2019 Fiscal Year Annual Research Report
New Biomaterial -Development of Co-based Superelastic Alloy-
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18K18933
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大森 俊洋 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60451530)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | マルテンサイト変態 / 超弾性 / 形状記憶合金 / 生体材料 / コバルト合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Co-Cr-Al-Si合金における変態歪の方位依存性を計算により求めた。本合金の母相はL21構造、マルテンサイト相はD022（2M）構造であり、Lattice Deformationを変態歪として計算した。異方性は大きく、形状記憶特性は変形時に結晶粒間の拘束の影響を強く受けると考えられる。これを避けるためには、結晶粒を試料断面よりも大きくすることが有効であることがCu系やFe系合金でわかっており、単結晶において最も優れた形状記憶特性を示す。そこで、サイクル熱処理法による異常粒成長を利用した結晶粒粗大化、単結晶化の可能性を調査した。サイクル熱処理法はCu系などで見いだされた手法であり、高温の単相域と低温の二相域の間を繰り返し熱処理するシンプルな熱処理であり、凝固による結晶育成に比べて量産性が高い。本合金系においてもサイクル熱処理法による結晶粒粗大化が見られ、本手法が適用可能であることがわかった。
サイクル熱処理法で作製した単結晶試料を用いて、様々な温度で超弾性試験を行った。通常、マルテンサイト変態誘起応力の温度依存性は正であるが、Co-Cr-Al-Si合金は室温近傍以下において負の温度依存性を示すことがわかった。Clausius-Clapeyronの関係から、母相とマルテンサイト相のエントロピー変化の大小関係が逆転したためと考えられる。熱分析と上記試験結果を用いてClausius-Clapeyronの関係から推定したエントロピー変化から、このことを確認することができた。このような特異な挙動は母相が強磁性になることに起因すると考えられる。本合金は優れた超弾性を示し、高いCr濃度を有して耐食性にも優れることから、初めてのCo-Cr系生体用超弾性として有望である。
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