| 研究課題/領域番号 |
21K14395
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分26010:金属材料物性関連
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
田崎 亘 筑波大学, 数理物質系, 助教 (00875916)
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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 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 生体用金属材料 / 超弾性合金 / 形状記憶合金 / 低磁化率合金 / マルテンサイト変態 / 微細組織 / 相安定性 / 生体用低磁化率合金 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では優れた担持力としなやかさを示す超弾性特性とインプラント後のMRI検査を可能とする低磁化率を両立した生体用合金の開発を目指し、Tiよりも磁化率の低いZrとHfを中心とした4族元素-5族元素で構成された合金の結晶構造、相変態挙動、微細組織の組成依存性を調査し、熱力学的・結晶学的な観点に基づいた低磁化率超弾性合金の設計指針の確立を目指す。
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| 研究成果の概要 |
三年間の研究期間を通じて、生体適合性に優れ磁気共鳴画像法(MRI)に対応可能な低磁化率な超弾性・形状記憶合金の研究・開発を行った。Tiよりも磁化率の低いZrとHfに着目し、これらの元素を主成分とした合金の探索を行った。超弾性・形状記憶効果の発現に必要なβ相を安定化させる5族元素として生体適合性に優れるNbを、脆化の原因となりうるω相を抑制する元素としてSnを用い、各元素量を変数とした(Ti-Zr-Hf)-Nb-Sn合金を作製し評価した。その結果としてZr・Hf量の増大に伴い磁化率は低下すること、特定の組成で超弾性・形状記憶効果が現れることを見出した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
磁気共鳴画像法(MRI)は医療診断に広く利用されているが、生体用合金を体内外に有している場合、生体組織と合金の磁化率の差に起因して影や歪などを生じ診断を困難なものとする。そのため低磁化率な超弾性合金の開発が求められている。ZrとHfはTiに比べ磁化率が低いことから超弾性合金の主成分として有望であるが詳細な調査はなされていなかった。本研究ではZrとHfを含む合金の構成相や微細組織、力学的特性ついて評価し、低磁化率でかつ超弾性特性が現れる組成範囲を明らかにした。本結果はMRIに対応可能な生体用超弾性合金の設計指針の確立と、アーチファクト低減による正確な画像診断に寄与するものである。
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