2018 Fiscal Year Annual Research Report
Novel development of the highly-functional super lightweight bcc-structured Mg-Li alloy via crystallographic orientation control
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18H01736
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
萩原 幸司 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (10346182)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | Mg合金 / 強度 / 耐食性 / 結晶方位依存性 / 組織制御 / 単結晶 / 生体材料 / 弾性率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超軽量構造材料，さらにはステント等の生体内溶解性デバイス材料といった新材料としての期待されるMg-Li合金において，その利用普及に向けた問題点である強度不足，生体内での高溶解速度，といった特性改善を実現すべく，本研究では，申請者が作製法を確立した「bcc型単結晶」を用い，塑性変形挙動，弾性率，溶解挙動といった各種物性量の「結晶方位依存性」，さらにその「合金組成による制御法」を定量的に明らかにすべく検討を進めている．
この実現のため本年度は具体的にbcc型Mg-Li合金に，第三元素として異なる量のAlを添加した各種Mg-Li-Al合金単結晶の作製に成功し，その塑性変形挙動の結晶方位，Al濃度依存性を明らかにした．この結果，Al濃度の上昇に伴い，bcc型Mg-Li合金単結晶の強度が飛躍的に向上すること，またこれに付随して塑性挙動の結晶方位依存性が大きくなることを見出した．この要因について，転位構造の観点から考察を行うとともに，Al添加に伴う微視的組織変化の可能性についても現在考察を進めている．さらにAlのみならず，Sc, Zn, Y,といった他元素の添加による組織，力学特性についても評価を行った．
さらに生体材料としての使用を目指した生体疑似溶液内での溶解挙動評価に関してはまずbcc構造を有するMg-Li二元系単結晶について検討を行った．この結果hcp構造を有する純Mg単結晶同様に，溶解速度が顕著な結晶方位依存性を示すことを世界に先駆けて明らかにした．またこの異方性発現の起源について，電荷移動抵抗，被膜抵抗それぞれの結晶方位依存性の観点から，考察を進めた．得られたこれら成果について，現在論文発表に向けた準備を進めている．
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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
上述のように，当初の研究計画に従い，遅延なく研究が着実に進捗しつつある．この中で，Al添加による強度上昇は，当初の期待を超えた著しいものであり，その起源をより詳細に明らかにするとともに，更なる特性向上に向け，特に注目して今後検討を進める予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は昨年度得られた成果を基に，さらにbcc型Mg-Li単相単結晶の力学特性，溶解挙動の，組成に依存した結晶方位依存性の挙動変化の詳細解明，さらにはhcp/bcc複相化による更なる高機能化の可能性について検討する．
具体的には，＊Mg-Li二元系におけるLi濃度の変化，ならびに昨年度の知見を基にbcc型Mg-Li合金にX,Y二元素 (X, Y=Al, Sc, Zn, Y，Ga etc.)を同時添加した多元系単結晶，ならびに多結晶の作製を行い，その組織評価を行う．＊走査型電子顕微鏡(SEM)，透過型電子顕微鏡(TEM)等を用いた観察を通じた，合金組成，温度に存した時効による組織変化の合金濃度依存性について，挙動変化の支配因子を解明する．＊上記単結晶，多結晶を用いたビッカース硬度試験，ならびに圧縮・引張試験，による，力学特性評価を行う．＊単結晶を用いた圧縮試験，ひずみゲージの併用による，bcc型各種単結晶の弾性率の結晶方位依存性の定量評価を行う．＊動電位分極測定・交流インピーダンス解析・水素発生量解析・溶出イオン量解析等を通じた，生体疑似液中での溶解挙動の結晶方位について，合金組成の影響についてより詳細に注目した検討を進める．（本年度は新たに，bcc単結晶のみならず，hcp単結晶についても検討を進める．）＊ブリッジマン法の適応により，hcp/bcc複相合金の組織制御法を確立する．この際合金組成と組織形態を明らかにするとともに，これに付随した力学応答，変形機構の変化を明らかにする．
上記を通じ，最終年度における従来にない著しい高特性を発揮させるための最適組織制御法を確立するための指針を明らかにする．
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