2020 Fiscal Year Annual Research Report
豊かな老後を護る医療用超高強度・低弾性率ヘテロナノ純チタンの開発
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20H00305
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
三浦 博己 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30219589)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
下川 智嗣 金沢大学, 機械工学系, 教授 (40361977)
渡邊 千尋 金沢大学, 機械工学系, 教授 (60345600)
青柳 吉輝 東北大学, 工学研究科, 准教授 (70433737)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 超微細粒 / 超高強度純チタン / MDF / 加工熱処理 / 力学特性 / 分子動力学 / マルチスケール結晶塑性シミュレーション / 医工連携 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
工業用純チタン(2種)に多軸鍛造(Multi-Directional Forging/MDF)後に平圧延，溝ロール圧延を適用し，板材とワイヤーを作製した．板材は，引張強度900MPa以上と塑性伸び15%前後の優れた機械的特性を有していた．一方，溝ロール圧延材は，ほぼ同等以上の引張強度を有していた．この中で特性が安定して大量に作りやすい板材を金沢大に送付し，各種特性調査を行って頂いた．その結果，i) 板材には力学的特性の異方性がある事，ii) 機械的特性に大きな結晶粒径依存性がある事，iii) 比較的低温で再結晶が起こり，当時首細粒名変化する事，等が明らかとなった．
また，実験によって得られた各種結晶塑性・力学的特性情報を金沢大と東北大の計算グループに提供し，その変形挙動と特性発現機構についてシミュレーションを行って頂いた．その結果，ヘテロナノ超微細粒チタンの塑性変形は，主として変形双晶の形成と粒界からの転位放出によってまかなわれている可能性が示唆された．さらに，より高強度化するためには，底面が板材圧延面と平行，底面が棒材長手方向と平行である事が望ましいが，その場合，ヤング率が高くなってしまうことも示された．
一部MDF材は，医科歯科系大学の研究室に提供され，フッ素溶液に対する耐食性と歯科パーシャルデンチャーとしての適用の可能性について検討して頂いた．その結果，フッ素溶液に対する耐食性は，従来の通常粒サイズの純チタンと同等だが，表面粗さが大きくなる特徴が見いだされた．また，歯科パーシャルデンチャーとして重要な耐摩耗性は一般的な純チタンと同等で，プラーク付着も同等だが，切削加工性に優れることが見いだされた．
得られた各種情報から，ヘテロナノチタンの特性を加工熱処理法によって制御し，より優れたインプラント用純チタンとして開発する方向が示された．
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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
作製した純チタンの板材と棒材が予定以上の特性を有していた．当初予定よりも早く試料の作製と配布が終了し，それぞれ実験を開始することが出来た．これによって，結晶塑性情報も早くに入手することが出来たことから，これらデータを計算グループと共有し，シミュレーションが開始できた．さらには，医科歯科系大学へのサンプル提供も早くに開始でき，その結果，生体適合性等に関する実験も早めに開始することが可能となった．
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的には研究計画に沿って研究を進めるが，可能な限り多くの実験データを収集し，今後の研究に役立てるとともに，ヘテロナノ純チタンの実用化につなげたい．
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