 線引き材 / 超弾性特性 / 弾性ひずみ / 力学的特性
Research Abstract

現在、日本では、軽量かつ高強度を有すチタンおよびチタン合金が硬組織代替材料として注目されている。既存の生体用チタン糸材料としてα+β型チタン合金であるTi-6Al-4V ELI合金が主に使用されている。しかし、近年、その構成元素であるVが生体に対して毒性を示すことや、骨に対して同合金の弾性率が高く骨萎縮(老人の骨のようにやせ細る現象)など、その使用が疑問視されている。そのため、人にやさしくしなやかな新しい生体用金属材料の開発が急務とされている。そこで、生体に対して毒性を示さない元素で構成された新しい合金開発が行われ、我々の開発したTi-Nb-Ta-Zr系合金は、既存の生体用金属材料に比べ著しく低い弾性率を示すことが実証されている。また、これまでの研究において本合金系は、単純な加工および熱処理により、その諸特性が劇的に変化することが実証されている。しかし、そのメカニズムについては明瞭化されていないのが現状である。そこで、本研究では、単純加工後のミクロ組織の構造変化を調査・検討し、最適な組成および加工条件を見出すことにより、次世代の高機能材料の創製を目的とした。
・溶体化処理を施したTi-29Nb-13Ta-4.6Zr(TNTZ_<ST>)合金鍛造材のミクロ組織は,平均粒直径25μmをのβ単相であるのに対して,1.0mmに線引き加工したTNTZ_<ST>(TNTZ_<d1.0>)合金のそれは線引き方向に伸長した針状のβ結晶粒からなる。
・TNTZ_<d1.0>合金の弾性率(約50GPa)はTNTZ_<d0.3>合金(TNTZd_<d1.0>合金をさらに0.3mmに線引き加工)のそれ(約55GPa)よりやや小さい。
・TNTZ_<d1.0>合金およびTNTZ_<d0.3>合金の引張強さおよび0.2%耐力は,それぞれ740MPaおよび490MPa,800MPaおよび410MPaである.一方,TNTZ_<d1.0>合金およびTNTZ_<d0.3>合金の伸びはそれぞれ5%程度である。
・切欠き疲労試験(切欠きの応力集中係数:2.15)より得られたTNTZ_<d1.0>合金の疲労限は,250MPaである。
・TNTZ_<d1.0>合金およびTNTZ_<d0.3>合金の負荷・除荷曲線は,いずれも見かけの降伏後においても弾性変形領域が存在する特異な変形挙動を示す.この場合,TNTZ_<d1.0>合金およびTNTZ_<d0.3>合金の最大弾性ひずみ量は,それぞれ2.8%および2.9%であり,いずれもTNTZ_<ST>合金それの2倍程度の値を示す。

  • Research Products

    (9 results)

All 2005

All Journal Article (9 results)

  • [Journal Article] β型チタン合金(TNTZ)線引き材の力学的特性と変形挙動2005

    • Author(s)
      赤堀俊和, 新家光雄, 戸田裕之, 山内鴻之祐, 福井壽男, 小川道治
    • Journal Title

      日本金属学会誌 69・7

      Pages: 530-537

  • [Journal Article] Improvement in Fatigue Characteristics of Newly Developed Beta Type Titanium Alloy for Biomedical Applications by Thermo-mechanical Treatments2005

    • Author(s)
      F.Akahori, M.Niinomi, H.Fukui, M.Ogawa, H.Toda
    • Journal Title

      Mater.Sci.and Eng.C 25

      Pages: 248-254

  • [Journal Article] Effect of Ta Content on Mechanical Properties of Ti-30Nb-XTa-5Zr2005

    • Author(s)
      N.Sakaguchi, M.Niinomi, T.Akahori, J.Takeda, H.Toda
    • Journal Title

      Mater.Sci.and Eng.C 25

      Pages: 370-376

  • [Journal Article] Relationships between Tensile Deformation Behaviors and Microstructures of Ti-Nb-Ta-Zr System Alloys2005

    • Author(s)
      N.Sakaguchi, M.Niinomi, T.Akahori, J.Takeda, H.Toda
    • Journal Title

      Mater.Sci.and Eng.C 25

      Pages: 363-369

  • [Journal Article] Corrosion Resistance and Biocompatibility of Ti-Ta Alloys for Biomedical Applications2005

    • Author(s)
      Y.L.Zhou, M.Niinomi, T.Akahori, H.Fukui, H.Toda
    • Journal Title

      Materials Science and Engineering A 398

      Pages: 28-36

  • [Journal Article] Super Elastic Functional β Titanium Alloy with Low Young's Modulus for Biomedical Applications2005

    • Author(s)
      M.Niinomi, T.Akahori, K.Morikawa, T.Kasuga, H.Fuki, A.Suzuki, K.Kyo, S.Niwa
    • Journal Title

      Journal of ASTM International 2・6

      Pages: 1-16

  • [Journal Article] 生体用Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金の切欠き疲労特性2005

    • Author(s)
      赤堀俊和, 新家光雄, 大谷真史, 戸田裕之, 福井壽男, 小川道治
    • Journal Title

      軽金属 55・11

      Pages: 575-581

  • [Journal Article] Development of Ti-30 mass% Ta Alloy for Biomedical Applications2005

    • Author(s)
      Y.L.Zhou, M.Niinomi, T.Akahori, H.Fukui
    • Journal Title

      Proc.PRICM5 Vols.475-479,Nov.2-5

      Pages: 2309-2312

  • [Journal Article] 金属バイオインターフェイス2005

    • Author(s)
      新家光雄, 赤堀俊和
    • Journal Title

      バイオマテリアル 23・4

      Pages: 262-270

URL: 

Published: 2007-04-02   Modified: 2016-04-21  

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