2016 Fiscal Year Annual Research Report
Long-term reliability design of metallic biomaterials based on the nano-scale control of morphology and structure of their surfaces
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26249111
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
藤本 愼司 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70199371)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土谷 博昭 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50432513)
末廣 さやか (宮部) 大阪大学, 工学研究科, 助教 (50584132)
廣本 祥子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他研究員 (00343880)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電気化学プロセス / 表面改質 / 生体材料 / 生体親和性 / ナノ構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は各種改質を行ったステンレス鋼および純チタンの塩化物水溶液環境下での腐食疲労特性、応力腐食割れおよび模擬生体環境下での摺動特性の評価を行った。ステンレス鋼の腐食疲労の研究では、陽極酸化により形成したナノホール構造、電解研磨または機械研磨により準備した平滑な表面を有するステンレス鋼について、応力レベルを変化させて腐食疲労挙動を検討した。その結果、繰り返し変形中の電位変化は表面改質の方法により異なったが、応力レベルの影響はそれほど見られなかった。また疲労寿命は高応力では、ナノホール構造を形成した試料で最も長く機械研磨試料で最も短くなったが、低応力では電解研磨試料で最も長くなった。このことより、応力レベルにより、疲労寿命に及ぼす表面の効果が異なることが示唆された。またステンレス鋼表面にナノホール構造を付与することにより、塩化物水溶液環境下での応力腐食割れにおいて、環境劣化による破断歪低減を抑制しうることも見出された。一方、チタンの腐食疲労においては、陽極酸化により厚いチタニアナノチューブ層を形成し、その剥離によるバリア層の形態をチタン基板に転写する方法でナノホール構造をチタン表面に付与し腐食疲労試験に供した。その結果、機械研磨で得られる平滑な表面と比較して、ナノホール構造付与により疲労寿命が長くなるという結果が得られた。
模擬生体環境下でのステンレス鋼の摺動による劣化挙動をこれまでに構築した摩耗試験と電気化学試験を同時に実施可能なシステムを用いて検討した。ナノホール構造を付与した試料、機械研磨により表面を平滑にした試料いずれにおいても、試験開始直後に摺動による不働態皮膜の破壊に伴い自然電位は卑な方向へ変化した。その後、時間の経過とともに回復した。摩耗試験終了後、試料表面にはナノホール構造は残存していたが、ナノホール構造は摩耗腐食による劣化には大きな影響を及ぼさなかった。
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| Research Progress Status |
28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 |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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