チタンージルコニウム系生体用超弾性合金の開発

生物用钛锆超弹性合金的研制

基本信息

批准号：
18760521
负责人：
金へよん
金额：
$ 2.24万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760521/
关键词：
生体材料形状記憶合金超弾性合金チタン合金

项目摘要

前年度の研究で、Zrはβ相安定化元素として働き、Nbの変わりに添加すると変態温度を一定に保ちながら変態歪みが大きくなることが分かった。今年度では、溶体化処理材で最も超弾性回復歪みが大きかったZrが12-24at%程度のTi-Zr-Nb系合金の加工熱処理が内部組織および超弾性特性に及ぼす影響を調べた。Ti-Nb二元合金の場合、573-673Kの温度範囲で3.6-36ksの時間で時効を施すと、大きさが数ナノ程度のω相の析出によりすべり臨界応力が上昇し、超弾性特性が改善できた。Zr濃度が増加するとω相が析出する温度が低温側に移動し、Zr濃度が18-24at%の組成では373Kの時効でもω相が大きく成長した。様々の組成の合金について、ω相が超弾性特性に及ぼす影響を調べた結果、ω相のサイズが超弾性特性はω相の大きさが10nm以下では改善できたが、それ以上、成長すると脆化してしまい、超弾性特性は劣化することが明らかになった。次に、冷間加工後に焼鈍温度と時間を変化させ、集合組織と内部組織を調べた。圧延材の集合組織はNbとZr濃度によって異なった。例えば、Zr濃度が18at%の場合、Nb濃度が10-17at%の組成では非常に弱い集合組織が形成され、また結晶粒は非常に微細であり、機械的特性の異方性は少なかった。Nb濃度が18at%以上では強い加工集合組織が観察され、機械特性に異方性が確認できた。Nb濃度を一定にしてZr濃度を変化させた場合も類似な傾向が確認できた。773K以上で回復・再結晶が起こり、焼鈍温度が上昇すると結晶粒が大きくなった。超弾性特性は773-873K焼鈍材で最も優れることが分かった。以上の結果からTi-Zr-Nb合金の超弾性特性は内部組織に大きく依存し、集合組織、析出物、結晶粒径の制御により改善できることが明らかになった。

上一年的一项研究发现，ZR是β相稳定元件，而添加NB而不是IT会导致变化增加，同时保持恒定的转化温度。今年，我们研究了用ZR处理Ti-ZR-NB合金的热处理的影响，ZR对溶液处理的材料中最大的超弹性回收应变对内部结构和超弹性性能的影响。在Ti-Nb二元合金的情况下，当在573-673K的温度范围内进行衰老3.6-36K时，大约几个纳米尺寸的ω相沉淀会增加滑动临界应力，从而改善了超弹性特性。随着ZR浓度的增加，ω相沉淀的温度转移到低温侧，并且ZR浓度为18-24AT％，即使在年龄为373K时，ω相也大大生长。我们研究了ω相对各种组合合金的超弹性性能的影响，并发现当ω相的超弹性性能在ω相中的超弹性特性可以改善10 nm或更小时，但是当它进一步增长时，它变得越来越多，并且超弹性性能降低。接下来，在冷工作后，退火温度和时间变化以检查质地和内部组织。滚动材料的质地因NB和ZR浓度而异。例如，当ZR浓度为18AT％时，以NB浓度为10-17AT％的组成形成非常弱的纹理，并且晶粒非常细，机械性能几乎没有各向异性。当NB浓度为18％或更高时，观察到强大的加工纹理，并且在机械性能中确认各向异性。当NB浓度恒定并改变ZR浓度时，还确认了类似的趋势。恢复和重结晶发生在773K或更高时，随着退火温度的升高，晶粒增加。已经发现，超弹性性能是773-873K退火材料中最好的。以上结果表明，TI-ZR-NB合金的超弹性在很大程度上取决于内部结构，并且可以通过控制质地，沉淀和晶粒尺寸来改善。