• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2020 年度 実施状況報告書

高酸素含有生体用β型チタン合金の力学的特異現象と構成元素との相互作用の解明

研究課題

研究課題/領域番号 20K05139
研究機関名城大学

研究代表者

新家 光雄  名城大学, 理工学部, 特任教授 (50126942)

研究分担者 赤堀 俊和  名城大学, 理工学部, 准教授 (00324492)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードβ型チタン合金 / 酸素 / 力学的特性 / 強度 / 延性 / ヤング率
研究実績の概要

これまでの著者らの実績に基付き、Ti-Nb二元系合金のNb含有量を38および42 mass%に固定し、それらに酸素(O)を種々変化させたTi-38Nb-xO(x=0.13, 0.24, 0.46, 0.56, 0.63, 0.74, 1.06)合金(mass%)およびTi-42Nb-xO(x=0.08, 0.12, 0.18, 0.41, 0.70)合金(mass%)を作製し、力学的特性を調査した。Ti-32Nb合金では、酸素量が0.56 mass%までは、強度が上昇し、延性(伸び)が低下した。さらに酸素量が増加すると酸素量の増加に伴い強度および延性との急激に低下する傾向を示す低応力破壊となった。これは、これまでにチタン合金での酸素添加で生じるとされる強度および延性の一般的な理解と一致する。Ti-42Nb合金では、酸素量の増加に伴い強度が上昇するが、延性は酸素量が0.18mass%で一旦低下するがそれ以上の酸素量では酸素量の増加に伴い延性が増大する傾向となった。これは、Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金(TNTZ)(mass%)で酸素量の増大に伴う強度および延性の特異な傾向と一致する。このことから、Ti-Nb二元系合金においてもTNTZの場合の酸素量に対する強度および延性の関係における特異現象が生じることがわかった。次いで、Ti-Nb-Zr合金に酸素量を2.58at%に固定し、NbおよびZrの原子比を変化させた合金(Ti-(21-27)Nb-(0-8)Zr(0-8)-2.58O合金(at%))を作製し、力学的特性を調査した。その場合、Zr量が4at%以上では、低応力破壊を生じ強度および延性が共に低下する傾向を示し、TNTZで認められた力学的特性の特異現象との関係は明確と出来なかった。さらに低応力破壊を示さないZr添加量に関し検討する必要を認めた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

コロナ感染症の影響が大であったことに加え、合金作製において酸素量の制御が困難であることから目的とする合金組成を達成するために繰り返し溶解しなければならず、そのために時間を費やさざるを得なかった。

今後の研究の推進方策

初年度(令和2年度)で酸素組成を再度適正化したTi-NbおよびTi-Nb-Zr系高酸素合金につき再度力学的特性の特異現象やZr添加高酸素合金での延性維持が可能なZrの最適量の確認を早急に行い、初年度の遅れを取り戻す。並行して、β型3元系Ti-Nb-Zr系合金を中心として酸素量を広範囲に変化させた合金を作製し、特異な力学的特性の発現が生じる合金組成を明確化する。その場合にTaの添加により特異な力学的特性がどう変化するかも検討する。以上の場合につき、光学顕微鏡(OM)観察、走査型電子顕微鏡(SEM)観察およびX線回折(XRD)を行い構成相および微細組織を調査・検討する。さらに、力学的特異現象を示した各合金引張り試験片表面つき光学顕微鏡(OM)および走査型電子顕微鏡(SEM)観察ならびに後方散乱電子回折(EBSDを行い変形挙動につき解析し、原子構造変化を走査型電子顕微鏡(TEM)あるいは高分解能TEM観察により明確化する。

次年度使用額が生じた理由

コロナ感染症による研究計画の遅延および合金製造の遅れが生じたため。次年度において、当初計画の合金溶製のための合金元素および備品の購入を行う。コロナ感染症が収束することを予測して国際会議や国内会議への参加回数を増やす。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 査読あり 5件) 学会発表 (3件) 図書 (2件)

  • [国際共同研究] 上海理工大学/CAS(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      上海理工大学/CAS
  • [国際共同研究] Ataturk University/Yildiz Technical University(トルコ)

    • 国名
      トルコ
    • 外国機関名
      Ataturk University/Yildiz Technical University
  • [雑誌論文] A systematic study of β-type Ti-based PVD coatings on magnesium for biomedical application2021

    • 著者名/発表者名
      Zarka M.、Dikici B.、Niinomi M.、Ezirmik K.V.、Nakai M.、Yilmazer H.
    • 雑誌名

      Vacuum

      巻: 183 ページ: 109850~109850

    • DOI

      10.1016/j.vacuum.2020.109850

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Low Young’s Modulus and High Strength Obtained in Ti-Nb-Zr-Cr Alloys by Optimizing Zr Content2020

    • 著者名/発表者名
      Li Qiang、Cheng Chao、Li Junjie、Zhang Ke、Zhou Kai、Nakai Masaaki、Niinomi Mitsuo、Yamanaka Kenta、Wei Daixiu、Chiba Akihiko、Nakano Takayoshi
    • 雑誌名

      Journal of Materials Engineering and Performance

      巻: 29 ページ: 2871~2878

    • DOI

      10.1007/s11665-020-04826-6

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Microstructure, Mechanical Properties, and Springback of Ti-Nb Alloys Modified by Mo Addition2020

    • 著者名/発表者名
      Li Qiang、Zhang Ran、Li Junjie、Qi Qiang、Liu Xuyan、Nakai Masaaki、Niinomi Mitsuo、Nakano Takayoshi
    • 雑誌名

      Journal of Materials Engineering and Performance

      巻: 29 ページ: 5366~5373

    • DOI

      10.1007/s11665-020-05000-8

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 5. Effect of Thermomechanical Treatments on the Mechanical Properties of New Low-cost Ti-Fe-Nb-Zr Alloys2020

    • 著者名/発表者名
      A.-H. Gepreel, M. Niinomi
    • 雑誌名

      Mater. Sci. Forum

      巻: 1016 ページ: 465~469

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] β型Ti-Nb基合金の低ヤング率化の要因と医療応用研究の現状2020

    • 著者名/発表者名
      仲井正昭、新家光雄
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 59 ページ: 588~593

    • 査読あり
  • [学会発表] β型チタン合金の高力学的機能化の変遷2021

    • 著者名/発表者名
      新家光雄
    • 学会等名
      日本チタン協会 研究者・技術者 研究交流会
  • [学会発表] 高力学的生体適合性金属系バイオマテリアルのさらなる展開2021

    • 著者名/発表者名
      新家光雄
    • 学会等名
      日本金属学会2021年春期講演(第168回)大会
  • [学会発表] 1.生体用途を指向したチタン合金とステンレス鋼における高品質摩擦圧接継手の作製2020

    • 著者名/発表者名
      劉 恢弘、藤井 英俊,新家 光雄,陳鵬,塙 隆夫
    • 学会等名
      学際・国際的高度人材育成ライフイノベーションマテリアル創製 共同研究プロジェクト第 5 回公開討論会
  • [図書] Structural Biomaterials2021

    • 著者名/発表者名
      M. Niinomi
    • 総ページ数
      462
    • 出版者
      Elsevier
  • [図書] Materials for Medical Application2020

    • 著者名/発表者名
      R. B. Heimann, M. Niinomi
    • 総ページ数
      635
    • 出版者
      De Gruyter

URL: 

公開日: 2021-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi