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概要

Ti-Nb-Zr薄膜の相安定性と機械的性質に対する組成依存性

ムンクバヤル・バータルスフ

問題の説明: 形状記憶合金は、航空宇宙、自動車、ロボット工学、バイオメディカルなど、さまざまな用途に広く使用されています。 Ti-Ni 合金はこれまでバイオメディカル用途に広く適用されてきましたが、純粋な Ni は有毒元素であり、Ni 過敏症を引き起こすことが指摘されています。 β 型チタン合金は、剛性が低く、耐腐食性が良好で、生体適合性があるため、バイオメディカルで注目されています。 本研究の目的は、β Ti-Nb-Zr 薄膜の相安定性と機械的特性に対する Zr 元素の添加依存性を調査することです。

方法: Ti-Nb-(3.6-12.7)Zr 薄膜をマグネトロンスパッタリング法で作製しました。薄膜の構造は EDS および SEM で分析しました。相構成は XRD で確認しました。Ti-Nb-Zr 薄膜試料の機械的特性はナノイ​​ンデンテーション試験で調査しました。d 電子合金理論は、ヤング率を制御したチタン合金を設計する効果的な方法です。
結果: 追加の Zr 含有量は三元合金の結晶学的には変化せず、合金に α 相と β 相が現れます。Ti-Nb-3.6Zr および Ti-Nb-5.6Zr 薄膜で多孔質構造が観察されました。Zr 含有量を追加した三元合金では、ヤング率が 94.65 Gpa から 79.78 Gpa に減少しました。

結論: チタン合金のα相とβ相の両方を安定化するためにZrを添加しても、TiNbZr合金のα相の形成には大きな影響はありません。バルクでは、多孔質構造を制御するために、焼結法でスペースホルダー(NH4CO3)が使用されます。現時点では、組成に応じて多孔質構造が変化すると予想しています。ヤング率の結果は、三元合金のd-エレクトロ合金理論と一致しています。ただし、三元薄膜のヤング率(80-95 Gpa)は、二元合金(108-123 Gpa)よりも低いです。