析出物に着目した生体用Co-Cr-Mo合金の微細組織制御と高機能化

关注析出物的生物 Co-Cr-Mo 合金的微观结构控制和高功能性

• 批准号: 11J04951
• 负责人: 峯田 真悟
• 金额: $ 0.45万
• 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: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J04951/
• 关键词: Co-Cr-Mo合金; 晶・析出物; 熱処理; 電解抽出; 生体材料; 耐摩耗性; 耐食性; イオン溶出

本研究は生体用Co-Cr-Mo合金の晶・析出物に焦点を絞り、(イ)元素機能および熱処理という観点から微細組織制御に関する学術的知見の体系化を図ると共に、(ロ)生体内外での実用的な特性評価から、生体応用に最適な微細組織形態を学術的根拠のもと提示すること、を目的としている。以下に成果を示す。1.生体用Co-Cr-Mo合金における添加元素および熱処理の影響添加元素としてC,N,Si,Mn,Tiに着目し、鋳造ままおよび熱処理後の晶・析出物を電解抽出法によりマトリクスから分離して評価した。新規晶・析出物としてπ-phase(β-Mn構造を有するM_2T_3X型炭窒化物)およびx-phase(α-Mn構造を有する金属間化合物)の存在を本合金系で初めて明らかにした。部分融解温度以上での熱処理ではstarlike-dense形態のπ-phaseが確認され、粒内および粒界において観察されたπ-phaseは、格子定数および化学組成が異なり、Co-(Cr,Mo)-C系状態図上で組成幅を有することを明らかにした。2.生体用Co-(Cr,Mo)合金の微細組織と耐摩耗性の関係Co-Cr-Mo合金は高い耐摩耗性から人工関節の摺動部に用いられている。本研究ではpin-on-disk型摩耗試験により、その微細組織と摩耗挙動を明らかにした。荷重負荷および摩耗環境下においては、金属イオン溶出量は顕著に増加することを明らかにした。また中性擬似体液中においてはCr,Mnイオンの溶出割合が低下したが、これは擬似体液中で形成されたリン酸カルシウム中にこれらのイオンが取り込まれたためであると考察した。3.生体内外における生体用Co-Cr-Mo合金の耐食性評価JIS TO302に準拠したアノード分極試験装置を作製し耐食性を評価した。合金へのN添加は耐食性を劣化させる場合もあることから、合金組成および熱処理条件の最適化が必要であることが示唆された。

This study focuses on the systematization of academic knowledge related to microstructure control of Co-Cr-Mo alloy crystals and precipitates for biological use, evaluation of characteristics of Co-Cr-Mo alloy for practical use in vivo and in vitro, and suggestions for academic research on optimal microstructure morphology for biological use. The results are shown below. 1. Effects of Additive Elements and Heat Treatment on Co-Cr-Mo Alloys for Biological Use Additive Elements C,N,Si,Mn,Ti are used to form crystals and precipitates after heat treatment. The existence of new crystalline precipitates, π-phase(M_2T_3X-type carbonaceous compounds with β-Mn structure) and x-phase(intermetallic compounds with α-Mn structure) in this alloy system is the first step in the development of this alloy system. Heat treatment above partial melting temperature confirms the π-phase of starlike-dense morphology, the π-phase of intragranular and grain boundaries, the lattice number and chemical composition, and the composition amplitude of Co-(Cr,Mo)-C system. 2. Relationship between Microstructure and Wear Resistance of Co-(Cr,Mo) Alloys for Biological Use Co-Cr-Mo alloys have high wear resistance and are used in artificial joints. In this study, the pin-on-disk friction test was performed, and the micro-tissue friction test was performed. It is clear that the amount of metal dissolved out will increase significantly under heavy loads and frictional environments. The dissolution of Cr,Mn in the neutral pseudo-body fluid is low, and the formation of Cr, Mn in the pseudo-body fluid is low. 3. Food Resistance Evaluation of Co-Cr-Mo Alloys for Biological Use JIS TO302 Standard for Preparation of Polar-Separating Test Apparatus The addition of N to the alloy results in the deterioration of the corrosion resistance. The optimization of the alloy composition and heat treatment conditions is necessary.

项目成果

Precipitates in biomedical Co-Cr-Mo-C-N-Si-Mn alloys

生物医学 Co-Cr-Mo-C-N-Si-Mn 合金中的析出物

• DOI: 10.1007/s11661-011-1009-0
• 发表时间: 2012
• 期刊: Mtetall.Mater.Trans.A
• 作者: 冨永雄一;久保健志;細矢憲,大塚浩二;S.Mineta (Alfirano)
• 通讯作者: S.Mineta (Alfirano)

π-phase and χ-phase : new precipitates in biomedical Co-Cr-Mo alloys

π相和χ相：生物医学Co-Cr-Mo合金中的新析出物

• DOI: 10.1007/978-4-431-54070-0_12
• 发表时间: 2012
• 期刊: Interface Oral Health Science 2011(ed.K.Sasaki)
• 作者: Y.Tominaga;T.Kubo;K.Yasuda;K.Kato;K.Hosoya;S.Mineta (T.Narushima)
• 通讯作者: S.Mineta (T.Narushima)