| 研究課題/領域番号 |
21H01653
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26040:構造材料および機能材料関連
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| 研究機関 | 大阪公立大学 (2022-2023)
大阪市立大学 (2021) |
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研究代表者 |
多根 正和 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (80379099)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
2021年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
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| キーワード | 合金組成ゆらぎ / 弾性論 / チタン合金 / 相転移 / ゆらぎ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
低弾性率型の生体材料として重要なbcc構造を有するチタン(Ti)合金にて形成される六方晶構造のオメガ相は、本来は避けるべき弾性率増加を引き起こすため、その形成かつ抑制機構に対する理解が、低弾性率化の実現に不可欠である。最近、研究代表者は、低弾性率化のためにbcc構造を不安定化したTi合金において、「統計力学的な凍結組成ゆらぎが、ナノスケールの局所的なオメガ相変態を誘起する」という現象を発見した。本研究ではこの特異なオメガ変態挙動を熱・統計力学および相転移組織学等に基づいて解明し、その上で組成ゆらぎ制御によってオメガ相形成を抑制した生体用Ti合金の新規な低弾性率化手法を構築する。
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| 研究成果の概要 |
三元系Ti合金(Ti-V-AlおよびTi-V-O合金)において、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、合金組成の統計的なゆらぎを反映して、Ti合金中への酸素およびAlの添加では無拡散等温ω変態の抑制効果が異なることが明らかとなった。加えて、酸素添加による、無拡散等温ω変態に起因した弾性率増加の抑制効果は顕著であり、酸素の添加が室温近傍での時効に伴う弾性率増加の抑制に有効であることが明らかとなった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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