Multiscale investigation of mechanisms of superelasticity in biomedical O-added Ti-Nb-based shape memory alloys

生物医学添加 O Ti-Nb 基形状记忆合金超弹性机制的多尺度研究

基本信息

批准号：
20F20812
负责人：
金へよん
金额：
$ 1.47万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-11-13 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20F20812/
关键词：
マルテンサイト変態超弾性チタン合金

项目摘要

本研究では、侵入型元素の添加量を変化させたTi-Nb基合金を作製し、超弾性変形機構に及ぼす侵入型元素の影響を明らかにすることを目的とする。本年度は、Ti-25at.%Nb二元合金および、酸素を0.3, 0.5, 0.7, 1.0 at.%添加したTi-25Nb-O三元合金を用い、引張試験、負荷・除荷試験を行い、変形挙動に及ぼす酸素添加の効果を調査した。特に、その場赤外線サーモグラフィ（IRT）解析により変形に伴う試料の温度変化を調査した。また、デジタル画像相関法（DIC）により、各ステージでの歪み分布を計測し、マクロスケールでの応力誘起マルテンサイト変態および超弾性挙動を調査した。デジタル画像相関法により変形挙動を調べた結果、酸素の添加によって変形様式の変化が明らかになった。Ti-25Nb合金の場合、応力誘起マルテンサイト変態に伴い変形帯が不均一に形成し、試験片全体に伝播したが、酸素添加材においては、明確な変形帯が確認できず、比較的に均一な応力誘起マルテンサイト変態が確認できた。また、赤外線サーモグラフィ解析により、応力誘起マルテンサイト変態に伴う温度の上昇が確認できた。特に、酸素添加材において温度上昇が断続的に起こる特異な現象が確認できた。酸素添加によって、ナノ・ミクロ組織の変化のみならずマクロスケールの変形挙動が変化することを初めて明らかにした。生体・医療用のチタン基形状記憶合金・超弾性合金の変形機構の解明にも非常に重要な知見が得られた。

这项研究旨在制造基于TI-NB的合金，并添加了含量的侵入性元素，并阐明侵入性元素对超弹性变形机制的影响。在今年，我们使用TI-25AT。％NB二元合金和TI-25NB-O三元合金，并添加0.3、0.5、0.7、1.0 at。添加了氧气，并进行了拉伸测试，以研究添加氧对变形行为的添加作用。特别是，通过原位红外热力计（IRT）分析研究了由于变形而引起的样品的温度变化。此外，通过数字图像相关性（DIC）测量了每个阶段的应变分布，并研究了应力诱导的骨气转化和宏观上的高弹性行为。使用数字图像相关方法研究了变形行为，氧气的添加显示了变形模式发生了变化。在TI-25NB合金的情况下，变形带反应诱导的马塞氏菌转化并在整个测试片中繁殖，但在氧气添加剂中进行了传播，但未确认明确的变形带，并确认了相对均匀的应力诱导的骨膜转化。此外，红外热成像分析证实，由于压力诱导的马塞塞我的转化，温度的升高。特别是，已经证实了一种独特的现象，其中温度间歇性地发生在氧添加剂中。首次揭示了氧合不仅改变纳米 - 微观结构的变化，而且会改变宏观的变形行为。在阐明基于生物和医疗目的的基于钛基形状的记忆合金和超弹性合金的变形机制方面，也获得了非常重要的发现。

项目成果

期刊论文数量（3）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Effect of N addition on nano-domain structure and mechanical properties of a meta-stable Ti-Zr based alloy

DOI：
10.1016/j.scriptamat.2021.114068
发表时间：
2021-10
期刊：
Scripta Materialia
影响因子：
6
作者：
Jie Fu;H. Y. Kim;S. Miyazaki
通讯作者：
Jie Fu;H. Y. Kim;S. Miyazaki

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

EFFECT OF OXYGEN ONMECHANICAL BEHAVIOR OF Ti-25Nb BASED SHAPE MEMORY ALLOYS

氧对Ti-25Nb基形状记忆合金机械行为的影响