2015 Fiscal Year Annual Research Report
低磁性多元ジルコニウム合金特性に及ぼす成分元素の影響
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15H03018
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
塙 隆夫 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 教授 (90142736)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堤 祐介 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 准教授 (60447498)
土居 壽 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (30251549)
蘆田 茉希 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (50708386) [Withdrawn]
陳 鵬 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (70708388)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ジルコニウム合金 / 生体材料 / 低磁性 / MRIアーチファクト / 金属組織 / 機械的性質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、低磁性かつ優れた機械的特性を有する新規の多元系Zr合金の開発を目指して、d電子合金設計理論を用いてZr 合金の構成元素として低細胞毒性かつ低磁化率であるTi、Ta、Nb、Mo を検討した。本研究における合金設計では、d電子合金設計理論を用いた。Zr に対する種々の元素における結合次数(Bo)とd軌道レベル (Md) から、合金の組成平均で求められるBoと Md を用い、BoMd線図を作成した。この図を用いてベータ型Zr合金領域に入るように、またZr 二元系合金の研究成果を考慮して合金組成を決定した。
非消耗電極式アーク溶解法を用いて各合金のボタンインゴットを溶製した。鋳造ままの合金に対して引張試験X線回折による相同定、磁気天秤による磁化率測定、ビッカース硬さ試験、走査型電子顕微鏡による組織観察を行った。Bo-Md線図と、これまでに得られた二元系Zr合金の研究成果より合金組成をZr-14Nb-1Mo-5Ta及びZr-14Nb-1Mo-10Taに決定した。
引張試験の結果、Zr-14Nb-1Mo-5Taにおける最大引張応力、0.2%耐力、伸び及び弾性率はそれぞれ796MPa、754MPa、15%及び53GPa であり、一般に二元系Zr合金と比較して高い伸びと低い弾性率を示している。また磁化率測定の結果、それぞれ1.38、1.35×10-6cm3・g-1で、二元系Zr 合金と比較して同等の値となった。Zr-14Nb-1Mo-10Taの磁化率がZr-14Nb-1Mo-5Taより低いのは、ω相形成によるものと考えられる.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度中にd電子合金設計理論により、4元系の合金組成を決定できた。また、その合金の機械的性質、結晶構造、磁化率を測定し、いずれも概ね満足のいく結果であった。初年度としたは満足できる成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
機械的性質向上のためには、加工プロセス及び熱処理プロセスを確立する必要がある。また、鋳造ではなく、鍛造によって試料を製造する必要がある。さらに、耐食性、細胞適合性評価を実施していく。
溶体化処理を施した試料、溶体化処理後時効した試料について、X線回折（XRD）によって、結晶構造を解析する。上記試料に対して、電解研磨を行い、透過型電子顕微鏡（TEM）による組織観察および反射電子線回折（REED）による構成結晶相の解析、走査型電子顕微鏡での電子線後方散乱回折（SEM-EBSD）による構成結晶相の割合と分布、結晶相間のバーガースの方位関係を明らかにする。アーク溶解したインゴットから引張試験片を作製して引張試験を実施し、引張強さ、0.2%耐力、破断伸びを求める。また、共振式ヤング率測定装置により、ヤング率を求める。さらに、ビッカース硬さ試験機によりビッカース硬さを求める。
ポテンシオスタット、関数発生器により、生理食塩水、ハンクス液中でのZr合金の腐食電位とその時間的変化、アノード分極による不動態保持電流密度、孔食電位の決定、交流インピーダンス法による腐食抵抗の評価を行う。生理食塩水、1%乳酸水溶液中にZr合金を一定期間浸漬して、浸漬溶液をプラズマ誘導発光分析（ICP-AES）によって分析し、単位面積、単位時間当たりの合金成分溶出量を定量する。
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Research Products
(5 results)
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[Presentation] 多元系Zr 合金の設計とその性質2016
Author(s)
本間航、下条雅幸、蘆田茉希、陳鵬、堤祐介、塙隆夫
Organizer
日本金属学会2016年春期講演大会（第158回）
Place of Presentation
東京理科大学葛飾キャンパス（東京都・葛飾区）
Year and Date
2016-03-23 – 2016-03-25
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