2013 Fiscal Year Annual Research Report
生体医療用コバルト合金における粒界からのイプシロン－マルテンサイト形成機構の解明
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23360299
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小泉 雄一郎 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10322174)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
千葉 晶彦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00197617)
松本 洋明 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40372312)
李 云平 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (80546862)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | バイオマテリアル / Co-Cr-Mo合金 / 界面 / マルテンサイト / 相変態 / 塑性変形 / 疲労 / 破壊 |
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| Research Abstract |
人工関節材料として重要なCo-Cr-Mo(CCM)合金の力学特性を支配するひずみ誘起マルテンサイト（SIMT）に注目し、同合金の信頼性向上の為の基礎研究を行ってきた。一昨年度までに多結晶の変形におけるε-マルテンサイト形成への粒界と結晶方位の影響を解明し、さらに、疲労変形・破壊におけるSIMTの影響に注目した研究で、すべりの非可逆性を反映した特殊な表面起伏形成を見出した。昨年度はその機構を解明するとともに、特性改善策を提案すべく、以下の研究を粒径の影響に注目して行った。
CCM合金の塑性変形機構
粒径の異なるCCM合金多結晶を引張変形し，形成される表面起伏形状からその塑性変形機構を調査した．これまで準安定γ相CCM合金の塑性変形を担うショックレー部分転位の運動すなわちSIMTで生成するε相は変形困難と考えられていた．しかし，本研究では粒径約160 μm以上では定説に反し，生成したε相内の底面で完全転位によるすべりの集中がむしろその塑性変形において中心的な役割を果たすことを明らかにした．しかるに，CCM合金の塑性変形機構は，γ相のSIMT と，SIMTにより生成したε相内の底面完全転位すべりとの競合であり，粒径が小さい場合は前者が，大きい場合は後者が変形を支配することを見出した．
CCM合金の疲労変形と表面起伏形成機構
粒径の異なるCCM合金の疲労試験を行い，表面起伏形成と疲労機構の研究を行った．粒径約80 μmではγ相のSIMTの進行が速く、疲労変形に伴いほぼ全面がε相となって、表面形状はなだらかとなった．対して粒径約900 μmの場合，変形初期にSIMTにより形成された薄いε相に底面完全転位すべりが集中する結果、薄いε相に沿った高さ500 nm程度の段差で構成されたノッチ状の表面起伏を形成した．これによりγ相から成るCCM合金の疲労挙動と表面起伏形状は粒径に強く依存し，粒径の制御でCCM合金の疲労挙動の制御が可能なことが示された．
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| Current Status of Research Progress |
Reason
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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