2019 Fiscal Year Annual Research Report
High performnce functionalization of Zr alloys to decrease MRI artifact
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19H04464
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
塙 隆夫 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 教授 (90142736)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
蘆田 茉希 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (50708386)
中石 典子 (寺田) 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 技術職員 (60374550)
陳 鵬 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (70708388)
野村 直之 東北大学, 工学研究科, 教授 (90332519)
堤 祐介 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主席研究員 (60447498)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ジルコニウム合金 / 機械的性質 / 結晶組織 / 耐食性 / 細胞適合性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、Zr合金の結晶組織、機械的性質、磁化率、耐食性、安全性、組織適合性の関係を明らかにした上で、MRI対応型Zr多元合金に関する学術基盤を創出するものである。
今年度は、Zr合金の耐食機構を明らかにするため、Zr-14Nb-5Ta-1Mo合金の耐食性を評価した。Zr-14Nb-5Ta-1Mo合金鍛造材のアノード分極試験の結果、孔食電位は1.5 V以上あり、純Zrと比較して良好な耐食性を示すことがわかった。しかし、不働態保持電流密度が一定ではなく電圧の上昇に伴いわずかに減少する特異な腐食挙動を示し、各添加元素に対してもアノード分極試験を行ったところ純Moの耐食性が低いことが明らかになった。したがって、この特異な腐食挙動にはMoが関係していると考えられ、Moを抜いた三元系Zr-Nb-Ta合金についても調べる必要が生じた。
試料は、Zr-14Nb-5Ta-1Mo合金とZr-14Nb-5Ta合金の熱間鍛造材および鋳造材の丸棒材を用いた。試験溶液は、生体内環境を模擬するために生理食塩水（0.9mass% NaCl水溶液）を使用し、試験温度を310 Kとし、アノード分極を行った。また、機械的性質、結晶組織、磁化率の評価を行った。
Zr-14Nb-5Ta合金鍛造材は、Zr-14Nb-5Ta-1Mo合金鍛造材と同様に低磁化率、低ヤング率、良好な引張特性を示すが、ベータ相安定化元素であるMoを除いたことにより、わずかにオメガ相量が増加するため、引張強さが向上し磁化率が減少する。鍛造材では、Zr-14Nb-5Ta合金の方が耐食性に優れていた。鋳造材では、明確な耐食性を評価できなかった。Moは高融点であり溶解作業を難解にしており、Moを除いても同等以上の性能が得られるのであれば、Moを添加する必要はないと考えられる。
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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
Zr-14Nb-5Ta-1Mo合金鍛造材のアノード分極試験の結果、孔食電位は1.5 V以上あり、純Zrと比較して良好な耐食性を示すことがわかった。しかし、不働態保持電流密度が一定ではなく電圧の上昇に伴いわずかに減少する特異な腐食挙動を示し、各添加元素に対してもアノード分極試験を行ったところ純Moの耐食性が低いことが明らかになった。したがって、この特異な腐食挙動にはMoが関係していると考えられ、Moを抜いた三元系Zr-Nb-Ta合金についても調べる必要が生じた。この課題に対して、結晶組織、機械的性質、磁化率、耐食性を多角的に評価した結果、合金成分からMoを除いても影響のないことが示され、今後の研究推進に大いに役立つ結果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はZr-14Nb-5Ta合金にについて、スエージング冷間加工材についての、結晶組織及び機械的性質を評価するとともに、細胞適合性についても明らかにしてゆく。これらのデータを基に、MRIアーチファクトを低減する低磁性Zr多元合金の学術基盤の構築を目指す。
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