Development of Novel Tailor-Made CoCr-Based Superelastic Biomaterials

新型定制钴铬基超弹性生物材料的开发

• 批准号: 20KK0108
• 负责人: XU XIAO
• 金额: $ 11.98万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-10-27 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20KK0108/
• 关键词: 生体材料; CoCr合金; 超弾性合金; 積層造形

本研究は研究代表者らが最近開発した高い耐食性および優れた超弾性特性が同時に発現するCo基ホイスラー合金を対象に、超弾性特性および加工性の向上に向けて研究を行い、日本、ドイツとチェコ、3ヶ国による国際共同研究チームで積層造形技術等を駆使して、テーラーメイド型新規CoCr系超弾性生体材料の開発に挑戦する。本研究の３年目では、２年目に実験的に決定したCoCr(Al,Si)合金の擬3元系状態図の情報を活用し、キュリー温度が室温以下かつCr濃度の高い組成範囲に注目し、 生体材料の応用に重要である機械特性の調査を行った。まず、サイクル熱処理技術を用いて単結晶試料を作製するため、その実施に必要な熱処理上限および下限温度、昇温および降温速度などの最適条件を実験的に決定した。これらの条件を用いることで、Cr濃度一定および(Al,Si)濃度一定である二つの組成断面において、シリーズで単結晶試料を作製することに成功した。さらに、これらの試料を用いて機械特性を調査したところ、いずれも超弾性挙動が現れることを確認し、臨界応力やヒステリシスなどの組成依存性も評価することができた。また、本年度では<100>方位を有する単結晶CoCr(Al,Si)合金を用いて、チェコ側との共同研究で骨と同様の30 GPa程度と低いヤング率を有しながら、NiTi合金の2倍以上である最大17%の超弾性効果を示すことを見出した。さらに、本合金は従来CoCr系生体用金属材料と同様の高い耐摩耗性と耐食性を有することから、次世代生体用金属材料として有望である。本研究成果はAdvanced Materials誌に掲載し、本学よりプレスリリースを行った。

This study is based on the recent development of high food resistance and excellent superconductivity characteristics, and the simultaneous development of Co-based superconductivity alloys, superconductivity characteristics, and processability upward research in Japan, Japan, and the United States. In this study, we investigated the mechanical properties of CoCr(Al,Si) alloys, which are important for the application of biological materials, by using information on the quasi-ternary state of CoCr(Al,Si) alloys at temperatures below room temperature, Cr concentrations and high composition ranges. The optimum conditions for the preparation and application of crystalline samples by heat treatment technology include the upper and lower limits of heat treatment temperature, heating rate and cooling rate. For this reason, Cr concentration is constant and (Al,Si) concentration is constant. The composition of the sample is stable and the crystallization sample is successfully prepared. The mechanical properties of the sample were investigated and evaluated. This <100>year, the joint study of CoCr(Al,Si) alloy with single crystal orientation showed that the alloy has the same degree of 30 GPa and low rate, and NiTi alloy has more than 2 times the maximum of 17% superconductivity. This alloy is expected to be used in the next generation of biological metal materials with high wear resistance and food resistance. The results of this study are published in Advanced Materials Journal, and the results of this study are published in Advanced Materials Journal.

项目成果

Kassel大学(ドイツ)

卡塞尔大学（德国）

Tough yet Flexible Superelastic Alloys Meet Biomedical Needs

坚韧而柔韧的超弹性合金满足生物医学需求

• 发表时间: 2022
• 期刊: Advanced Materials & Processes
• 影响因子: 0.5
• 作者: Xu Xiao;Odaira Takumi;Xu Sheng;Hirata Kenji;Omori Toshihiro;Ueki Kosuke;Ueda Kyosuke;Narushima Takayuki;Nagasako Makoto;Harjo Stefanus;Kawasaki Takuro;Bodnarova Lucie;Sedlak Petr;Seiner Hanus;Kainuma Ryosuke
• 通讯作者: Kainuma Ryosuke

カッセル大学(ドイツ)

卡塞尔大学（德国）

チェコ・科学アカデミー(チェコ)

捷克科学院（捷克共和国）

Co基超弾性合金材、Co基超弾性合金材からなる板材及び線材、ならびにCo基超弾性合金材の製造方法

钴基超弹性合金材料、由钴基超弹性合金材料制成的板材和线材以及钴基超弹性合金材料的制造方法

• 发表时间: 2021