Development of Novel Tailor-Made CoCr-Based Superelastic Biomaterials

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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。