2018 Fiscal Year Research-status Report
特異点制御を活用した構造材料の新創製プロセスの開発と医療デバイスへの応用
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18K18962
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
飴山 惠 立命館大学, 理工学部, 教授 (10184243)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 生体材料 / 選択的再結晶 / 双晶変形抑制 / β安定化元素 / 高強度化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、構造材料の微細組織内に「特異点」を人為的に創り出し、常識を覆す革新的な力学特性を持つ「調和組織材料」をさらに高機能化する手法の開発に挑戦し、その成果を医療デバイス作製に応用することを目的としている。
社会基盤の骨格とも言える構造用金属材料には、高い強度と大きな延性が同時に要求される。しかし、これまで金属材料の強度と延性は両立しない性質であり、両者は二律背反であることが常識であった。これに対し、研究代表者は、これまでの常識を覆し「強さと延性・ねばさが両立する調和組織材料」を創り出すことに世界で初めて成功した。本研究課題の「挑戦・その１」は、「調和組織材料」という新しい概念の構造材料設計の実用化を目指して、これまで構造材料にとっては破壊の起点となるため忌避されてきた「応力集中」を、あえて積極的に活用して高機能材料創製に結びつけようとする点である。
2018年度は、このような目的でTi-25Nb-25Zr（TNZ)合金、純Ti、SUS304Lオーステナイト系ステンレス鋼に対し、調和組織制御、ならびに加工熱処理を行った。その結果、TNZ論文合金では、ボールミリング中にFeを少量添加することで双晶変形を抑制し、高強度化させることに成功した。すなわち、低ヤング率を持ちながら高強度化できることを実証した。この研究成果から、特許出願を行った。
また、純Ti、ならびにSUS304Lでは、繰り返す加工熱処理、通常の加工熱処理のいずれにおいてもShellに応力集中して転位が蓄積し、その後の熱処理で再結晶することで高強度化させることに成功した。
これらの結果は、調和組織材料が有する特異点制御がいずれの材料においても可能であることを示唆している。また、通常の低炭素鋼に対しても特異点制御の観点からの調和組織制御と熱処理を適用し、これまでにない相変態挙動を見いだしたと同時に、高強度高靱性を実現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
特異点制御に関連して2件の特許申請を行うことができたため。
Ti-25Nb-25Zr合金について、調和組織制御とチタン合金のβ安定化元素添加を組み合わせることで、低ヤング率を有しながらも高強度化を達成することができ、この研究成果から特許申請につなげることができた。現在、「双晶変形が抑制されたチタン合金の製造方法及びチタン合金」と題して特許出願中である。2018-056は特願2019-038687
さらに、低炭素鋼の特異点制御に関連した高強度高靱性化に関する特許も申請した。
「炭素含有鉄合金材の製造方法及び炭素含有鉄合金材」2018-157141
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| Strategy for Future Research Activity |
生体適合性に優れるTi-25Nb-25Zr合金については、調和組織制御とβ安定化元素添加の組み合わせを探索し、寄り高強度を有し、しかも、低ヤング率を維持できる合金系の探索を進める。さらに、Fe、Sn等の合金元素を添加し、Ti、Nb、Zr、Fe、Sn等の元素の等原子分率を有する高エントロピー合金の創製を試みる、高エントロピー合金は耐食性に優れるため、生体適合性に優れることが期待できる。
今後、さらに、純Ti、SUS304L、Co-28Cr-6Mo、低炭素鋼の各材料について、調和組織制御と加工熱処理を基本とする特異点制御を行い、組織形成メカニズム、力学特性等について詳細な検討を行う。
これらの研究を通じ、特異点制御による高機能医療用デバイスの実現を目指す。
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| Causes of Carryover |
2019年3月1日～3日に開催したヘテロ構造材料に関する国際シンポジウムでの支出に差額が生じたため。
年度末であったことから次年度に繰り越した。
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Research Products
(10 results)
