2022 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 | チタン / 超微細粒組織 / 多軸鍛造 / 強度 / 生体材料 / 弾性率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
純チタン(以下，Ti)は，比強度，耐食性，生体適合性に優れた金属である．しかし， Ti が強度は不十分であり，例えば歯科医療分野ではより強度の高いTi 合金が採用される．しかしながら添加元素の毒性が懸念される報告や，人骨の弾性率40GPa と大幅に異なるTi・Ti 合金の弾性率110GPa が，顎骨損傷事故やインプラント包埋後の日常的な違和感等をもたらしていた．そこで本研究は，より生体親和性に優れ，余分な不純物を含まないTiを研究対象として，多軸鍛造(MDF)法と熱処理さらには圧延をTi に施す事で，結晶粒微細化による超強度化と低弾性率化を目指した．
MDF 後に低温焼鈍を施し，さらに総圧下率が90%となるよう種々の条件で平ロール圧延と溝ロール圧延の組み合わせ加工を行なった直径3mmΦのワイヤーを作製した．全ての条件で引張強度は公称応力で1GPa 程度以上を示し，特に平ロール圧延と溝ロール圧延の組み合わせ加工により，引張強度は1.1GPa 程度以上を達成した．真応力換算では1.2GPa 程度以上となった．これらワイヤーのヤング率を調べたところ約80GPa で，一般的なTi 及びTi 合金の110GPaと比較して大幅に低下した．このヤング率の低下は，分子動力学シミュレーションの結果から，結晶粒内に存在する双晶ステップと密接に関係があり，，各粒内に予め4 つ以上のステップが存在していれば-44%のヤング率低下量を表現できることを確認した．このような双晶界面のステップによる降伏応力の低下やヤング率の低下は，実験の観察結果や力学特性と定性的に一致すると判断された．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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