水素新機能による生体・医療用チタン合金のナノ組織化と歯科補綴物への応用

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本年度は、歯科医療用チタン合金の一つであるα+β型Ti-6Al-7Nb合金に水素処理法（水素吸蔵－溶体化・マルテンサイト化－熱間圧延－脱水素）を適用させ、結晶粒の微細化（ナノ組織化）を目指した。水素吸蔵後のTi-6Al-7Nb合金のβ変態点を組織観察法によって把握した後、最適な水素吸蔵量、熱間圧延温度を調べた。その結果、まず水素吸蔵後のTi-6Al-7Nb合金のβ変態点であるが、0.5wt.%の水素吸蔵量で約200K程度低下することがわかった。次に、この結果を基に水素処理を試みた。水素吸蔵量の異なる試料（0.3～0.9%wt.%）を作製、さらに圧下率80％が可能な熱間圧延温度を調べて試みた結果、水素を0.5wt.%程度吸蔵させ、その後β変態点よりも100K高い温度で溶体化・マルテンサイト化し、熱間圧延温度を923K、脱水素温度を873Kとすることで、均一な微細粒組織が得られることが分かった。ただし、水素吸蔵量を0.7wt.%以上にすると組織の均一性が低下することも分かった。以上の結果より、α+β型Ti-6Al-7Nb合金が水素処理法によって微細組織化するための条件は概ね把握することができた。水素処理によって微細組織化したTi-6Al-7Nb合金の常温引張試験を行った結果、0.2%耐力は1318MPaを示し、約30％の高強度化が達成された。ただし伸びが3％とやや低いので、水素処理条件の更なる最適化が必要である。α+β型チタン合金においては、バルクの状態で結晶粒径を1μm以下にする結晶粒微細化法が極めて少ないことが知られているが、この水素処理法を行うことで、本合金の微細粒組織が得られるという知見を得ることができた。