| 研究領域 | 超温度場材料創成学：巨大ポテンシャル勾配による原子配列制御が拓くネオ３Ｄプリント |
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| 研究課題/領域番号 |
22H05273
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
周 偉偉 東北大学, 工学研究科, 准教授 (10800352)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-16 – 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 |
8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
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| キーワード | レーザ3次元粉末積層造形法 / 金属基複合材料 / 固溶強化 / 酸化グラフェン / レーザ３次元粉末積層造形法 / Ti基複合材料 / 強制固溶 / 熱処理 / レーザ粉末溶融結合法（L-PBF） / β-Ti合金 / 固溶 / 微細組織 / 機械的性質 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
Ti基複合材料（TMC）の製造に使われる鋳造や粉末冶金など従来の加工法では、組織の不均一性や強化相の粗大化、母相-強化相間の界面結合の低さ等が課題となっている。本研究では、ヘテロ凝集法により均一な酸化グラフェン(GO)/β-Ti混合粉末を作製し、レーザ３次元粉末積層造形法（L-PBF）プロセス中の急速凝固を活用してマトリックスに大量の炭素を固溶させる。最適処理により超微細炭化物粒子の析出を制御し、力学的高機能化を実現させる。L-PBFをプロセスの核として、炭素の強制固溶・析出挙動の制御によって実現する、室温・高温強度-靭性の特性バランスを飛躍的に向上させるスーパーチタン材料を開発する。
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| 研究実績の概要 |
チタン合金は高比強度、高耐食性及び優れた生体適合性を有しており、航空宇宙、化学工業や医療機械など幅広い分野で構造材料として利用されている。一方で、これら分野では省エネルギー化や信頼性向上を背景に構造材料の軽量化に加え、Ti合金の高強度化が望まれる。そのため、安定なセラミックス系強化材を導入したTi基複合材料（TMC）の開発も行われている。本研究では、負に帯電した酸化グラフェン（GO）は、静電気力によって正に帯電したTi-15Mo-5Zr-3Al（Ti1553）粉末の表面に均一に付着し、流動性、粉末サイズ及び粒度分布を変化させることなくGO/Ti1553複合粉末を得た。レーザ3次元粉末積層造形法（L-PBF）プロセスの最適化を経て、緻密なGO/Ti1553造形体の製造に成功した。微細構造の観察から、GO/Ti1553の造形体は完全にβ-Ti相で構成されており、GOシートの残留や炭化物の析出は確認されなっかた。0.2wt.% GOの添加により、Ti1553合金の引張強度が992MPaから1166MPaに増加した。これは、炭素または酸素原子の固溶強化と結晶粒微細化に起因していると考えられる。さらに、1123 Kでの熱処理により、TiC粒子がTiマトリックスに析出した。本研究は、L-PBFを活用して高機能チタン基材料の開発が可能であることを示唆している。これまで成し得なかったナノ粒子強化型高力学機能スーパーチタン合金を作ることができ、微細組織の制御による使用環境条件に対応して機械的性質の調整が可能になる。高強度・高靭性β-Ti基複合材料は、自動車産業及び航空宇宙おける多くのエネルギー効率の改善、持続可能な低炭素社会の実現に貢献できる。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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