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

• 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

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。

In this study, the influence of the addition amount of intrusive elements on the formation and microstructure of Ti-Nb-based alloys was investigated. Ti-25at.% Nb binary alloy, acid 0.3, 0.5, 0.7, 1.0 at.% Investigation on the effect of Ti-25Nb-O ternary alloy addition, tension test, load removal test, deformation test and acid addition Special field infrared ray (IRT) analysis, shape and temperature variation of the sample were investigated. To measure the distribution of the parameters, to investigate the interaction between the parameters and the hyperactivity. The image correlation method is used to adjust the results and add the elements to the image. Ti-25Nb alloy case, force induced change in the state of the accompanying shape of the non-uniform formation, test pieces of the whole, acid additive material, clear shape of the confirmation, comparison of the uniform force induced change in the state of the confirmation The temperature rise is confirmed by infrared radiation. Special, acid addition material temperature rise caused by the start of the special phenomenon is confirmed. The acid addition is not suitable for use in the treatment of cancer. It is very important to understand the solution of shape memory alloy and super alloy for biological and medical use.

项目成果

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

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

• 发表时间: 2022
• 作者: K.M. Golasinski;W. Tasaki;M. Maj;E.A. Pieczyska;H.Y. Kim
• 通讯作者: H.Y. Kim