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ユビキタス元素を利用した微細構造設計によるレアメタルフリー高強靭性チタンの創製

研究課題

研究課題/領域番号 13J01370
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 機械材料・材料力学
研究機関大阪大学

研究代表者

三本 嵩哲  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2013年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード水素化チタン粉末 / 純チタン / 固溶強化 / 酸素含有量 / 熱間押出加工 / 粉末冶金法 / 水素化チタン(TiH_2)粉末 / 相変態 / 結晶方位解析
研究実績の概要

本年度は,最終目標とする力学特性(引張強さ>1100 MPa,破断伸び>20%)を備えた高強靭性チタン材を作製した.本研究では,既存チタン合金におけるレアメタル元素添加依存から脱却すべく,資源的に豊富で安価なユビキタス軽元素の活用を試みた.特に,チタンの組織構造制御性と高強度・低コスト化への潜在能力に優れた侵入型元素である『水素』と『酸素』に着目し,『固相状態』での原子配列制御によるチタンの高次機能化に関する材料設計とその製造プロセスを提案・実証した.具体的な材料設計においては,廉価な水素化チタン(TiH2)粉末を原料粉末として直接利用し,脱水素・焼結処理によって所望の微量水素を残留させたTiH2粉末焼結体に熱間押出加工を施すことで,障害物(β相)による結晶粒成長の抑制作用を利用したチタン結晶粒の微細化を試みた.さらに,原料粉末に酸化チタン(TiO2)粒子を添加してチタン結晶格子内に酸素原子を導入し,可動転位の障害とすることで固溶強化を発現し,結晶粒微細化と併せて原子スケールでの異種強化機構の複合化による超高強靭化に挑戦した.開発したチタン粉末押出材(Ti-1.0wt.%O-0.1wt.%H)は,異種強化機構(結晶粒微細化+酸素固溶強化)を原子スケールで複合化することに成功し,UTS:1158 MPa(既存チタン合金比で約1割向上),破断伸び:23.9%(同約4割向上)という最終目標を上回る超高強靭性を発現した.本材は,純Tiをベースとすることで既存合金を超える高延性を発現し,また各強化機構の寄与率は,酸素固溶強化:8割,水素による結晶粒微細化:2割であった.以上より,ユビキタス軽元素である『水素』および『酸素』の積極活用とそれらの原子配列制御に基づく材料設計は,チタンの高次機能化に対して有効であると結論づけられ,次世代ユビキタス材料科学における基礎原理を構築した.

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2016 2015 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Strengthening Behaviour and Mechanisms of Extruded Powder Metallurgy Pure Ti Materials Reinforced with Ubiquitous Light Elements2016

    • 著者名/発表者名
      T. Mimoto, J. Umeda, and K. Kondoh
    • 雑誌名

      Powder Metallurgy

      巻: 59 号: 3 ページ: 223-228

    • DOI

      10.1080/00325899.2016.1148847

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Titanium Powders via Gas-Solid Direct Reaction Process and Mechanical Properties of Their Extruded Materials2015

    • 著者名/発表者名
      Takanori Mimoto, Junko Umeda, Katsuyoshi Kondoh
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 56 号: 8 ページ: 1153-1158

    • DOI

      10.2320/matertrans.L-M2015816

    • NAID

      130005088955

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] ユビキタス軽元素を活用した純チタン基材料の微細構造制御と高強靭化機構の解明2014

    • 著者名/発表者名
      三本嵩哲
    • 雑誌名

      テクノネット(大阪大学工業会誌)

      巻: No.563 ページ: 36-40

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [雑誌論文] 水素によるチタン焼結押出材の高強度発現機構2013

    • 著者名/発表者名
      三本嵩哲、李樹豊、梅田純子、近藤勝義
    • 雑誌名

      粉体および粉末冶金

      巻: 60(11) ページ: 467-474

    • NAID

      130003393292

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ユビキタス軽元素を活用した純チタン粉末押出材における高強靭化機構の解明2013

    • 著者名/発表者名
      三本嵩哲、近藤勝義
    • 雑誌名

      チタン

      巻: 61(4) ページ: 36-41

    • NAID

      40019837293

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Strengthening Behavior and Mechanisms of Extruded Powder Metallurgy Ti Materials Reinforced with Ubiquitous Light Elements2016

    • 著者名/発表者名
      T. Mimoto, J. Umeda, and K. Kondoh
    • 学会等名
      TMS2016
    • 発表場所
      Nashville, USA
    • 年月日
      2016-02-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fundamental Properties of PM Ti Materials with Nitrogen Solid-solution and TiN Particle Dispersion2016

    • 著者名/発表者名
      K. Kondoh, T. Mimoto, Y. Yamabe, J. Umeda, and H. Imai
    • 学会等名
      TMS2016
    • 発表場所
      Nashville, USA
    • 年月日
      2016-02-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 水素化物相による変形双晶の進展抑制によるα-Ti焼結押出材の高延性化2015

    • 著者名/発表者名
      近藤勝義,三本嵩哲,梅田純子,今井久志
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会第170回秋季講演大会
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 高濃度窒素固溶純チタン粉末押出材における高強度と高延性の両立2015

    • 著者名/発表者名
      三本嵩哲,梅田純子,近藤勝義
    • 学会等名
      日本機械学会 2015年度年次大会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Mechanical Performance and Microstructure of Extruded Pure Ti Based Materials Reinforced with Nitrogen and Hydrogen via Powder Metallurgy Route2015

    • 著者名/発表者名
      T. Mimoto, J. Umeda, and K. Kondoh
    • 学会等名
      Ti-2015: The 13th World Conference on Titanium
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 年月日
      2015-08-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Solid Solution Behavior and Mechanical Properties of Extruded P/M Ti-Si Materials2015

    • 著者名/発表者名
      C. Lin, T. Mimoto, H. Imai, and K. Kondoh
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会 平成27年度春季大会(第115回講演大会)
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-05-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Strengthening Behavior and Mechanisms of Extruded Powder Metallurgy Pure Ti Materials Reinforced with Ubiquitous Light Elements2015

    • 著者名/発表者名
      T. Mimoto, J. Umeda, and K. Kondoh
    • 学会等名
      TMS2015
    • 発表場所
      Orland (USA)
    • 年月日
      2015-03-15 – 2015-03-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] A Small Solute Oxygen and Silicon Elements Enhancing Strength and Ductility of Pure Titanium Matrix Composite2015

    • 著者名/発表者名
      K. Kondoh, L. Jia, T. Mimoto, J. Umeda, and H. Imai
    • 学会等名
      TMS2015
    • 発表場所
      Orland (USA)
    • 年月日
      2015-03-15 – 2015-03-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] State-of-Art of Powder Metallurgy Titanium2015

    • 著者名/発表者名
      K. Kondoh, T. Mimoto, J. Umeda, H. Imai, and L. Jia
    • 学会等名
      2nd JWRI-MSE Workshop on Materials Design and Joining 2015
    • 発表場所
      Taipei (Taiwan)
    • 年月日
      2015-01-07 – 2015-01-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 固気直接反応処理を施した純チタン粉末とその粉末押出材の特性2014

    • 著者名/発表者名
      三本嵩哲,梅田純子,近藤勝義
    • 学会等名
      軽金属学会第127回秋期大会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス(東京都目黒区)
    • 年月日
      2014-11-15 – 2014-11-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Microstructures and Mechanical Properties of Extruded Powder Metallurgy Pure Ti Materials by Gas-Solid Reaction Process2014

    • 著者名/発表者名
      T. Mimoto, J. Umeda, and K. Kondoh
    • 学会等名
      Materials Science & Technology (MS&T) 2014
    • 発表場所
      Pittsburg (USA)
    • 年月日
      2014-10-12 – 2014-10-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 固気直接反応法による高濃度窒素固溶チタン粉末押出材の創製2014

    • 著者名/発表者名
      三本嵩哲,梅田純子,近藤勝義
    • 学会等名
      日本金属学会2014年秋期(第155回)
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] SPS法により固化した高濃度窒素固溶チタン粉末材料の機械的性質2014

    • 著者名/発表者名
      三本嵩哲,梅田純子,近藤勝義
    • 学会等名
      溶接学会平成26年度秋季全国大会
    • 発表場所
      黒部市宇奈月国際会館「セレネ」(富山県黒部市)
    • 年月日
      2014-09-10 – 2014-09-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 水素・酸素同時添加によって高強靭化した純チタン粉末押出材の組織構造と力学特性2014

    • 著者名/発表者名
      三本嵩哲,梅田純子,近藤勝義
    • 学会等名
      平成26年度塑性加工春季講演会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2014-06-06 – 2014-06-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 集合組織制御と水素化物の微細分散を利用した純チタン粉末押出材の高強靭化とその機構解明2014

    • 著者名/発表者名
      三本嵩哲,梅田純子,近藤勝義
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会平成26年度春季大会(第113回講演大会)
    • 発表場所
      早稲田大学国際会議場(東京都新宿区)
    • 年月日
      2014-06-03 – 2014-06-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] ユビキタス軽元素を活用した純チタン粉末押出材の高強靭化設計とその特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      三本嵩哲、梅田純子、近藤勝義
    • 学会等名
      日本金属学会2014年春期(第154回)講演大会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス東京都目黒区大岡山2-12-1
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 水素を活用したインプロセス組織構造制御による純チタンの高次機能化2013

    • 著者名/発表者名
      三本嵩哲、李樹豊、梅田純子、近藤勝義
    • 学会等名
      軽金属学会第124回春期大会
    • 発表場所
      富山大学五福キャンパス富山市五福3190
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 相変態制御下で熱間押出し加工を施した純チタン焼結材の力学特性と高強靭化機構の解明2013

    • 著者名/発表者名
      三本嵩哲、李樹豊、梅田純子、近藤勝義
    • 学会等名
      日本塑性加工学会第64回塑性加工連合講演会
    • 発表場所
      大阪大学吹田キャンパス吹田市山田丘1-1
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] インプロセス組織構造制御を適用した純チタン粉末押出材における特異力学挙動の解明2013

    • 著者名/発表者名
      三本嵩哲、梅田純子、近藤勝義
    • 学会等名
      軽金属学会第125回秋期大会
    • 発表場所
      横浜国立大学常盤台キャンパス横浜市保土ヶ谷区常盤台79-5
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考] 大阪大学・接合科学研究所・近藤研究室ホームページ

    • URL

      http://www.jwri.osaka-u.ac.jp/~dpt6/index.html

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書 2014 実績報告書
  • [備考] 大阪大学・接合科学研究所・近藤研究室ホームページ

    • URL

      http://www.jwri.osaka-u.ac.jp/~dpt6/index.html

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2014-01-29   更新日: 2024-03-26  

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