Materials design for biomedical alloys with low elastic modulus by controlling statistical composition fluctuations

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01653
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
• Research Institution: Osaka Metropolitan University (2022-2023); Osaka City University (2021)
• Principal Investigator: Tane Masakazu 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (80379099)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 合金組成ゆらぎ / 弾性論 / チタン合金

Outline of Final Research Achievements

It is revealed that in ternary Ti-V-Al and Ti-V-O alloys diffusionless isothermal ω transformation which occurs during aging near room temperature is governed by statistical quenched-in compositional fluctuations reflecting the atomic interactions among the constituent elements. Furthermore, it was found that the effect of Al and oxygen additions on the suppression of diffusionless isothermal ω transformation was different, reflecting the statistical compositional fluctuations depending on the atomic interactions among the constituent elements. In addition, the addition of oxygen has a significant effect on the suppression of elastic-modulus increase during aging near room temperature, caused by the diffusionless isothermal ω transformation.

Free Research Field

材料工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生体用インプラント材料として重要な準安定なbcc構造を有するTi合金の低弾性率化においては、弾性率増加を引き起こす六方晶構造のω相への相変態(ω変態)の抑制が重要である。本研究では、三元系Ti合金における室温近傍での時効に伴って生じる無拡散等温ω変態が、構成元素間の原子間相互作用を反映した凍結された合金組成の統計的なゆらぎに支配されていることを明らかにした。さらに、合金組成のゆらぎを制御することで無拡散等温ω変態の抑制が可能であることを明らかにした。これが本研究成果の最も重要な学術的意義であり、得られた成果はTi合金の低弾性率化への貢献という点において、社会的にも重要である。