5/28～5/31 中小企業総合展 2013 in KANSAI 出展状況写真 （インテックス大阪にて） Ｏ-ＭＩＭ(Ｏｓａｋａｙａｋｉｎ Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ ｐａｒｔｓ) 金属粉末射出成形法による焼結部品 加圧焼結による 更なる高密度化，機械的性質の向上 真空焼結 加圧焼結 内部欠陥を発生させずに焼結が可能！ 高密度部品に適用！ 高信頼性部品へ適用！ 大阪冶金興業株式会社 大阪市東淀川区瑞光４丁目４番２８号 Ｔｅｌ. ０６－６３２８－１３４５ Ｆax. ０６－６３２８－１３８０ [email protected] 粉末冶金法により作製した医療用 チタン及びチタン合金多孔体の機械的性質 土井研児 , 寺内 俊太郎、寺岡常雄 , 北垣寿 , 田中秀樹 , 花見和樹 大阪冶金興業株式会社 医療分野におけるポーラス金属開発の背景 ・最近ではハイドロキシアパタイトの多孔体が整形外科用インプラントとして人工骨材料に使用されている。 表 1 生体骨の力学的特性 ハイドロキシアパタイトの圧縮強度は海綿骨の強度と同等 ( 表 1)。 海綿骨 緻密骨 ハイドロキシアパタイトは圧縮強度は緻密骨の強度よりも低いため、脊椎などの荷重部へ適用 することができない。 弾性率 (GPa) 0.18 − 0.33 7 − 15 圧縮強度 (MPa) 2− 7 80 − 120 ・金属材料は生体骨よりも高い圧縮強度と弾性率を有する。 生体骨よりも強度が高いとストレスシールディング（応力遮蔽）を引き起こし、骨減少の原因となる。 緻密骨と同等の強度 + 多孔部分への骨成長 多孔質金属 チタンやチタン合金が最適！ 生体適合性、耐食性などが必要 実験方法 チタン粉末、 チタン合金粉末 混合 圧粉成形 ●●●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●●● ●●●●● ●●●●●● ●●●●●● ●●●●●●●●● 材質 : CPTi、Ti-6Al-4V、Ti-15Mo-5Zr-3Al 粉末粒度 : ≦45μm ● ●●● 表２ 実験に使用したチタン及びチタン合金の化学組成（mass %） ●● C Fe N O H Al Ti CPTi Bal. 0.01 0.06 0.003 0.10 ＜0.001 − Bal. 0.013 0.21 0.004 0.18 0.003 6.26 Ti-6Al-4V Ti-15Mo-5Zr-3Al Bal. − 0.042 0.003 0.085 0.005 3.10 多孔体 ● ●● 焼結 ●●● ● ● ● ● ●●●● ●●●●●● ●●●●●●● 検討内容 ・顕微鏡観察 : 電子顕微鏡 (SEM) ・気孔率 ・気孔径、気孔の構造 : CT 観察 ・機械的性質 : 圧縮試験、圧縮疲労試験 ● ● 気孔形成材 V Mo Zr − − − 4.24 − − − 15.26 5.43 図１ 金属多孔体の作製工程フロー図 結果 300 弾性率 (GPa) 気孔率と弾性率の関係 0.2％ 耐力(MPa) 16 ・得られた金属多孔体の弾性率は 2 – 12 GPa であった（図 2）。 Ti-6Al-4V(L) Ti-6Al-4V(S) ・気孔率が増加するにつれて、チタン多孔体及びチタン合金 Ti-15Mo-5Zr-3Al(L) 12 Ti-15Mo-5Zr-3Al(S) 多孔体の弾性率と圧縮強度は減少する（図 2, 3）。 CPTi(L) CPTi(S) ・圧縮永久歪みを 2％まで許容する場合、気孔率 50％のチタン 試験片サイズ : 8 φ6mm×H10mm 多孔体の圧縮疲労強度は 75MPa であった（図 4）。 圧縮速度: 1mm/min ・気孔形成材の昇華と金属粉末の焼結により、大小の気孔が 4 形成されている（図 5）。 ・気孔間は通路で繋がっており、開放気孔を形成している。 0 ・CT 画像から気孔間通路径を測定した結果、血管の侵入・ 40 50 60 70 80 気孔率 (％) 成長に必要な 50μm 以上の通路径を有することが明らかに なった（図 6）。 図 2 チタン多孔体及びチタン合金多孔体の Ti-6Al-4V(L) Ti-6Al-4V(S) Ti-15Mo-5Zr-3Al(L) Ti-15Mo-5Zr-3Al(S) CPTi(L) CPTi(S) 200 試験片サイズ : φ6mm×H10mm 圧縮速度: 1mm/min 100 0 30 40 50 60 70 図 3 チタン多孔体及びチタン合金多孔体の 気孔率と 0.2% 耐力の関係 110 応力比 : 10％ 周波数 : 4Hz 応力 (MPa) 100 90 80 70 60 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 圧縮永久歪みが２％に達するまでの繰返し回数 図 4 気孔率 50％のチタン多孔体の S-N 線図 図 5 気孔率 50％のチタン多孔体の SEM 写真 図 6 気孔率 50％のチタン多孔体の CT 画像 結言 ・CPTi、Ti-6Al-4V 及び Ti-15Mo-5Zr-3Al の多孔体の作製に成功した。 ・弾性率と圧縮強度は多孔体の気孔率に依存することが明らかになった。 ・CPTi、Ti-6Al-4V 及び Ti-15Mo-5Zr-3Al の多孔体は、生体骨と同等もしくはそれに近い 弾性率及び圧縮強度を有する事が分かった。 80 気孔率 (％) 大阪冶金興業株式会社 本 社 ： TEL 06-6328-1345 三木工場 ： TEL 0794-86-1345 E-mail [email protected] Ｏ-ＭＩＭ(Ｏｓａｋａｙａｋｉｎ Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ ｐａｒｔｓ) 金属粉末射出成形法による焼結部品 難加工金属材料で・・・ 部品の一体化 後工程の省力化 精度アップ 現状にご不満はありませんか！ 開発ご検討時にはぜひ御相談ください。 ＭＩＭの特徴 ■ 形状が複雑な小物部品がニァネットシェイプで出来る →小さな穴、角穴、異型の袋穴等 ■ 高密度が得られ、機械的性質が良好 →薄い形状・シャープエッジがある物 ■ 難加工材料が扱いやすくなる ■ 各種の表面処理が可能。（メッキ、浸炭、窒化等） 大阪冶金興業株式会社 大阪市東淀川区瑞光４丁目４番２８号 Ｔｅｌ. ０６－６３２８－１３４５ Ｆax. ０６－６３２８－１３８０ [email protected] Ｏ-ＭＩＭ(Ｏｓａｋａｙａｋｉｎ Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ ｐａｒｔｓ) 金属粉末射出成形法による焼結部品 Ｏ-ＭＩＭの特徴 ■ ガスアトマイズ粉末製造装置による 新材料を含めた共同開発が可能 ■ 加圧焼結により更なる高密度が得られ、 機械的性質が向上 ■ ＣＴ検査装置・透過型Ｘ線検査装置による 信頼性の向上 ■ 非接触全自動三次元測定システムの導入 ■ 長年培ってきた真空熱処理技術や温度管理を 活かし、幅広い材料の安定生産が可能 ガスアトマイズ装置 ﾏｲｸﾛﾌｫｰｶｽＸ線 ＣＴ検査装置 加圧焼結炉 透過型Ｘ線検査装置 非接触全自動三次元 測定システム ■材 質 Ｆｅ／Ｎｉ合金，ＳＵＳ３１６Ｌ，ＳＵＳ４２０Ｊ２，ＳＵＳ６３０， ＳＫＤ１１，ＳＫＨ５１，ＳＣＭ材，純Ｔｉ，Ｔｉ合金 他 大阪冶金興業株式会社 大阪市東淀川区瑞光４丁目４番２８号 Ｔｅｌ. ０６－６３２８－１３４５ Ｆax. ０６－６３２８－１３８０ [email protected] Ｏ-ＭＩＭ(Ｏｓａｋａｙａｋｉｎ Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ ｐａｒｔｓ) 金属粉末射出成形法による焼結部品 ＭＩＭ製品のトータルプランナ－ 夢、実現 材料開発から製品評価まで トータルなものづくりを提案します 大阪冶金興業株式会社 大阪市東淀川区瑞光４丁目４番２８号 Ｔｅｌ. ０６－６３２８－１３４５ Ｆax. ０６－６３２８－１３８０ [email protected] Ｏ-ＭＩＭ(Ｏｓａｋａｙａｋｉｎ Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ ｐａｒｔｓ) 金属粉末射出成形法による焼結部品 ガスアトマイズ装置による 新材料を含めた共同開発 Ｔｉ，Ｔｉ合金等の活性金属粉末の製造に有利 新材料の共同開発 大阪冶金興業株式会社 大阪市東淀川区瑞光４丁目４番２８号 Ｔｅｌ. ０６－６３２８－１３４５ Ｆax. ０６－６３２８－１３８０ [email protected]
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