2012 Fiscal Year Annual Research Report
骨の力学機能に立脚した脊椎固定用異方性材料デザイン
| Project/Area Number |
24246111
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
新家 光雄 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50126942)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
仲井 正昭 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20431603)
稗田 純子 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40566717)
趙 研 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (00633661)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 生体用金属材料 / ユビキタス元素 / 異方性 / 相変態 / 力学的特性 |
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| Research Abstract |
生体硬組織代替器具に用いられる金属材料には、通常の構造材料に求められる高強度・延性バランス、高耐久性、高耐食性などに加え、毒性・アレルギー性の排除や応力遮蔽効果を抑制するための低弾性率などが求められる。研究代表者らが開発したTi-29Nb-13Ta-4.6Zr合金は、溶体化状態において約60GPaと低弾性率を示すが、この場合、耐久性には課題を残している。β型合金の耐久性を改善するには、析出強化が有効であるが、その場合は弾性率の上昇を伴う。そこで、本研究では、析出強化に依らない強化方法の一つである固溶強化に注目し、固溶強化能が高い、侵入型元素である酸素を最大0.7mass%まで添加し、ミクロ組織および力学的特性に及ぼす酸素含有量の影響について検討した。その結果、Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金は、酸素含有量の増加に伴い、弾性率が若干上昇した。光学顕微鏡観察およびX線回折の結果、いずれの場合もβ相単相からなると考えられたことから、この酸素含有量の増加に伴う弾性率の上昇は、酸素の固溶に起因すると考えられる。引張特性は、酸素含有量の増加に伴い、引張強さおよび0.2%耐力が上昇した。強度に対する酸素含有量依存性は、一般的な傾向と同様であった。しかし、延性に関しては一般的な傾向と異なり、通常は酸素含有量の増大とともに低下する伸びが、Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金では、特異的に0.7mass%付近で上昇することを見出した。
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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
Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金に酸素を添加することで、一般的な傾向とは異なる特異な力学的特性が発現することを見いだすことに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
酸素を添加したTi-29Nb-13Ta-4.6Zr合金に認められた特異な力学的特性の発現機構を検討していく。さらに、次年度から、酸素以外の合金元素として、置換型元素であるクロムを同合金に添加し、その力学的特性に対する影響についての調査も開始する。
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