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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。

This year, Zr-Nb-Sn and Zr-Nb-Al alloys were investigated for their use, phase composition, strength, and influence.また, 応力ヒステリシスのReduce and improve super-elastic properties, test み, Zr-Ti-Nb-Sn, Zr-Mo- Sn, Zr-Ta-Sn, Zr-Nb-Al, Zr-Ti-Hf-Nb-Sn alloys are newly designed. Each alloy is manufactured using the melting method, fine structure, crystal structure, temperature, and super-elastic properties. Except for the superelastic properties of Zr-based alloys and the interfacial structure of the matrix phase of the Zr-based alloy It is important to form the に and ω phase およびbody-centered tetragonal crystal and のβ' phase. Under cooling and heating, the でのそのfield XRD was used to measure the により, β phase and β' phase between the の変state and the reversible であることがわかった. The results of SEM observation, β' phase loading, orthorhombic crystal phase (α") phase phase separation, and the intensity induced by the force.マルテンサイトphase's internal organization が観看されることから、β' Phase はマルテンサイト induces the power to increase させ, and reverses the state を hinders することがInfer the investigation.そのResults, 応力ヒステリシスを Increases greatly, させ, and reasons for the deterioration of super elastic properties になることが分かった.また、SnおよびAl concentration is increased and the volume fraction of β′ phase is reduced.さらに、SnおよびAlは Non-thermal ω phase suppression is effectiveり, Zr-based alloys are effective in reducing and improving super-elastic properties. Zr-Ti-Nb-Sn, Zr-Mo-Sn, Zr-Ta-Sn, Zr-Nb-Al, Zr-Ti-Hf-Nb-Sn alloys are in the state and shape of the alloy. The memory effect is confirmed by the super elasticity of the memory. The Zr-Ti-Nb-Sn alloy has a large amount of Ti added, which reduces the β' phase and improves the super-elastic properties. The magnetic susceptibility of Zr-Ti-Hf-Nb-Sn alloy is lower than that of Zr-Nb-Sn alloy, and the super elasticity at room temperature is shown.

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

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