【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.12】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24TU0216
利用課題名 / Title
CuO添加した合金の作製と特性評価
利用した実施機関 / Support Institute
東北大学 / Tohoku Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代バイオマテリアル/Next-generation biomaterials（副 / Sub）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials
キーワード / Keywords
Ti, CuO,抗菌・抗ウイルス材料/ Antibacterial/antiviral materials,電子顕微鏡/ Electronic microscope,イオンミリング/ Ion milling
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
周 偉偉
所属名 / Affiliation
東北大学工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
兒玉裕美子
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
Ti合金は軽量、非磁性、耐腐食性に加えて生体適合性に優れていることから医療分野で広く応用されている。しかしTiには抗菌特性がないため歯科インプラントで応用される際に細菌感染が起きやすいことや、強度不足が懸念されている。抗菌特性を付与するためにはAgやZn、Cuなどの抗菌性金属元素の添加が有効であり、高強度化には固溶強化元素として知られるNやC、Oなどの添加が有効と考えられる。そこで、抗菌性金属元素であるCuと固溶強化元素であるOの両方を含むCuOをTiへ添加することで抗菌性と機械的特性を両立した生体用Ti合金の作製を検討する。
実験 / Experimental
ヘテロ凝集及び凍結乾燥法により、 Pure Ti粒子表面にCuOナノ粉末を修飾した。 CuO/Ti混合粉末を用いて、 波長1070 nmのイッテルビウム (Yb) ファイバーレーザーを備えた積層造形装置により造形を行った。透過型電子顕微鏡を用いて組織観察を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
L-PBFプロセスにより、相対密度が99%を超える高密度Ti/CuO複合材が得られた。L-PBF造形過程でのマランゴニ対流及び急冷凝固によってCu/Oはほとんど均一にTiマトリックス中に固溶した。Ti/CuO複合材はα/α’-Tiで構成され、結晶粒径はPure Tiで0.45 µm、Ti-1.5 mass%CuOで0.34 µmと、CuO添加量の増加に従って微細化していた。TEM観察から、混合粉末作製時に発生したCuOの凝集体によって一部Cuが濃化した箇所において、L-PBF過程での熱処理によりα’-Ti相に過飽和固溶していたCuがTiマトリックス中から掃き出されたことで形成したと考えられる。非常に微細且つ少量であるため強度への影響はほとんどないものと考えた。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 STEM-ADF image of a CuO-added Ti alloy using laser powder bed fusion
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
組織観察に際し、東北大学 金属材料研究所材料分析研究コアの長迫実先生に深く感謝申し上げます。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：1件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件