|
近年医療技術が発達するにつれ、骨および関節治療用インプラントを使用するケースが増加しており、よりよい生体金属材料の開発が求められている。TiおよびTi合金は優れた生体適合性、力学的信頼性の観点から主要な生体材料用の金属材料として期待が寄せられ、多くの研究および開発がなされている。本研究は、近年我々の研究グループがβ型Ti合金の塑性変形挙動の調査にて、世界で初めて見出した疲労軟化現象と、この現象を引き起こす転位誘起ω相の単一バリアント化の発現メカニズムについて単結晶試料を用いた実験にて解明することを目的とし研究を遂行した。具体的には組成の異なるTi-Nb合金単結晶を育成し、荷重軸を〈149〉方位として交番応力を負荷し、疲労軟化現象が発現する条件を把握するとともに、試験後の試料にて透過型電子顕微鏡による転位のコントラスト解析と活動転位と析出ω相の結晶幾何学関係を調査した。その結果、β相の相安定性が低い合金のみで疲労軟化が発現し、この試料中に存在するω相は本来存在すべき4バリアントの内、1種類のバリアントのみが選択され、単一バリアントが形成されていた。その際、同一の塑性歪を与える最大荷重のサイクル依存性は興味深いことに100サイクル程度までは増加し、その後破断に至るまで軟化を示した。さらに軟化発現前にはω相の単一化は観察されず、疲労軟化とω相の単一化には明瞭な相関が示唆された。加えて、4種のω相バリアントのうち、活動転位のバーガースベクトルと任意の方位関係を有したバリアントが選択され、単一化に至ることも解明した。以上の結果は析出ω相のバリアント制御のみでハード化とソフト化を実現させうることを示唆し、次世代骨代替インプラント設計におけるキーテクノロジーとしての潜在的価値の高い研究成果が得られたといえる。
|
