2020 Fiscal Year Research-status Report
Clarification of interaction between peculiar mechanical phenomena and constitutional elements in biomedical beta-type titanium alloy with high oxygen content
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20K05139
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
新家 光雄 名城大学, 理工学部, 特任教授 (50126942)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
赤堀 俊和 名城大学, 理工学部, 准教授 (00324492)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | β型チタン合金 / 酸素 / 力学的特性 / 強度 / 延性 / ヤング率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの著者らの実績に基付き、Ti-Nb二元系合金のNb含有量を38および42 mass%に固定し、それらに酸素（O）を種々変化させたTi-38Nb-xO(x=0.13, 0.24, 0.46, 0.56, 0.63, 0.74, 1.06)合金（mass%）およびTi-42Nb-xO(x=0.08, 0.12, 0.18, 0.41, 0.70)合金（mass%）を作製し、力学的特性を調査した。Ti-32Nb合金では、酸素量が0.56 mass%までは、強度が上昇し、延性（伸び）が低下した。さらに酸素量が増加すると酸素量の増加に伴い強度および延性との急激に低下する傾向を示す低応力破壊となった。これは、これまでにチタン合金での酸素添加で生じるとされる強度および延性の一般的な理解と一致する。Ti-42Nb合金では、酸素量の増加に伴い強度が上昇するが、延性は酸素量が0.18mass%で一旦低下するがそれ以上の酸素量では酸素量の増加に伴い延性が増大する傾向となった。これは、Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金(TNTZ)（mass%）で酸素量の増大に伴う強度および延性の特異な傾向と一致する。このことから、Ti-Nb二元系合金においてもTNTZの場合の酸素量に対する強度および延性の関係における特異現象が生じることがわかった。次いで、Ti-Nb-Zr合金に酸素量を2.58at%に固定し、NbおよびZrの原子比を変化させた合金（Ti-(21-27)Nb-(0-8)Zr(0-8)-2.58O合金（at%））を作製し、力学的特性を調査した。その場合、Zr量が4at%以上では、低応力破壊を生じ強度および延性が共に低下する傾向を示し、TNTZで認められた力学的特性の特異現象との関係は明確と出来なかった。さらに低応力破壊を示さないZr添加量に関し検討する必要を認めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
コロナ感染症の影響が大であったことに加え、合金作製において酸素量の制御が困難であることから目的とする合金組成を達成するために繰り返し溶解しなければならず、そのために時間を費やさざるを得なかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度（令和2年度）で酸素組成を再度適正化したTi-NbおよびTi-Nb-Zr系高酸素合金につき再度力学的特性の特異現象やZr添加高酸素合金での延性維持が可能なZrの最適量の確認を早急に行い、初年度の遅れを取り戻す。並行して、β型3元系Ti-Nb-Zr系合金を中心として酸素量を広範囲に変化させた合金を作製し、特異な力学的特性の発現が生じる合金組成を明確化する。その場合にTaの添加により特異な力学的特性がどう変化するかも検討する。以上の場合につき、光学顕微鏡（OM）観察、走査型電子顕微鏡（SEM）観察およびX線回折（XRD）を行い構成相および微細組織を調査・検討する。さらに、力学的特異現象を示した各合金引張り試験片表面つき光学顕微鏡（OM）および走査型電子顕微鏡（SEM）観察ならびに後方散乱電子回折（EBSDを行い変形挙動につき解析し、原子構造変化を走査型電子顕微鏡（TEM）あるいは高分解能TEM観察により明確化する。
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| Causes of Carryover |
コロナ感染症による研究計画の遅延および合金製造の遅れが生じたため。次年度において、当初計画の合金溶製のための合金元素および備品の購入を行う。コロナ感染症が収束することを予測して国際会議や国内会議への参加回数を増やす。
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