Development of a vectorial induction device for biomedical tissues using high-resolution magnetic circuit

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K20081
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 高田 雄京 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (10206766)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 清水 良央 東北大学, 歯学研究科, 助教 (30302152) ; 高橋 正敏 東北大学, 歯学研究科, 助教 (50400255)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2021-03-31
• Keywords: γ相 / 窒素 / 磁性ステンレス鋼 / 磁気回路 / 非磁性ステンレス鋼 / 固溶

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、同一素材を利用して磁性/非磁性の磁気回路の開発を試み、組織誘導デバイスや磁性アタッチメントに応用することを進めてきた。一昨年までは、磁性ステンレス鋼に窒素を固溶させた非磁性のγ相を形成し、磁性/非磁性を作ることを試みたが、レーザーによる融解によって固溶した窒素が噴出し、十分な結果が得られなかった。そこで今年度は、課題の解決策として、高温マスキング処理を利用した磁性/非磁性ハイブリッド素材を考案した。現在までのプロトコルとは異なり、フェライト系ステンレス鋼の基材の表面に高温マスキング材を塗布し、目的の形状になるように局部的に剥離することで、非磁性にする部分をそのマスキング材に描画する。描画後の基材に窒素固溶処理を施すことで、剥離部のみを非磁性化し、磁性/非磁性ハイブリッド構造を得る方法である。還元雰囲気でも安定で、1150～1200℃の高温で窒素固溶を遮断できるマスクキング材の開発が不可欠となったため、エリンガム図から2Pa前後まで安定な大気焼成による酸化皮膜、市販の高温マスキング材、0.01Paの真空中でも安定なクロムの酸化皮膜をマスキング材として選び、高温還元雰囲気での安定姓を調べる実験を行った。0.04Paまで真空引きした後、窒素を0.1MPaとした雰囲気中で1150℃に3時間加熱する条件では、5～10μmのクロム皮膜を900℃で30分以上大気焼成した酸化クロム皮膜が窒素の固溶を遮断し、窒素固溶処理によっても磁性を示すことがわかった。さらに、10μm厚のクロムメッキした磁性ステンレス鋼を大気焼成なしで窒素固溶処理したところ、同様に磁石に吸着し、窒素固溶を阻害するマスキング材として機能することが明らかになった。