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水素処理法による生体用チタン合金の粉末作製および高機能化プロセスの開発

氢处理法生物用钛合金粉末生产及高性能工艺开发

基本信息

批准号：
02J10437
负责人：
千星聡
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

申請者らは種々の金属材料が水素雰囲気中に保持することにより自己崩壊的に粉末化する現象を粉末作製プロセスに応用することを提案してきた。本プロセスにより得られる粉末は、粉末粒径が微細となること、不純物濃度の低いこと、低エネルギーかつ低コストであることなどの様々な優位性をもち、生体用TiもしくはTa粉末製造プロセスとして理想的なものの一つと期待できる。本年度では、水素処理を利用した粉末作製プロセスの確立を目指し、種々の水素処理プロセスにともなうTaの破壊挙動、および組織変化を調査する。さらに、得られた結果をもとに水素処理プロセスを利用した微細Ta粉末の作製を試みる。再結晶等軸粒組織を有するφ5mmx1mmのディスク状Ta試験片(純度99.996%)を4種類の水素処理プロセスに供した。粉末形態および組織変化を調査するため、水素処理後の試料について、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡による観察を行なった。また水素処理前後での構造変化を調べるため、X線回折解析による構造解析を行った。破砕性を評価するために、水素処理粉末をボールミリングに供し、レーザー式粒度分布測定器により粉末粒径を測定した。水素雰囲気中で1473Kに保持後、室温まで冷却するプロセスではTa試験片に結晶粒界に依存しない円周状のクラックがみとめられる。一方、水素雰囲気中で1473Kで保持後、冷却時の雰囲気をArに置換したプロセスでは組織変化および破壊は起こらないことから、水素雰囲気中での冷却過程でクラックが導入されると考えられる。Taは低温ほど多量の水素を固溶し、334K以下で水素化合物を形成するが、水素化合物を形成させないプロセスでは破壊は起こらない。これから、クラック導入は水素化合物の形成が関与すると考察される。高温保持後の低温保持温度T_Dを変化させたプロセスでは、T_Dが低温ほどクラックの発生頻度が顕著となり、破砕性も向上する。また、Taは低温ほど多量の水素を吸収し、それにともない格子膨張および水素化合物の形成が顕著になる。これらは試料内部にひずみを導入させ、破壊を促進させる。以上より、水素処理プロセスを最適化することにより、Taの自己崩壊性、粉砕性を向上させることが可能となる。水素処理したTaは数分のミリングでサブミクロンオーダーの微細粉末となり、脱水素処理により極めて不純物濃度の低い粉末となる。水素処理による粉末化現象はTaのみならず、Ti、Nb、およびそれらの合金でも認められる。また粉末化機構もほぼ同様であることを確認した。本年度に得られた知見より、生体用材料として期待されている各種合金の原料粉末を高品質に作製できる可能性が見出された。

The applicant proposes to keep the metal material in the state of powder. This paper presents the advantages of fine powder, fine particle size, low impurity concentration, excellent quality, and ideal production of Ti and Ta powder for biological use. This year, the use of water treatment, powder preparation, establishment of indicators, seed water treatment, research on the movement of Ta, and tissue change. The result is that the powder is very fine. The recrystallized equiaxed structure has a diameter of φ5 mm x 1mm and a thin Ta sample (purity 99.996%). Investigation of powder morphology and microstructure, sample preparation after water treatment, optical microscopy, scanning electron microscopy Before and after element treatment, the structural transformation was adjusted, X-ray analysis was performed, and the structural analysis was performed. The particle size of the powder was measured by a particle size analyzer. After being kept at 1473K in the water, the sample was cooled at room temperature and the crystal grain boundary was determined. On the one hand, after 1473K is maintained in the water atmosphere, the air is replaced by Ar during cooling, and the structure changes and the air is broken. The cooling process in the water atmosphere can be introduced and examined. Ta has a low temperature and a large amount of water is dissolved in the solution. Under 334K, water compounds are formed. The relationship between the formation and the introduction of water compounds was investigated. After high temperature holding, the low temperature holding temperature T_D is changed, and the occurrence frequency of low temperature holding temperature T_D is changed. In addition, Ta has a large amount of water absorption at low temperatures, and the lattice expansion and formation of water compounds are related. This is the first time that a sample has been tested. The above, water element treatment, optimization, Ta own collapse, powder, upward, possible. Water element treatment is a process for the separation of fine powders from impurities. Water element treatment is a process for the separation of fine powders from impurities. The phenomenon of powdering due to water treatment includes Ta, Ti, Nb, Ti and Ti alloys. The powdering mechanism was confirmed. This year, the possibility of producing high-quality raw materials powders for various alloys has been revealed.