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2022 年度 実績報告書

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

初年度では、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。特に、Ti-42Nb合金では、酸素量の増加に伴い強度が上昇するが、延性は低酸素量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(TNTZ)合金(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合金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。次年度では、Ti-42Nb合金での高酸素濃度における上記特異現象が再確認できなかったが、Ti-42Nb-xO合金 では、高酸素濃度においても、伸びが15%と良好で、強度が850 MPa以上となった。また、この合金系合金では、高酸素濃度となると降伏現象が発現することを認めた。これは、TNTZ合金で高酸素濃度になると同様な現象が発現する特異現象の1つである。最終年度では、高酸素含有量(0,7 mass%)TNTZ合金でのみ観察された降伏点が、高温あるいは高歪速度での引張り試験で不明瞭となることを明らかとした。したがって、高酸素含有量での降伏点現象は、転位の固溶酸素による固着により生じていると考えられる。すなわち、高濃度酸素含有量であるTNTZ合金での機械的性質の特異現象の一つである降伏点が現れる現象の間接的な解明に至った。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 8件、 査読あり 9件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] 上海理工大/CAS/東北大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      上海理工大/CAS/東北大学
  • [国際共同研究] Andalas University(インドネシア)

    • 国名
      インドネシア
    • 外国機関名
      Andalas University
  • [雑誌論文] Concept and Fabrication of Beta-type Titanium Alloy Rod with Parts Possessing Different Young’s Moduli for Spinal Fixation2023

    • 著者名/発表者名
      M. Nakai, K. Narita, K. Kobayashi, K. Sasagawa, M. Niinomi and K. Hasegawa
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 64 ページ: 147-154

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-MLA2022019

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Strategy to Regulate the Yield Ratio of a Metastable High Zr-containing β Titanium Alloy: Synergistic Effects of the β Domain, β Stability and β/α Interfaces by Varying the α Phase Content2023

    • 著者名/発表者名
      X. Zhao, R. Zhu, W. Song, L. Meng, M. Niinomi, T. Nakano, N. Jia, and D. Zhang
    • 雑誌名

      J. Alloys and Compounds

      巻: 952 ページ: 170024

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Comparatively Study on Machinability of β-type Novel Ti29Nb13Ta4.6Zr (TNTZ) Biomedical Alloys under Micro-milling Operation2023

    • 著者名/発表者名
      K. Aslantas, B. Demirb, A. Serdar Guldibi, M. Niinomi, and B. Dikici.
    • 雑誌名

      Journal of Manufacturing Processes

      巻: 92 ページ: 135-146

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Micrstructure, Mechanical Properties and Cytotoxicity of β-type Ti-Nb-Cr Alloys Designed by Electron Parameter,2022

    • 著者名/発表者名
      Q. Li, F. Li, J. Li, Z. Gao, K. Zhang, M. Niinomi and T. Nakano
    • 雑誌名

      J. Materials Engineering and Performance

      巻: 31 ページ: 4624-4630

    • DOI

      10.1007/s11665-022-06586-x

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Microstructure, mechanical properties, and cytotoxicity of low Young’s modulus Ti-Nb-Fe-Sn alloys2022

    • 著者名/発表者名
      Q. Li, T. Liu, J. Li Junjie, C. Cheng, M. Niinomi, K. Yamanaka, A. Chiba, and T. Nakano
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science

      巻: 57 ページ: 5634~5644

    • DOI

      10.1007/s10853-022-06984-5

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Microstructure and Mechanical Characteristics of Ti-Nb-Fe-Zr Alloys with High Strength and Low Young's Modulus2022

    • 著者名/発表者名
      Q. Li, Q. Huang, J. Li, Q. He, M. Nakai , K. Zhang, M. Niinomi , and T. Nakano
    • 雑誌名

      Transactions of Nonferrous Metals Society of China

      巻: 32 ページ: 503-512

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Facile Formation with HA/Sr-GO-based Composite Coatings via Green Hydrothermal Treatment on β-type TiNbTaZr Alloys: Morphological and Electrochemical Insights2022

    • 著者名/発表者名
      O. Yigita, B. Dikici, M. Kaseemc, M. Nakaid, and M. Niinomi
    • 雑誌名

      Journal of Materials Research

      巻: 37 ページ: 2512-2524

    • DOI

      10.1557/s43578-021-00470-5

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Antibacterial Properties and Biocompatibility Hydroxyapatite Coating Doped with Various Cu Contents2022

    • 著者名/発表者名
      H. Song, J. Li, J.Yang, R. Zhang , M. Niinomi, and T. Nakano
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 63 ページ: 1072-1079

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The Influence of Thermal Oxidation on Hardness and Microstructure of Beta-Type Titanium Alloy Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr (TNTZ)2022

    • 著者名/発表者名
      Zuldesmi, A. Suwandi, J. Charles, Gunawarman, M. Niinomi and T. Akahori.
    • 雑誌名

      J. of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences

      巻: 96 ページ: 127-136

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 力学的生体適合性チタン合金の研究開発の展開2023

    • 著者名/発表者名
      新家光雄
    • 学会等名
      日本材料学会信頼性工学部門委員会 第 163 回信頼性工学部門委員会
    • 招待講演
  • [学会発表] Research and Development of Titanium Alloys for Structural Biomaterials with High Mechanical Biocompatibility2022

    • 著者名/発表者名
      M. Niinomi
    • 学会等名
      International Symposium on the Frontiers of Metallic Structural Materials (ISFMSM 2022)
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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