2014 Fiscal Year Research-status Report
生体用Ti-Nb合金が示す特異軟化現象の発現メカニズム解明
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26820315
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
當代 光陽 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10610800)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 生体材料 / β型Ｔｉ-Nb合金 / 単結晶 / 転位運動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は新規骨置換インプラント材として期待さされているβ型Ti-Nb合金を用いて、近年我々の研究グループが見出した疲労軟化現象と、この減少を発現させる転位誘起ω相の単一バリアント化のメカニズムを解明することを目的として進めている。β型Ti-Nb合金におけるβ相の相安定性はNb濃度に依存し、特定の組成にて、格子変調、弾性スティフネス定数の軟化や低デバイ温度といった特異的な物性を伴い、不安定化する。本研究では相安定性が単純圧縮応力下における塑性変形挙動に及ぼす影響について単結晶試料における主すべり系{101}[111]におけるシュミット因子が最大となる<149>方位での圧縮試験と二面トレース解析を用いて調査した。その結果、相安定性が低い場合、主すべり系が活動するが、その降伏した後、軟化現象を示す。この軟化現象は相安定性が高くなると現れなくなる。圧縮試験後の内部組織にはω相の形成が確認されたが、マルテンサイト相は観察されなかった。すなわち、転位の運動とω相の形成が関与していることを見出した。さらにこの現象を顕著化させるため、現在、交番応力を付加した疲労試験を行い、転位の長距離往復運動させることで、軟化現象と活動転位との関係について解明しようとしている。来年度は、この結果を踏まえ、単一すべり面上での転位の長距離運動による積算塑性ひずみの蓄積と形成されるω相バリアントの幾何学的関係について詳細に明らかにする予定である。
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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
本研究課題において最もハードルの高い良質な単結晶育成を真空アーク溶解法と浮遊帯溶融法にて成功し、２年間の研究計画に必要な分量の試料が確保できた。さらに本年度に計画していた、圧縮試験を用いた二面トレース解析ならびに電子顕微鏡観察を用いたg・b解析により単純圧縮応力下における主すべり系の同定を完了し、この主すべり系の組成依存性と疲労軟化現象の発現との関係について解明することに成功した。すなわち、本年度予定していた研究計画は全て達成された。これらの結果を含め、本年度では３本の論文発表、８報の学会発表、１冊の著書として発表し、その成果は日本鉄鋼協会関西支部平成26年度第2回材料開発会議における優秀ポスター賞として高い評価を得ている。加えて、来年度遂行予定であった、疲労軟化現象と主すべり系やω相バリアントの関係についての調査をすでに開始しており、計画を上回る進捗状況にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は、本年度において疲労軟化現象が発現することが確認された組成において単一すべり系が活動するだけでなく、多重すべりとなる荷重軸での疲労試験を行い、軟化現象発現に及ぼす、積算歪量、負荷サイクル、活動転位のバーガースベクトルの影響を注意深く調査する予定である。また、形成された転位誘起ω相について、活動転位のバーガースベクトルの方向と一致する[111]方位を晶帯軸とした種々の<110>から電子顕微鏡観察を行うことで、活動転位のバーガースベクトルと幾何学的相互作用について解明する。これらの結果をふまえ、疲労軟化を発現し、転位誘起ω相を内在した試料からω相のバリアントと平行および交差するバーガースベクトルを有する転位が活動するような荷重軸下において圧縮試験を行い、ω相バリアントが転位による塑性変形挙動に与える影響を解明する。次年度の具体的な研究項目を以下に示す
(1)疲労試験後の試料において種々の<110>方位が電子線入射方位となるTEM観察を行い、ω相の単一バリアント形成の有無を確認する。
(2)TEM観察によるg・b解析を行い、主変形モードを決定し、さらに活動転位とω相の単一バリアントとの幾何学的方位関係を解析する。
(3)疲労試験後の試料において種々の<110>方位が電子線入射方位となるTEM観察を行い、ω相の単一バリアント形成の有無を確認する。
(4)TEM観察によるg・b解析を行い、主変形モードを決定し、さらに活動転位とω相の単一バリアントとの幾何学的方位関係を解析する。
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