Multiscale investigation of mechanisms of superelasticity in biomedical O-added Ti-Nb-based shape memory alloys

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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。