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

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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。