Elucidation of superelastic mechanisms and property enhancement through multiscale microstructure control in Zr based alloys

通过 Zr 基合金的多尺度微观结构控制阐明超弹性机制和性能增强

基本信息

批准号：
21H01647
负责人：
金へよん
金额：
$ 11.23万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01647/
关键词：
マルテンサイト変態形状記憶合金超弾性 Zr合金生体材料

项目摘要

本年度は、Zr-Nb-SnおよびZr-Nb-Al合金を用い、相構成が応力ヒステリシスに及ぼす影響について調査した。また、応力ヒステリシスの低減と超弾性特性の改善を試み、Zr-Ti-Nb-Sn、Zr-Mo-Sn、Zr-Ta-Sn、Zr-Nb-Al、Zr-Ti-Hf-Nb-Sn合金を新たに設計した。各合金をアルゴンアーク溶解法で作製し、微細組織、結晶構造、マルテンサイト変態温度、超弾性特性を調べた。Zr基合金の超弾性特性は、変態ひずみおよび母相とマルテンサイトの界面構造以外に、ω相および体心正方晶のβ'相の形成が重要な役割をすることが明らかになった。冷却・加熱下でのその場XRD測定により、β相とβ'相の間の変態が可逆的であることがわかった。SEMおよびTEM観察の結果、β'相は負荷により、斜方晶マルテンサイト(α")相へ変態することが分かった。その応力誘起マルテンサイト相の内部に転位組織が観察されることから、β'相はマルテンサイト誘起応力を増大させ、逆変態を阻害することが推察された。その結果、応力ヒステリシスを増大させ、超弾性特性劣化の原因になることが分かった。また、SnおよびAl濃度の増加に伴い、β'相の体積分率が減少し、まばらになることが確認できた。さらに、SnおよびAlは非熱的ω相の抑制にも有効であり、Zr基合金の応力ヒステリシス低減と超弾性特性の改善に有効であることを明らかにした。Zr-Ti-Nb-Sn、Zr-Mo-Sn、Zr-Ta-Sn、Zr-Nb-Al、Zr-Ti-Hf-Nb-Sn合金において応力誘起マルテンサイト変態と形状記憶効果および超弾性の発現が確認できた。Zr-Ti-Nb-Sn合金において、Tiの添加量の大きくなるほどβ'相が減少し、超弾性特性が改善した。Zr-Ti-Hf-Nb-Sn合金は、磁化率がZr-Nb-Sn合金に比べ低く、室温で超弾性を示した。

今年，我们使用ZR-NB-SN和ZR-NB-AL合金研究了相组成对应力滞后的影响。此外，为了减少应力滞后并改善超弹性特性，ZR-TI-NB-SN，ZR-MO-SN，ZR-TA-SN，ZR-NB-AL和ZR-TI-HF-NB-SN合金是新设计的。每种合金都是通过Argon Arc溶解方法制备的，并检查了细胞结构，晶体结构，马氏体转化温度和超弹性特性。已经揭示了ω相和以人体为中心的四方β'相的形成在基于ZR的合金β阶段的超弹性性能中起重要作用，除了转化应变以及基质和马氏体的界面结构。在冷却和加热下的原位XRD测量结果表明，β相和β'相之间的转化是可逆的。 SEM和TEM观察结果表明，由于负载而导致的β'相变为正骨bomenthombombic martensite（α”）阶段。在压力引起的马氏体阶段内观察到脱位结构，并且可以推断β'相增加了马丁石会增加压力并抑制反向变化。由于其构成的属性会增加。此外，随着SN和AL的浓度增加，SN和AL在抑制非热的ω相中，SN和AL的浓度也会有效，这也表明它在减少了压力较低的固定型Zr弹性的过程中，SN和Al的体积却稀疏，SN和AL的浓度也会有效。在ZR-TI-NB-SN，ZR-MO-SN，ZR-TA-SN，ZR-NB-AL和ZR-TI-HF-NB-SN合金中观察到。 ZR-TI-HF-NB-SN合金的磁敏感性低于ZR-NB-SN合金，并且在室温下表现出超弹性。

项目成果

期刊论文数量（11）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

TiZrHfNbSn 合金の形状記憶・超弾性特性に及ぼすNb・Sn濃度の影響

Nb和Sn浓度对TiZrHfNbSn合金形状记忆和超弹性性能的影响

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
秋山柚貴;田崎　亘;金　熙榮;宮崎　修一
通讯作者：
宮崎　修一

Synthesis Characterization of a Ti-Zr-Based Alloy with Ultralow Young's Modulus and Excellent Biocompatibility

超低杨氏模量和优异生物相容性钛锆基合金的合成表征

DOI：
10.1002/adem.202100776
发表时间：
2022
期刊：
Advanced Engineering Materials
影响因子：
3.6
作者：
K.M. Kim;Y. Al-Zain;A. Yamamoto;A.H. Daher;A.T. Mansour;J.M. AlAjlouni;A.S. Aloweidi;M.A. Al-Abbadi;H.Y. Kim;S. Miyazaki
通讯作者：
S. Miyazaki

Martensitic transformation and shape memory effect of TiZrHf-based multicomponent alloys