DE112006001628B4

DE112006001628B4 - Ferromagnetische Formgedächtnislegierung und deren Anwendung

Info

Publication number: DE112006001628B4
Application number: DE112006001628T
Authority: DE
Inventors: Kiyohito Sendai Ishida; Katsunari Sendai Oikawa; Ryosuke Natori Kainuma; Takeshi Sendai Kanomata; Yuji Sendai Sutou
Original assignee: Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2026-06-28
Also published as: US20100156579A1; US8016952B2; JPWO2007001009A1; DE112006001628T5; JP4697981B2; WO2007001009A1

Abstract

Ferromagnetische Formgedächtnislegierung, enthaltend 25 bis 50 Atom-% Mn, in Summe 5 bis 18 Atom-% mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus In, Sn und Sb ausgewählten Metalls und 0,1 bis 15 Atom-% Co und/oder Fe sowie im Rest Ni und unvermeidbare Verunreinigungen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine ferromagnetische Formgedächtnislegierung und deren Anwendung, insbesondere auf eine ferromagnetische Formgedächtnislegierung, die zur Formwiederherstellung fähig ist, begleitet von einer magnetischen Änderung aufgrund einer magnetfeldinduzierten Rückumwandlung in einem praktischen Temperaturbereich, und deren Anwendung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Legierung mit Formgedächtnis weist eine bemerkenswerte Formgedächtnisfunktion auf, die durch eine martensitische Umwandlung und eine martensitische Rückumwandlung bewirkt wird, so dass sie als Material für Stellelemente usw. geeignet ist. Ein durch eine Formgedächtnislegierung gebildetes Stellelement wird im Allgemeinen durch Wärme betätigt, und zwar mit einer martensitischen Umwandlung durch Abkühlen und einer martensitischen Rückumwandlung durch Erwärmen. Bei der Formgedächtnislegierung ist die Umwandlungstemperatur während des Abkühlen im Allgemeinen höher als eine Rückumwandlungstemperatur während des Erwärmens. Die Differenz zwischen der Umwandlungstemperatur und der Rückumwandlungstemperatur wird als „Temperaturhysterese” bezeichnet. Bei einer thermoelastischen martensitischen Umwandlung mit einer geringen Temperaturhysterese wird normalerweise eine große Formwiederherstellungsverformung von bis zu etwa 5% erreicht. Weil ein wärmeaktiviertes Stellelement jedoch eine durch die Wärmeableitung bestimmte Abkühlungsgeschwindigkeit aufweist, ist seine Ansprechgeschwindigkeit gering.
Daher ist ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen wie etwa Ni-Co-Al-Legierungen, Ni-Mn-Ga-Legierungen usw., die eine martensitische Umwandlung oder eine durch ein Magnetfeld induzierte Zwillingsverformung einer Martensitphase erfahren, besondere Aufmerksamkeit geschenkt worden. Eine magnetfeldinduzierte Rückumwandlung ist in der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung möglich, die daher vielversprechend ist als Material für Stellelemente mit einer hohen Ansprechgeschwindigkeit.
In JP 2002-129273 A wird ein Stellelement vorgeschlagen, das aus einer ferromagnetischen Formgedächtnislegierung mit einer Zusammensetzung gebildet ist, die 5 bis 70 Atom-% Co, 5 bis 70 Atom-% Ni und 5 bis 50 Atom-% Al und im Rest unvermeidbare Verunreinigungen enthält, die eine Einphasenstruktur einer β-Phase mit einer B2-Struktur oder eine Zweiphasenstruktur mit einer γ-Phase und eine β-Phase mit einer B2-Struktur aufweist. Wenn jedoch ein Magnetfeld an diese ferromagnetische Formgedächtnislegierung angelegt würde, würde sich deren martensitische Umwandlungstemperatur nicht erheblich ändern, so dass es schwierig ist, eine martensitische Umwandlung und eine martensitische Rückumwandlung in einem praktischen Temperaturbereich zu bewirken. Dementsprechend würden magnetisch angetriebene Stellelemente aus dieser ferromagnetischen Formgedächtnislegierung keine ausreichenden Eigenschaften bei Raumtemperatur aufweisen. Daher wird jetzt ein starkes Magnetfeld an eine ferromagnetische Formgedächtnislegierung mit nur einer Martensitphase angelegt, um eine Doppelkristall-Magnetostriktion zu bewirken. Dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass es nicht gelingt, eine starke Verformung zu erzielen, sofern es sich bei der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nicht um eine Einkristalllegierung handelt.
In JP 10-259438 A wird eine Ni-Mn-Ga-Legierung mit einem Formgedächtniseffekt aufgrund eines Magnetfelds bei einer Alltagstemperatur vorgeschlagen, die eine chemische Zusammensetzung von Ni_2+xMn_1-xGa, wobei 0,10 ≤ x ≤ 0,30 in Mol, und eine martensitische Rückumwandlungsbeendigungstemperatur von –20°C oder höher aufweist. Diese Ni-Mn-Ga-Legierung weist jedoch keine ausreichende Formwiederherstellungsverformung auf.
Als eine Mn-Legierung, die eine stärkere Verformung als die Ni-Mn-Ga-Legierung zeigt, wird in JP 2001-279360 A eine Mn-Legierung mit der allgemeinen Formel Mn_aT_bX_1-a-b vorgeschlagen, wobei T mindestens ein aus der Gruppe bestehend aus Fe, Co und Ni ausgewähltes Element ist, X mindestens ein aus der Gruppe bestehend aus Si, Ge, Al, Sn und Ga ausgewähltes Element ist und a und b Zahlen sind, die die Bedingungen 0,2 ≤ a ≤ 0,4 und 0,2 ≤ b ≤ 0,4 erfüllen, und die eine martensitischen Umwandlung erfährt, deren Rückumwandlungsbeendigungstemperatur in einem Bereich von –20°C bis 300°C liegt. Diese Mn-Legierung weist jedoch wegen einer magnetfeldinduzierten Umwandlung von einer paramagnetischen Originalphase (Matrixphase) in eine ferromagnetische Martensitphase keine starke Verformung auf.
Als eine magnetische Formgedächtnislegierung, die ein großes Verformungsverhältnis und eine Verschiebung durch Kristallumwandlung aufweist, wird in JP 2001-279357 A eine magnetische Formgedächtnislegierung mit der allgemeinen Formel M1_2-xM2_yM3_z vorgeschlagen, wobei M1 Ni und/oder Cu, M2 mindestens ein aus der Gruppe bestehend aus Mn, Sn, Ti und Sb ausgewähltes Element ist, M3 mindestens ein aus der Gruppe bestehend aus Si, Mg, Al, Fe, Co, Ga und In ausgewähltes Element ist und x, y und z Zahlen sind, die die Bedingungen 0 < x ≤ 0,5, 0 < y ≤ 1,5 und 0 < z ≤ 1,5 erfüllen, die eine Heusler-Struktur aufweist und eine martensitische Umwandlung und eine magnetfeldinduzierte martensitische Rückumwandlung bewirkt. In diesem Dokument ist beschrieben, dass sich die Form der Legierung durch ein Magnetfeld ändert, aber alle Beispiele sind auf eine magnetfeldinduzierte Umwandlung gerichtet, die nach einer Temperaturänderung eintritt, wobei keines der Beispiele eine martensitische Rückumwandlung zeigt, die nur durch die Änderung eines Magnetfelds bewirkt wird.
Es ist vorgeschlagen worden, eine thermomagnetische Antriebsvorrichtung bereitzustellen, die das Phänomen nutzt, dass eine ferromagnetische Formgedächtnislegierung je nach der Temperaturänderung zwischen einem ferromagnetischen Zustand und einem paramagnetischen Zustand wechselt. JP 10-25943 8 A und JP 2002-129273 A beschreiben, dass ferromagnetische Formgedächtnislegierungen mit dahingehend optimierten Zusammensetzungen, dass sie eine magnetische Umwandlung bei einer Alltagstemperatur zeigen, für Stellelemente verwendet werden. Bei der magnetischen Umwandlung zwischen einem ferromagnetischen Zustand und einem paramagnetischen Zustand wird jedoch keine hinreichende Energieumwandlungseffizienz erreicht.
Es ist auch vorgeschlagen worden, eine ferromagnetische Formgedächtnislegierung als eine magnetische Kühlvorrichtung zu verwenden. Beim magnetischen Kühlen wird ein magnetokalorischer Effekt genutzt, das heißt ein Phänomen, dass beim isothermischen Magnetisieren eines magnetischen Körpers von einem paramagnetischen Zustand in einen ferromagnetischen Zustand, wodurch aufgrund des Unterschieds im Freiheitsgrad des elektromagnetischen Spins eine Änderung der magnetischen Entropie bewirkt wird, und adiabatischen Aufheben eines Magnetfelds die Temperatur des magnetischen Körpers abnimmt.
Als ein magnetisches Material zur Durchführung der magnetischen Kühlung durch ein relativ schwaches Magnetfeld in einem Raumtemperaturbereich wird in JP 2002-356748 A (a) eine magnetische Kühlvorrichtung mit mindestens einem aus der Gruppe bestehend aus Fe, Co, Ni, Mn und Cr ausgewählten Metall in einer Gesamtmenge von 50 bis 96 Atom-%, mindestens einem aus der Gruppe bestehend aus Si, C, Ge, Al, B, Ga und In ausgewählten Metall in einer Gesamtmenge von 4 bis 43 Atom-% und mindestens einem aus der Gruppe bestehend aus Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm und Yb ausgewählten Metall in einer Gesamtmenge von 4 bis 20 Atom-% und (b) eine magnetische Kühlvorrichtung mit mindestens einem aus der Gruppe bestehend aus Fe, Co, Ni, Mn und Cr ausgewählten Metall in einer Gesamtmenge von 50 bis 80 Atom-% und mindestens einem aus der Gruppe bestehend aus Sb, Bi, P und As ausgewählten Metall in einer Gesamtmenge von 20 bis 50 Atom-% vorgeschlagen. Diese magnetischen Kühlvorrichtungen zeigen jedoch nur bei –40°C oder darunter eine hinreichende Änderung der magnetischen Entropie, so dass sie für praktische Anwendungen nicht geeignet sind. Daher sind magnetische Kühlvorrichtungen mit einer ausreichenden Änderung der magnetischen Entropie bei etwa Raumtemperatur erwünscht.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Daher ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer ferromagnetischen Formgedächtnislegierung, die ausgezeichnete Formgedächtniseigenschaften in Reaktion auf eine Temperaturänderung und eine Magnetfeldänderung in einem praktischen Temperaturbereich aufweist.
Desweiteren ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer magnetischen Antriebsvorrichtung und einer thermomagnetischen Antriebsvorrichtung, die jeweils durch eine solche ferromagnetische Formgedächtnislegierung gebildet sind.
Desweiteren ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Wärmeerzeugungs-/-absorptionsvorrichtung (insbesondere einer magnetischen Kühlvorrichtung), einer Spannungs-Magnetismusvorrichtung, einer Spannungs-Widerstandsvorrichtung und einer Magnetismus-Widerstandsvorrichtung unter Nutzung der Magnetfeld-Temperatureigenschaften, Spannungs-Magnetismuseigenschaften, Spannungs-Widerstandseigenschaften bzw. Magnetismus-Widerstandseigenschaften der vorstehenden ferromagnetischen Formgedächtnislegierung.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Als Ergebnis intensiver Untersuchungen in Anbetracht der vorstehenden Ziele haben die Erfinder festgestellt, dass durch Einstellen der Zusammensetzung einer Ni-basierten Legierung mit Mn, mindestens einem aus der Gruppe bestehend aus In, Sn und Sb ausgewählten Metall und Co und/oder Fe eine ferromagnetische Formgedächtnislegierung erhalten werden kann, die ausgezeichnete Formgedächtniseigenschaften in Reaktion auf eine Temperaturänderung und eine Magnetfeldänderung in einem praktischen Temperaturbereich aufweist. Die vorliegende Erfindung ist auf der Grundlage dieser Feststellungen ausgearbeitet worden.
Die erste ferromagnetische Formgedächtnislegierung nach der vorliegenden Erfindung enthält 25 bis 50 Atom-% Mn, in Summe 5 bis 18 Atom-% mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus In, Sn und Sb ausgewählten Metalls und 0,1 bis 15 Atom-% Co und/oder Fe sowie im Rest Ni und unvermeidbare Verunreinigungen. Diese ferromagnetische Formgedächtnislegierung enthält vorzugsweise mehr als 40 Atom-% Ni.
Die zweite ferromagnetische Formgedächtnislegierung nach der vorliegenden Erfindung enthält 25 bis 50 Atom-% Mn, in Summe 5 bis 18 Atom-% mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus In, Sn und Sb ausgewählten Metalls, 0,1 bis 15 Atom-% Co und/oder Fe, in Summe 0,1 bis 15 Atom-% mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus Ti, Pd, Pt, Al, Ga, Si, Ge, Pb und Bi ausgewählten Metalls und mehr als 40 Atom-% Ni sowie im Rest unvermeidbare Verunreinigungen.
Die dritte ferromagnetische Formgedächtnislegierung nach der vorliegenden Erfindung enthält 25 bis 50 Atom-% Mn, in Summe 5 bis 18 Atom-% mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus In, Sn und Sb ausgewählten Metalls, 0,1 bis 15 Atom-% Co und/oder Fe und in Summe 0,1 bis 15 Atom-% mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus Pd, Pt, Pb und Bi ausgewählten Metalls sowie im Rest Ni und unvermeidbare Verunreinigungen. Eine solche ferromagnetische Formgedächtnislegierung enthält vorzugsweise mehr als 40 Atom-% Ni.
Die ersten bis dritten ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen weisen jeweils eine ferromagnetische Originalphase (Matrixphase) und eine paramagnetische, antiferromagnetische oder ferrimagnetische Martensitphase mit einer großen Magnetisierungsdifferenz zwischen der Originalphase und der Martensitphase auf. Die Martensitphase weist vorzugsweise eine langperiodische Schichtstruktur auf, um eine umkehrbare Umwandlung mit geringer Temperaturhysterese zu ermöglichen. Bei den ersten bis dritten ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen beträgt die Magnetisierungsdifferenz jeweils 50 emu/g oder mehr zwischen einer Originalphase (gemessen bei einer martensitischen Umwandlungsanfangstemperatur) und einer Martensitphase (gemessen bei einer martensitischen Umwandlungsbeendigungstemperatur), wenn ein Magnetfeld von zum Beispiel 20 kOe oder mehr angelegt wird. Das Verhältnis ρ_M/ρ_p des elektrischen Widerstands ρ_M der Martensitphase zum elektrischen Widerstand ρ_p der Originalphase beträgt 2 oder mehr.
Die magnetische Antriebsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine der ersten bis dritten ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen und nutzt die durch Anlegen eines Magnetfelds an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung bewirkte Formwiederherstellung und/oder magnetische Änderung. In diesem Fall wird (a) bei Anlegen eines Magnetfelds an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer paramagnetischen, antiferromagnetischen oder ferrimagnetischen Martensitphase die Martensitphase einer martensitischen Rückumwandlung in die ferromagnetische Originalphase unterworfen, und (b) bei Entfernen eines Magnetfelds von der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung mit einer Originalphasenstruktur aufgrund einer magnetfeldinduzierten Rückumwandlung wird die Originalphase einer martensitischen Umwandlung in die Martensitphase unterworfen.
Die thermomagnetische Antriebsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine der ersten bis dritten ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen als einen temperaturempfindlichen magnetischen Körper und nutzt (a) die Formänderung und/oder Magnetismusänderung, die durch eine martensitische Rückumwandlung in eine ferromagnetische Originalphase bewirkt wird, die durch Erwärmen der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer paramagnetischen, antiferromagnetischen oder ferrimagnetischen Martensitphase herbeigeführt wird, und/oder (b) die Formänderung und/oder Magnetismusänderung, die durch eine Umwandlung in die Martensitphase bewirkt wird, die durch Abkühlen der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem Zustand der Originalphase herbeigeführt wird.
Die magnetische Kühlvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist durch eine der ersten bis dritten ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen gebildet und nutzt die Wärmeabsorption, die durch eine martensitische Rückumwandlung in eine ferromagnetische Originalphase bewirkt wird, die durch Anlegen eines Magnetfelds an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer paramagnetischen, antiferromagnetischen oder ferrimagnetischen Martensitphase herbeigeführt wird.
Die Wärmeerzeugungs-/-absorptionsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine der ersten bis dritten ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen und nutzt (a) die durch eine martensitische Umwandlung der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer ferromagnetischen Originalphase bewirkte Wärmeerzeugung und (b) die durch eine martensitische Rückumwandlung der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer paramagnetischen, antiferromagnetischen oder ferrimagnetischen Martensitphase bewirkte Wärmeabsorption. Die martensitische Umwandlung wird durch Anlegen einer Beanspruchung an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer Originalphase oder durch Entfernen eines Magnetfelds von der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer durch eine magnetfeldinduzierte Rückumwandlung erzeugten Originalphase herbeigeführt. Die martensitische Rückumwandlung wird durch Anlegen eines Magnetfelds an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer Martensitphase oder durch Entfernen einer Beanspruchung von der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer durch eine spannungsinduzierte Umwandlung erzeugten Martensitphase herbeigeführt.
Die Spannungs-Magnetismusvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine der ersten bis dritten ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen und nutzt (a) die magnetische Änderung, die durch eine Umwandlung in eine paramagnetische, antiferromagnetische oder ferrimagnetische Martensitphase bewirkt wird, die durch Anlegen einer Beanspruchung an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer ferromagnetischen Originalphase herbeigeführt wird, und/oder (b) die magnetische Änderung, die durch eine Rückumwandlung in eine Originalphase bewirkt wird, die durch Entfernen der Beanspruchung von der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer durch eine spannungsinduzierte Umwandlung erzeugten Martensitphase herbeigeführt wird.
Die Spannungs-Widerstandsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine der ersten bis dritten ferromagnetischen Formgedächtnislegieungen und nutzt (a) die elektrische Widerstandsänderung, die durch eine Umwandlung in eine paramagnetische, antiferromagnetische oder ferrimagnetische Martensitphase bewirkt wird, die durch Anlegen einer Beanspruchung an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer ferromagnetischen Originalphase herbeigeführt wird, und/oder (b) die elektrische Widerstandsänderung, die durch eine Rückumwandlung in eine Originalphase bewirkt wird, die durch Entfernen der Beanspruchung von der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer durch eine spannungsinduzierte Umwandlung erzeugten Martensitphase herbeigeführt wird.
Die Magnetowiderstandsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine der ersten bis dritten ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen und nutzt (a) die elektrische Widerstandsänderung, die durch eine martensitische Rückumwandlung in eine ferromagnetische Originalphase bewirkt wird, die durch Anlegen eines Magnetfelds an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer paramagnetischen, antiferromagnetischen oder ferrimagnetischen Martensitphase herbeigeführt wird, und/oder (b) die elektrische Widerstandsänderung, die durch eine Umwandlung in eine Martensitphase bewirkt wird, die durch Entfernen eines Magnetfelds von der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer durch eine magnetfeldinduzierte Rückumwandlung erzeugten Originalphase herbeigeführt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines thermomagnetischen Motors als ein Beispiel für thermomagnetische Antriebsvorrichtungen mit der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach der vorliegenden Erfindung als temperaturempfindlicher magnetischer Körper.
2 zeigt ein Diagramm der Abhängigkeit der martensitischen Umwandlungstemperaturen von einem Magnetfeld in der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach Beispiel 4.
3 zeigt ein Diagramm der Abhängigkeit einer martensitischen Umwandlung von einem Magnetfeld in der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach Beispiel 4.
4 zeigt ein Diagramm der Abhängigkeit der magnetischen Entropie von einem Magnetfeld in der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach Beispiel 4.
5 zeigt ein Diagramm mit einer Spannungs-Verformungskurve der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach Beispiel 21.
6 zeigt ein Diagramm mit einer Spannungs-Verformungskurve der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach Beispiel 22.
7 zeigt ein Diagramm mit einer Kurve für die Formwiederherstellungsverformung als Funktion des Magnetfelds der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach Beispiel 23.
8 zeigt ein Diagramm mit einer weiteren Kurve für die Formwiederherstellungsverformung als Funktion des Magnetfelds der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach Beispiel 23.
9 zeigt ein Diagramm mit einer Temperatur-Widerstandskurve der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach Beispiel 24.
10 zeigt ein Diagramm mit einer Magnetfeld-Widerstandskurve der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach Beispiel 24.
11 zeigt ein Diagramm mit einer Temperatur-Widerstandskurve der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach Beispiel 25.
BESCHREIBUNG DER BESTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
[1] Ferromagnetische Formgedächtnislegierung
Die ferromagnetische Formgedächtnislegierung nach jeder der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nachstehend ausführlich beschrieben, und die Beschreibung der jeweiligen Ausführungsform gilt auch für die anderen Ausführungsformen, soweit nicht anderweitig ausdrücklich angegeben.
(1) Erste ferromagnetische Formgedächtnislegierung
Die erste ferromagnetische Formgedächtnislegierung enthält 25 bis 50 Atom-% Mn, in Summe 5 bis 18 Atom-% mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus In, Sn und Sb ausgewählten Metalls und 0,1 bis 15 Atom-% Co und/oder Fe sowie im Rest Ni und unvermeidbare Verunreinigungen. Die Menge der jeweiligen Elemente ist hier bezogen auf 100 Atom-% der gesamten Legierung ausgedrückt, sofern nicht anders angegeben.
Mn ist ein Element, das die Bildung einer ferromagnetischen Originalphase (Matrixphase) mit einer bcc-Struktur beschleunigt. Das Einstellen des Mn-Gehalts kann die martensitische Umwandlungsanfangstemperatur (Ms) und die martensitische Umwandlungsbeendigungstemperatur (Mf), die martensitische Rückumwandlungsanfangstemperatur (As), die martensitische Rückumwandlungsbeendigungstemperatur (At) und die Curie-Temperatur (Tc) ändern. Beträgt der Mn-Gehalt weniger als 25 Atom-%, erfolgt keine martensitische Umwandlung. Beträgt der Mn-Gehalt mehr als 50 Atom-%, weist die ferromagnetische Formgedächtnislegierung nicht nur eine Originalphase auf. Der bevorzugte Mn-Gehalt beträgt 28 bis 45 Atom-%.
In, Sn und Sb sind Elemente zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften. Das Einstellen der Mengen dieser Elemente kann Ms und Tc verändern, wodurch die Legierungsstruktur gestärkt wird. Beträgt die Gesamtmenge dieser Elemente weniger als 5 Atom-%, ist Ms gleich oder höher als Tc. Beträgt sie mehr als 18 Atom-%, erfolgt keine martensitische Umwandlung. Die Gesamtmenge dieser Elemente beträgt vorzugsweise 7 bis 16 Atom-% und besonders bevorzugt 10 bis 16 Atom-%.
Co und Fe haben eine Funktion zum Erhöhen von Tc. Übersteigt die Gesamtmenge dieser Elemente 15 Atom-%, wird die Legierung wahrscheinlich spröde. Die Gesamtmenge dieser Elemente beträgt vorzugsweise 0,5 bis 8 Atom-%.
Ni ist ein Element zur Verbesserung der Formgedächtniseigenschaften und der magnetischen Eigenschaften. Bei unzureichendem Ni-Gehalt verliert die Legierung an Ferromagnetismus. Andererseits zeigt sich bei zu hohem Ni-Gehalt kein Formgedächtniseffekt. Um ausgezeichnete Formgedächtniseigenschaften und Ferromagnetismus zu erzielen, beträgt der Ni-Gehalt vorzugsweise mehr als 40 Atom-% und besonders bevorzugt 42 Atom-% oder mehr, insbesondere 45 Atom-% oder mehr.
(2) Zweite ferromagnetische Formgedächtnislegierung
Die zweite ferromagnetische Formgedächtnislegierung weist dieselbe Zusammensetzung wie die erste ferromagnetische Formgedächtnislegierung auf, außer dass sie in Summe 0,1 bis 15 Atom-% mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus Ti, Pd, Pt, Al, Ga, Si, Ge, Pb und Bi ausgewählten Metalls enthält und dass mehr als 40 Atom-% Ni unverzichtbar sind. Die mehr als 40 Atom-% Ni ergeben ausgezeichnete Formgedächtniseigenschaften und magnetische Eigenschaften.
Mindestens ein aus der Gruppe bestehend aus Ti, Pd, Pt, Al, Ga, Si, Ge, Pb und Bi ausgewähltes Metall verbessert die Formgedächtniseigenschaften, und das Einstellen seiner Menge verändert Ms und Tc. Dabei weisen Ti, Al, Ga, Si und Ge eine Funktion zum Stabilisieren der langperiodischen Schichtstruktur der Martensitphase (M-Phase) auf. Pd, Pt, Pb und Bi weisen eine Funktion zum Stabilisieren einer paramagnetischen Phase, einer antiferromagnetischen Phase oder einer ferrimagnetischen Phase auf, die die M-Phase bilden, insbesondere einer paramagnetischen Phase oder einer antiferromagnetischen Phase. Wenn die Gesamtmenge dieser Elemente mehr als 15 Atom-% beträgt, wird die Legierung wahrscheinlich spröde. Die Gesamtmenge dieser Elemente beträgt vorzugsweise 0,5 bis 8 Atom-%.
(3) Dritte ferromagnetische Formgedächtnislegierung
Die dritte ferromagnetische Formgedächtnislegierung weist dieselbe Zusammensetzung wie die erste ferromagnetische Formgedächtnislegierung auf, außer dass sie in Summe 0,1 bis 15 Atom-% mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus Pd, Pt, Pb und Bi ausgewählten Metalls enthält. Die Gesamtmenge dieser Elemente beträgt vorzugsweise 0,5 bis 8 Atom-%.
[2] Herstellungsverfahren für ferromagnetische Formgedächtnislegierungen
Die ferromagnetische Formgedächtnislegierung nach allen Ausführungsformen kann durch Gießen, Heißbearbeiten (Heißwalzen usw.), Kaltbearbeiten (Kaltwalzen, Pressen usw.), Lösungsglühen und eine Alterungsbehandlung hergestellt werden. Weil die ferromagnetische Formgedächtnislegierung eine gute Heiß- und Kaltbearbeitbarkeit aufweist, kann sie zu dünnen Drähten, Platten usw. ausgebildet werden. Im Hinblick auf das Gießen sowie die Heiß- und Kaltbearbeitung können diese Verfahren wie bei normalen Formgedächtnislegierungen durchgeführt werden.
(1) Lösungsglühen
Die kaltbearbeitete Legierung wird einem Lösungsglühen unterzogen, das ein Erwärmen auf eine Lösungstemperatur, ein Umwandeln in eine Originalphase (bcc-Phase) und ein schnelles Abkühlen umfasst. Die Lösungstemperatur beträgt vorzugsweise 700°C oder mehr und besonders bevorzugt 750 bis 1.100°C. Die Lösungstemperatur kann für eine Minute oder länger gehalten werden. Obwohl nicht hierauf beschränkt, beträgt die schnelle Abkühlungsgeschwindigkeit vorzugsweise 50°C pro Sekunde oder mehr. Durch das schnelle Abkühlen nach dem Erwärmen wird eine ferromagnetische Formgedächtnislegierung mit einer Originalphasenstruktur erhalten, und wenn die Mf der Legierung niedriger als die Raumtemperatur ist, besteht die Legierungsstruktur im Wesentlichen aus einer M-Phase.
(2) Alterungsbehandlung
Eine Alterungsbehandlung nach dem Lösungsglühen stärkt vorzugsweise die Legierungsmatrix, was zu verbesserten Formgedächtniseigenschaften führt. Die Alterungsbehandlung erfolgt bei einer Temperatur von 100°C oder höher. Eine Alterung bei weniger als 100°C liefert keine hinreichende Wirkung. Die Obergrenze der Alterungstemperatur beträgt vorzugsweise 700°C, ist aber nicht hierauf beschränkt. Die Alterungszeit beträgt vorzugsweise 1 Minute oder mehr und besonders bevorzugt 30 Minuten oder mehr, obwohl sie je nach Alterungstemperatur und Zusammensetzung der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung variabel ist. Die Obergrenze der Alterungszeit unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, sofern es nicht zum Ausfällen der Originalphase kommt.
[3] Struktur der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung
Die Struktur der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung bei Raumtemperatur weist eine Originalphase mit einer bcc-Struktur auf, wenn ihre Mf niedriger als die Raumtemperatur ist, und eine Martensitphase, wenn ihre Mf höher als die Raumtemperatur ist. Um ausgezeichnete magnetische Eigenschaften zu erhalten, weist die Originalphase vorzugsweise eine Heusler-Struktur auf. Die Originalphase und die Martensitphase weisen vorzugsweise jeweils eine Einphasenstruktur auf, die monokristallin oder polykristallin sein kann. Das Einkristall weist höhere Formgedächtniseigenschaften und magnetische Eigenschaften auf. Die Einkristallstruktur kann zum Beispiel mit bekannten Verfahren wie etwa einem Temperverfahren, einem Czochralski-Verfahren usw. erhalten werden. Wenn ein Einkristall mit einem Temperverfahren gebildet wird, wird das Tempern vorzugsweise bei einer Temperatur von 800 bis 1.100°C durchgeführt. Die Temperzeit beträgt vorzugsweise 30 Minuten bis eine Woche.
Die ferromagnetische Formgedächtnislegierung wird einer thermoelastischen martensitischen Umwandlung und einer thermoelastischen martensitischen Rückumwandlung zwischen einer ferromagnetischen Originalphase mit einer bcc-Struktur und einer paramagnetischen, antiferromagnetischen oder ferrimagnetischen Martensitphase unterzogen. Die M-Phase weist eine Schichtstruktur von 2M, 6M, 10M, 14M, 4O usw. auf, wobei die Zahl jeweils die Schichtperiode einer dicht gepackten Ebene (<001>-Ebene), M einen monoklinischen Kristall und O einen orthorhombischen Kristall angibt. Um eine geringe Temperaturhysterese zu erhalten, werden die langperiodischen Schichtstrukturen von 6M, 10M, 14M, 4O usw. bevorzugt.
[4] Eigenschaften ferromagnetischer Formgedächtnislegierungen
(1) Formgedächtniseigenschaften
Die ferromagnetische Formgedächtnislegierung mit einer Mf, die höher als ein praktischer Temperaturbereich ist, weist eine Martensitphase in dem praktischen Temperaturbereich auf und zeigt stabil gute Formgedächtniseigenschaften. Das Formwiederherstellungsverhältnis [= 100 × (angewandte Verformung – bleibende Verformung)/angewandte Verformung] der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung beträgt etwa 95% oder mehr und im Wesentlichen 100%.
(2) Superelastizität
Die ferromagnetische Formgedächtnislegierung mit einer Af, die niedriger als ein praktischer Temperaturbereich ist, weist eine stabil gute Superelastizität in dem praktischen Temperaturbereich auf. Auch bei einer angewandten Verformung von 6 bis 8% beträgt das Formwiederherstellungsverhältnis nach Entlasten der Verformung im Allgemeinen 95% oder mehr.
(3) Umwandlungseigenschaften
(a) Magnetfeldinduzierte Rückumwandlungseigenschaften
Wenn ein Magnetfeld an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung mit einer paramagnetischen, antiferromagnetischen oder ferrimagnetischen M-Phase angelegt wird, erfährt die M-Phase eine martensitische Rückumwandlung in die ferromagnetische Originalphase, und wenn das Magnetfeld entfernt wird, erfolgt eine martensitische Umwandlung zurück in die M-Phase. Auf diese Weise wird ein Zweiwege-Formgedächtniseffekt erhalten.
Die ferromagnetische Formgedächtnislegierung speichert die magnetische Energie (Zeeman-Energie) eines Magnetfelds, wenn sie in der Originalphase ist, jedoch nicht, wenn sie in der M-Phase ist. Daher besteht eine große Magnetisierungsdifferenz zwischen der Originalphase und der M-Phase. Wenn zum Beispiel ein Magnetfeld von 20 kOe (1.592 kA/m) an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung nach Beispiel 1 angelegt wird, beträgt die Magnetisierungsdifferenz 50 emu/g oder mehr zwischen der Originalphase, die einer magnetfeldinduzierten martensitischen Rückumwandlung unterliegt, und der Martensitphase, die einer martensitischen Umwandlung unterliegt.
Wenn ein Magnetfeld an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung angelegt wird, nehmen Ms, Mf, As und Af durch die Zeeman-Energie erheblich ab, und die M-Phase wird in eine stabile Originalphase rückumgewandelt. Damit die martensitische Rückumwandlung in einem praktischen Temperaturbereich erfolgt, im Allgemeinen zwischen –150°C und +100°C, beträgt die Magnetfeldintensität vorzugsweise etwa 5 bis 100 kOe (etwa 398 bis 7.958 kA/m), ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
(b) Thermoelastische Umwandlungseigenschaften
Eine thermoelastische martensitische Umwandlung/Rückumwandlung erfolgt in der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung. Die Ms und As der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung liegen im Allgemeinen in einem Bereich von etwa –200°C bis etwa +100°C ohne ein Magnetfeld. Die Differenz von Tc und Ms beträgt 40°C oder mehr, so dass eine ferromagnetische Originalphase über einen breiten Temperaturbereich vorliegt. Die Ms kann durch die Formulierungen der Elemente eingestellt werden (zum Beispiel die Mengen von Mn, In, Sn und Sb). Im Falle der zweiten ferromagnetischen Formgedächtnislegierung können die Mengen von Ti, Fe, Co, Pd, Pt, Al, Ga, Si, Ge, Pb und Bi eingestellt werden. Die Martensitphase der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach der vorliegenden Erfindung ist paramagnetisch, antiferromagnetisch oder ferrimagnetisch, und wenn sie antiferromagnetisch oder ferrimagnetisch ist, wird eine höhere Umwandlungsenergie erhalten als wenn sie paramagnetisch ist.
(c) Spannungsinduzierte Umwandlungseigenschaften
Eine martensitische Umwandlung findet statt, wenn eine Spannungsbeanspruchung an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer Originalphase angelegt wird, und eine martensitische Rückumwandlung erfolgt, wenn die Spannungsbeanspruchung wieder entfernt wird.
(4) Elektrische Widerstandseigenschaften
Die ferromagnetische Formgedächtnislegierung weist einen deutlich größeren elektrischen Widerstand auf, wenn sie eine M-Phase aufweist als wenn sie eine Originalphase aufweist. Ohne ein Magnetfeld beträgt das Verhältnis ρ_M/ρ_p des elektrischen Widerstands ρ_M der M-Phase zum elektrischen Widerstand ρ_p der Originalphase 2 oder mehr. Auf diese Weise wird eine Vorrichtung mit einem elektrischen Widerstand erhalten, der durch eine martensitische Umwandlung und eine martensitische Rückumwandlung, die durch eine Temperatur, ein Magnetfeld oder eine Beanspruchung herbeigeführt werden, änderbar ist. Insbesondere wenn ein Magnetfeld bei einer Temperatur von (Mf – 100°C) oder höher und niedriger als Mf angelegt oder entfernt wird, wird ein enormer Magnetowiderstandseffekt der umkehrbaren Änderung des elektrischen Widerstands erzielt.
[5] Anwendungen für ferromagnetische Formgedächtnislegierungen
(1) Magnetfeldgesteuerte Vorrichtung
Unter Verwendung der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach der vorliegenden Erfindung, die einer magnetfeldinduzierten martensitischen Rückumwandlung unterzogen wird, werden magnetische Antriebsvorrichtungen mit einer hohen Ansprechgeschwindigkeit und großen Leistung erhalten, zum Beispiel ein magnetfeldgesteuertes Mikrostellelement, ein magnetfeldgesteuerter Schalter usw. Die magnetische Antriebsvorrichtung weist einen durch die ferromagnetische Formgedächtnislegierung gebildeten Antriebskörper (Rotationskörper, Verformungskörper, Bewegungskörper usw.) auf und nutzt die Formänderung und/oder magnetische Änderung, die durch Anlegen eines Magnetfelds in dem Antriebskörper auftritt, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Das Anlegen eines Impulsmagnetfelds erhöht die Ansprechgeschwindigkeit der magnetischen Antriebsvorrichtung. Für den kontinuierlichen Betrieb der magnetischen Antriebsvorrichtung mit einer hohen Ansprechgeschwindigkeit ist die Temperatur vorzugsweise niedriger als Mf.
(2) Thermomagnetische Antriebsvorrichtung
Durch Verwendung der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach der vorliegenden Erfindung als temperaturempfindlicher magnetischer Körper wird eine thermomagnetische Antriebsvorrichtung mit hoher Energieeffizienz erhalten. Die thermomagnetische Antriebsvorrichtung weist zum Beispiel einen durch die ferromagnetische Formgedächtnislegierung gebildeten Antriebskörper (Rotationskörper, Verformungskörper, Bewegungskörper usw.), eine Erwärmungseinrichtung (Laserbestrahlungseinrichtung, Infrarotbestrahlungseinrichtung usw.) und eine Einrichtung zum Anlegen eines Magnetfelds (Permanentmagnet usw.) auf und nutzt die durch Erwärmen in dem Antriebskörper auftretende magnetische Änderung zur Erzeugung von Strom, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispiele für die thermomagnetische Antriebsvorrichtung mit der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach der vorliegenden Erfindung sind unter anderem ein Stromschalter und ein Durchflussmengenregler, die nach dem Prinzip arbeiten, dass ein temperaturempfindlicher magnetischer Körper bei Erwärmung von einem Permanentmagneten angezogen wird und sich bei Abkühlung von dem Magneten trennt, ein thermomagnetischer Motor, in dem ein temperaturempfindlicher magnetischer Körper teilweise erwärmt wird, um ferromagnetisch zu werden, und unter der Wirkung eines Permanentmagneten angetrieben wird usw. Die Einzelheiten dieser thermomagnetischen Antriebsvorrichtungen sind in JP 2002-129273 A beschrieben.
1 zeigt ein Beispiel für einen thermomagnetischen Motor mit der ferrmagnetischen Formgedächtnislegierung nach der vorliegenden Erfindung als temperaturempfindlicher magnetischer Körper. Dieser thermomagnetische Motor weist einen scheibenförmigen, temperaturempfindlichen magnetischen Körper 1, der durch die ferromagnetische Formgedächtnislegierung mit einer bei Gebrauchstemperatur paramagnetischen, antiferromagnetischen oder fernmagnetischen M-Phase gebildet ist, eine einstückig mit dem temperaturempfindlichen magnetischen Körper 1 drehbare Welle 2, einen Permanentmagneten 3, der um den temperaturempfindlichen magnetischen Körper 1 herum angeordnet ist, um ein Magnetfeld daran anzulegen, und eine Laserkanone 4 zum Erwärmen eines Teils des temperaturempfindlichen magnetischen Körpers 1 auf. In dem gezeigten Beispiel wird der temperaturempfindliche magnetische Körper 1 an einer Position etwas oberhalb des magnetischen Pols (zum Beispiel des N-Pols) des Permanentmagneten 3 erwärmt. Die M-Phase wird in einem erwärmten Bereich P in die ferromagnetische Originalphase rückumgewandelt, während die M-Phase in den übrigen Bereichen unverändert bleibt. Folglich wird nur der erwärmte Bereich P von dem nächsten magnetischen Pol (N-Pol) des Permanentmagneten 3 angezogen, so dass sich der temperaturempfindliche magnetische Körper 1 dreht. Um die Anziehung des erwärmten Bereichs P sicherzustellen, wie in 1 gezeigt, wird der temperaturempfindliche magnetische Körper 1 in den übrigen Bereichen außer dem erwärmten Bereich P vorzugsweise gekühlt, indem zum Beispiel ein Kühlmittel wie etwa Kaltluft usw. von unterhalb des temperaturempfindlichen magnetischen Körpers 1 eingeblasen wird. Die Anzahl der Umdrehungen des temperaturempfindlichen magnetischen Körpers 1 kann durch die Erwärmungs- und Abkühlungstemperatur gesteuert werden.
(3) Magnetische Kühlvorrichtung
Wenn ein Magnetfeld an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung mit einer M-Phase angelegt wird, erfolgt eine martensitische Rückumwandlung verbunden mit einer Wärmeabsorption, was zu einer großen Änderung der magnetischen Entropie in einem praktischen Temperaturbereich (insbesondere von etwa Raumtemperatur bis etwa 100°C) führt. Bei einer Magnetfeldänderung von 0 bis 90 kOe (0 bis 7.162 kA/m) bei 21°C beträgt zum Beispiel die Änderung der magnetischen Entropie etwa 20 J/kgK. Ein solch großer magnetischer Wärmeabsorptionseffekt liefert eine magnetische Kühlvorrichtung mit hoher Kühlleistung. Die Verwendung der magnetischen Kühlvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung liefert zum Beispiel ein magnetisches Kühlsystem mit (a) einer mit der magnetischen Kühlvorrichtung gefüllten Kammer, (b) einem nahe der magnetischen Kühlkammer angeordneten Permanentmagneten zum Anlegen eines Magnetfelds, (c) einem Kühlmittel im Wärmeaustausch mit der magnetischen Kühlvorrichtung und (d) einer Rohrleitung zum Umwälzen des Kühlmittels.
(4) Wärmeerzeugungs- oder Wärmeabsorptionsvorrichtung
Unter Verwendung der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach der vorliegenden Erfindung kann eine Wärmeerzeugungsvorrichtung, die die durch eine martensitische Umwandlung bewirkte Wärmeerzeugung nutzt, oder eine Wärmeabsorptionsvorrichtung, die die durch eine martensitische Rückumwandlung bewirkte Wärmeabsorption nutzt, erhalten werden. Die Wärmeerzeugungs- oder -absorptionsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel als eine automatische Temperaturregelvorrichtung benutzt werden. Der Aufbau der Wärmeerzeugungs- oder -absorptionsvorrichtung unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, solange sie einen durch die ferromagnetische Formgedächtnislegierung gebildeten Wärmerzeugungskörper und/oder Wärmeabsorptionskörper aufweist.
(5) Spannungs-Magnetismusvorrichtung
Die ferromagnetische Formgedächtnislegierung, die einer spannungsinduzierten martensitischen Umwandlung und einer spannungsinduzierten martensitischen Rückumwandlung bei einer Temperatur über der Af ausgesetzt wird, kann für eine Spannungs-Magnetismusvorrichtung verwendet werden, die die durch eine Umwandlung und eine Rückumwandlung bewirkte magnetische Änderung nutzt. Die Spannungs-Magnetismusvorrichtung weist zum Beispiel einen Dehnungssensor (Spannungssensor) zum Erfassen der durch das Anlegen oder Entfernen einer Spannungsbeanspruchung verursachten magnetischen Änderung usw. auf. Der Aufbau der Spannungs-Magnetismusvorrichtung unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, solange sie zum Beispiel einen durch die ferromagnetische Formgedächtnislegierung gebildeten Detektor und eine Einrichtung (Magnetsensor wie etwa eine Aufnahmespule usw.) zum Erfassen der in dem Detektor erzeugten magnetischen Änderung umfasst.
(6) Spannungs-Widerstandsvorrichtung
Unter Verwendung der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach der vorliegenden Erfindung kann eine Spannungs-Widerstandsvorrichtung wie etwa ein Dehnungssensor (Spannungssensor) usw. erhalten werden, die die durch eine spannungsinduzierte martensitische Umwandlung und eine spannungsinduzierte martensitische Rückumwandlung verursachte elektrische Widerstandsänderung nutzt. Der Aufbau der Spannungs-Widerstandsvorrichtung unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, solange sie zum Beispiel einen durch die ferromagnetische Formgedächtnislegierung gebildeten Detektor und eine Einrichtung (zum Beispiel ein Amperemeter) zum Erfassen der in dem Detektor erzeugten elektrischen Widerstandsänderung umfasst.
(7) Magnetowiderstandsvorrichtung
Die ferromagnetische Formgedächtnislegierung nach der vorliegenden Erfindung mit einem Magnetowiderstandseffekt kann für eine Magnetowiderstandsvorrichtung zum Erfassen eines Magnetfelds verwendet werden. Der Aufbau der Magnetowiderstandsvorrichtung unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, solange sie zum Beispiel Elektroden aufweist, die an zwei Punkten eines Elements aus einer ferromagnetischen Formgedächtnislegierung angebracht sind. Die Magnetowiderstandsvorrichtung mit der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung nach der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel als ein Magnetkopf usw. verwendet werden.
(8) Temperatursensor
Durch Anbringen eines Magnetsensors wie etwa einer Aufnahmespule an mehreren Elementen aus einer ferromagnetischen Formgedächtnislegierung mit unterschiedlicher Ms wird ein Temperatursensor erhalten, weil es möglich ist, festzustellen, welches Element aus einer ferromagnetischen Formgedächtnislegierung (mit bekannter Ms) sich abhängig von der Temperaturänderung magnetisch geändert hat.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen ausführlich beschrieben, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung hierdurch einzuschränken.
Beispiele 1 bis 20 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4
Die Legierungen mit den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen wurden jeweils mittels Hochfrequenz geschmolzen und schnell abgekühlt, um einen Block zu bilden. Aus den Blöcken wurde jeweils ein Plattenstück mit einer Breite von 5 mm, einer Länge von 10 mm und einer Dicke von 5 mm geschnitten, einem Lösungsglühen bei 900°C für einen Tag ausgesetzt und danach zum schnellen Abkühlen in Wasser gegeben. Die Eigenschaften der jeweils erhaltenen Proben wurden mit den nachstehenden Verfahren gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
(1) Tc und Ms
Ein aus jeder Probe geschnittener Prüfkörper von 2 mm × 2 mm × 1 mm wurde bezüglich Tc und Ms jeweils mittels Differentialscanningkalorimetrie (DSC) bei einer Erwärmungs-/Abkühlungsgeschwindigkeit von 10°C pro Minute gemessen.
(2) Kristallstruktur
Die Proben wurden jeweils in einer Originalphase und einer M-Phase pulverisiert, bei 600°C spannungsfreigeglüht und danach mit einem Röntgendiffraktionsverfahren untersucht.
(3) Magnetisierung
Die Magnetisierung eines aus jeder Probe geschnittenen Prüfkörpers von 1 mm × 1 mm × 1 mm wurde jeweils mit einer supraleitenden Quanteninterferenzeinheit (SQUID) in einem Magnetfeld von 0,5 bis 20 kOe bei einer Erwärmungs-/Abkühlungsgeschwindigkeit von 2°C pro Minute gemessen.
(4) Elektrischer Widerstand

Der elektrische Widerstand eines aus jeder Probe geschnittenen Prüfkörpers von 1 mm × 1 mm × 10 mm wurde jeweils mit einem Vierpunktverfahren ohne Magnetfeld bei einer Erwärmungs-/Abkühlungsgeschwindigkeit von 2°C pro Minute gemessen. Tabelle 1

Beispiel Nr.	Zusammensetzung der Legierung (Atom-%)⁽¹⁾
Beispiel Nr.	Ni	Mn	In	Sn	Sb	Co	Fe	Sonstige Elemente
1	47	34	15,5	-	0,5	2	-	Al: 1	40	–20
2	44,6	34,7	15,2	-	-	1	1,5	Pd: 3	70	25
3	45	36,5	13,5	-	-	5	-	-	106	13
4	45	36,6	13,4	-	-	5	-	-	101	32
5	45	36,7	13,3	-	-	5	-	-	104	50
6	42,5	37,4	12,6	-	-	7,5	-	-	120	0
7	42,5	37	12,5	-	-	7,5	0,5	-	140	12
8	40,7	37,6	12,2	-	-	7,5	-	Pt: 2	142	65
9	42,5	37,8	12,2	-	-	7,5	-	-	156	89
10	43	38	12	-	-	6,5	-	Bi: 0,5	152	98
11	45,5	28	12	-	-	1,5	13	-	120	–60
12	42,5	41	14	-	-	-	2	Pb: 0,5	60	–35
13	44	39	12	3	1	0,5	0,5	-	30	–25
14	41	43	11	-	-	5	-	-	134	–24
15	49	36,5	-	14	-	-	0,5	-	85	10
16	48,2	37,4	-	12,4	-	0,8	0,2	Si: 1	60	20
17	42,5	41	-	11	-	5	-	Ti: 0,5	100	40
18	49	36,5	-	-	8	1	0,5	Ga: 5	85	20
19	45	37,3	-	-	12,2	5	-	Ge: 0,5	70	10
20	43	41	14	-	-	-	2	-	50	–30

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Beispiel Nr.	Kristallstruktur	Magnetische Eigenschaften				Elektrisches Widerstandsverhältnis
Beispiel Nr.	Ogiginalphase	M-Phase	Originalphase	M-Phase	ΔI⁽²⁾ (emu/g)	ρ_M/ρ_p ⁽³⁾
1	L2₁ ⁽⁴⁾	10M⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Ferrimagnetisch	60	2,8
2	L2₁ ⁽⁴⁾	4O⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Ferrimagnetisch	62	3
3	L2₁ ⁽⁴⁾	4O⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Paramagnetisch oder Antiferromagnetisch	80	3,5
4	L2₁ ⁽⁴⁾	4O⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Paramagnetisch oder Antiferromagnetisch	85	4,2
5	L2₁ ⁽⁴⁾	4O⁽⁵⁾ + 2M⁽⁵⁾	_{Ferromagnetisch}	Paramagnetisch oder Antiferromagnetisch	85	4,2
6	L2₁ ⁽⁴⁾	4O⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Ferrimagnetisch	60	4
7	L2₁ ⁽⁴⁾	4O⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Ferrimagnetisch	65	3,8
8	L2₁ ⁽⁴⁾	2M⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Ferrimagnetisch	70	4
9	L2₁ ⁽⁴⁾	2M⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Paramagnetisch oder Antiferromagnetisch	95	5,2
10	L2₁ ⁽⁴⁾	2M⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Paramagnetisch oder Antiferromagnetisch	90	5,5
11	L2₁ ⁽⁴⁾	4O⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Ferrimagnetisch	75	3
12	L2₁ ⁽⁴⁾	4O⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Ferrimagnetisch	65	2,5
13	L2₁ ⁽⁴⁾	4O⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Paramagnetisch oder Antiferromagnetisch	₈₅	3,5
14	L2₁ ⁽⁴⁾	4O⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Paramagnetisch oder Antiferromagnetisch	80	3
15	L2₁ ⁽⁴⁾	4O⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Ferrimagnetisch	65	2,8
16	L2₁ ⁽⁴⁾	4O⁽⁵⁾ + 10M⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Paramagnetisch oder Antiferromagnetisch	85	3,5
17	L2₁ ⁽⁴⁾	4O⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Ferrimagnetisch	60	3
18	L2₁ ⁽⁴⁾	4O⁽⁵⁾ + 6M⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Ferrimagnetisch	65	3
19	L2₁ ⁽⁴⁾	4O⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Paramagnetisch oder antiferromagnetisch	85	4
20	L2₁ ⁽⁴⁾	4O⁽⁵⁾	Ferromagnetisch	Ferrimagnetisch	70	-

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Vergleichsbeispiel Nr.	Zusammensetzung der Legierung (Atom-%)⁽¹⁾
Vergleichsbeispiel Nr.	Ni	Mn	In	Sn	Sb	Co	Fe	Sonstige Elemente
1	47	45,5	4,5	-	-	-	3	-	-⁽⁶⁾	480
2	50	25	2	23	-	-	-	-	-⁽⁶⁾	-⁽⁷⁾
3	49	28	1	-	22	-	-	-	-⁽⁶⁾	-⁽⁷⁾
4	47,2	46	-	4,8	-	2	-	-	-⁽⁶⁾	420

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Vergleichsbeispiel Nr.	Kristallstruktur	Magnetische Eigenschaften				Elektrisches Widerstandsverhältnis
	Originalphase	M-Phase	Originalphase	M-Phase	ΔI⁽²⁾ emu/g	ρ_M/ρ_p ⁽³⁾
1	L2₁ ⁽⁴⁾	2M⁽⁵⁾	Paramagnetisch	Paramagnetisch oder Antiferromagnetisch	0	1,2
2	L2₁ ⁽⁴⁾	-	Paramagnetisch	-	-	-
3	L2₁ ⁽⁴⁾	-	Paramagnetisch	-	-	-
4	L2₁ ⁽⁴⁾	2M⁽⁵⁾	Paramagnetisch	Paramagnetisch oder Antiferromagnetisch	0	1,2

Anmerkungen:

(1) Enthält unvermeidbare Verunreinigungen.
(2) ΔI gibt die Magnetisierungsdifferenz zwischen der Originalphase (gemessen bei Ms) und der M-Phase (gemessen bei Mf) bei Abkühlung von der Originalphasentemperatur auf die M-Phasentemperatur in einem Magnetfeld von 20 kOe an.
(3) ρ_M und ρ_p geben den elektrischen Widerstand (gemessen direkt unter Mf) der M-Phase bzw. den elektrischen Widerstand (gemessen direkt über Ms) der Originalphase ohne ein Magnetfeld an.
(4) L2₁ gibt eine Heusler-Struktur an.
(5) 2M bezeichnet eine zweilagige Schichtstruktur, und 6M, 10M und 4O bezeichnen langperiodische Schichtstrukturen.
(6) Keine Tc, weil die Originalphase paramagnetisch war.
(7) Keine Umwandlung.

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, wiesen die Legierungen der Beispiele 1 bis 20 jeweils eine ferromagnetische Originalphase mit einer Heusler-Struktur und eine paramagnetische, antiferromagnetische oder ferrimagnetische M-Phase mit einer Schichtstruktur (eine beliebige von 2M, 6M, 10M und 4O) auf. Die Ms lag in einem praktischen Temperaturbereich von –150°C bis +100°C, auch ohne ein Magnetfeld. Die Differenz zwischen Tc und Ms betrug 40°C oder mehr, was darauf hinweist, dass eine ferromagnetische Originalphase über einen großen Temperaturbereich vorlag. Außerdem betrug bei Anlegen eines Magnetfelds von 20 kOe die Magnetisierungsdifferenz zwischen der Originalphase (bei Ms) und der Martensit-Phase (bei Mi) 60 emu/g oder mehr. Es ist erkennbar, dass die Legierungen der Beispiele 1 bis 19 mit einem Verhältnis ρ_M/ρ_p von 2,5 oder mehr eine deutliche Erhöhung des elektrischen Widerstands bei der martensitischen Umwandlung von der ferromagnetischen Originalphase in die paramagnetische, antiferromagnetische oder ferrimagnetische M-Phase erfuhren.
Weil die Menge mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus In, Sn und Sb ausgewählten Metalls bei den Vergleichsbeispielen 1 und 4 in Summe weniger als 5 Atom-% und bei den Vergleichsbeispielen 2 und 3 mehr als 18 Atom-% betrug, waren deren Originalphasen paramagnetisch. Weil die Vergleichsbeispiele 1 und 4 eine Ms aufwiesen, die deutlich höher als ein praktischer Temperaturbereich war, betrug außerdem die Magnetisierungsdifferenz 0 emu/g in einem Magnetfeld von 20 kOe. Weil die paramagnetische Originalphase bei den Vergleichsbeispielen 1 und 4 in die paramagnetische oder antiferromagnetische M-Phase umgewandelt wurde, betrug das Verhältnis ρ_M/ρ_p 1,2, was eine sehr geringe elektrische Widerstandsänderung angibt. Bei den Vergleichsbeispielen 2 und 3 erfolgte keine martensitische Umwandlung. Wenn die Menge mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus In, Sn und Sb ausgewählten Metalls in Summe weniger als 5 Atom-% oder mehr als 18 Atom-% beträgt, ist daher klar, dass keine ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften erhalten werden können.
Die Probe aus Beispiel 4 wurde in einem Magnetfeld von jeweils 500 Oe (39,8 kA/m), 20 kOe (1.592 kA/m) und 70 kOe (5.570 kA/m) zwischen –40°C und +55°C gekühlt und erwärmt, um die Abhängigkeit von Ms von einem Magnetfeld mittels SQUID zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in 2 gezeigt. Aus 2 ist ersichtlich, dass die Ms um 7°C zurückging, als die Magnetfeldintensität von 500 Oe auf 20 kOe erhöht wurde, und um 25°C zurückging, als sie auf 70 kOe erhöht wurde. Dies bestätigt, dass sich die Ms durch Anlegen eines Magnetfelds ändert. Aus 2 ist auch ersichtlich, dass eine martensitische Umwandlung und eine martensitische Rückumwandlung in einem praktischen Temperaturbereich in jedem Magnetfeld von 500 Oe, 20 kOe und 70 kOe erfolgen.
Ein Magnetfeld von 0 bis 90 kOe (0 bis 7.162 kM/m) wurde senkrecht zu beiden Flächen der Probe aus Beispiel 4 bei einer Temperatur von 270 K (–3°C) angelegt, um die Abhängigkeit einer martensitischen Rückumwandlung von einem Magnetfeld mittels SQUID zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in 3 gezeigt. Wenn ein Magnetfeld bei einer niedrigeren Temperatur als Mf angelegt und dann entfernt wurde, wurde die M-Phase in eine Originalphase rückumgewandelt und erholte sich dann.
Die folgende Formel (1) ΔS = ∫ ΔH / 0( dI / dT)_HdH (1), in der ΔS eine Änderung der magnetischen Entropie, H ein Magnetfeld, I die Intensität der Magnetisierung und T eine Temperatur (K) angeben, wurde anhand einer Magnetisierungskurve erhalten, die durch Messen der Probe aus Beispiel 4 bei Temperaturen von 275 K, 285 K, 291,5 K bzw. 294 K bestimmt wurde. Aus dieser Formel wurde eine Änderung der magnetischen Entropie ΔS bezogen auf eine Magnetfeldänderung ΔH von 0 auf 90 kOe (0 auf 7.162 kA/m) bei jeder Temperatur bestimmt. Die Ergebnisse sind in 4 gezeigt. Wie aus 4 ersichtlich ist, hatte die Änderung der magnetischen Entropie aufgrund der Änderung eines Magnetfelds von 0 kOe auf 90 kOe einen Wert von 20 J/kgK oder mehr bei jeder Temperatur. Insbesondere bei 18,5°C erreichte die Änderung der magnetischen Entropie 27,5 J/kgk, als das Magnetfeld von 0 kOe auf 50 kOe (von 0 kA/m auf 3.979 kA/m) geändert wurde.
Beispiel 21
(1) Herstellung der Probe
Eine Probe von 3 mm × 3 mm × 3 mm wurde aus einem Block geschnitten, der durch Hochfrequenzschmelzen und schnelles Abkühlen einer Legierung mit derselben Zusammensetzung wie in Beispiel 5 erhalten wurde. Die Probe wurde geglüht, um eine Einkristallprobe zu erhalten, einem Lösungsglühen bei 900°C für drei Tage unterzogen und danach zum schnellen Abkühlen in Wasser gegeben. Die Probe wies eine Ms von 50°C und eine Tc von 104°C ohne Magnetfeld auf.
(2) Formgedächtnistest
Mit einer Druckfestigkeitsprüfmaschine wurde eine Druckspannung auf die Probe bis zu einer Verformung von 7,2% bei Raumtemperatur ausgeübt. Die resultierende Spannungs-Verformungskurve ist in 5 gezeigt. Bei Erwärmen der druckverformten Probe auf 100°C erfolgte eine hundertprozentige Formwiederherstellung.
Beispiel 22
(1) Herstellung der Probe
Eine Einkristallprobe mit einer Ms von 13°C und einer Tc von 106°C ohne Magnetfeld wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass eine Legierung mit derselben Zusammensetzung wie in Beispiel 3 verwendet wurde.
(2) Superelastizitätstest
Mit einer Druckfestigkeitsprüfmaschine wurde eine Druckspannung auf die Probe bis zu einer Verformung von 6,2% bei Raumtemperatur ausgeübt. Die resultierende Spannungs-Verformungskurve ist in 6 gezeigt. Das aus dieser Spannungs-Verformungskurve bestimmte Formwiederherstellungsverhältnis betrug 99%.
Beispiel 23
(1) Herstellung der Probe
Eine Legierung mit derselben Zusammensetzung wie in Beispiel 5 wurde mittels Hochfrequenz geschmolzen und schnell abgekühlt, um einen Block zu bilden, aus dem eine Probe von 1,5 mm × 1,5 mm × 2 mm ausgeschnitten wurde. Die Probe wurde wie in Beispiel 21 behandelt, um eine Einkristallprobe zu erhalten. Die resultierende Probe wies eine Ms von 50°C und eine Tc von 104°C ohne Magnetfeld auf.
(2) Messung der Magnetostriktion
Bei einer Druckverformung der Probe von 3% wurde bei Raumtemperatur ein Magnetfeld an die Probe angelegt, um ihre Magnetostriktion mit einem Dreipunkt-Kapazitätsverfahren zu messen. Die resultierende Verformungs-Magnetfeldkurve ist in 7 gezeigt. Die Formänderung aufgrund der martensitischen Rückumwandlung trat auf, als sich das angelegte Magnetfeld 30 kOe (2.387 kA/m) näherte und erreichte 2,8% bei 80 kOe (6.366 kA/m).
Bei einer Druckverformung derselben Probe von 4,5% wurde bei Raumtemperatur ein Magnetfeld an diese angelegt, um ihre Magnetostriktion mit einem Dreipunkt-Kapazitätsverfahren zu messen. Die resultierende Verformungs(ΔL/L)-Magnetfeldkurve ist in 8 gezeigt. Die Formänderung trat auf, als sich das angelegte Magnetfeld 40 kOe (3.183 kA/m) näherte und erreicht 2,5% bei 80 kOe (6.366 kA/m). Durch Entfernen des Magnetfelds kam es zu einer umkehrbaren Formänderung von 1,1%. Bei der zweiten Messung trat durch Anlegen und Entfernen eines Magnetfelds eine umkehrbare Formänderung von 1% auf. Auf diese Weise wurde bestätigt, dass die Probe einen Zweiwege-Formgedächtniseffekt aufwies.
Beispiel 24
(1) Herstellung der Probe
Eine Probe von 1 mm × 1 mm × 10 mm aus einer Legierung mit derselben Zusammensetzung (Ni₄₅Co₅Mn_36,7In_13,3) wie in Beispiel 5 wurde wie in Beispiel 21 behandelt, um eine Einkristallprobe zu erhalten, und danach einer Alterungsbehandlung bei 400°C für eine Stunde unterzogen.
(2) Elektrischer Widerstandstest
Mit einem elektrischen Widerstandsmesser wurde die elektrische Widerstandsänderung aufgrund der Temperaturänderung ohne Magnetfeld mit einem Vierpunktverfahren bei einer Erwärmungs-/Abkühlungsgeschwindigkeit von 2°C pro Minute gemessen. Die Ergebnisse sind in 9 gezeigt. Durch die Umwandlung von der Originalphase in die M-Phase erhöhte sich der elektrische Widerstand drastisch.
Mit dem von 0 kOe auf 80 kOe (6.366 kA/m) geänderten Magnetfeld wurde die elektrische Widerstandsänderung bei Temperaturen von –173°C, –73°C, –33°C bzw. +27°C mit einem Vierpunktverfahren gemessen. Die Ergebnisse sind in 10 gezeigt. Die Umwandlungstemperatur dieser Probe ohne Magnetfeld betrug 4°C für Ms, –22°C für Mf, 0°C für As und 16°C für Af. In einem Fall, wo sie vollständig nur aus einer Originalphase bestand (T = 27°C), ändert sich ihr elektrischer Widerstand auch bei Anlegen eines Magnetfelds nicht. Andererseits bewirkte in einem Fall, wo sie vollständig nur aus einer Martensitphase bestand (T < –22°C), das Anlegen eines Magnetfelds eine Rückumwandlung von der Martensitphase in die Originalphase, wodurch der elektrische Widerstand abnahm, und das Entfernen des Magnetfelds bewirkte eine umkehrbare Änderung in den Originalzustand. Insbesondere bei der Messung bei –33°C bewirkte das Anlegen und Entfernen eines Magnetfelds einen enormen Magnetowiderstandseffekt, wodurch sich der elektrische Widerstand umkehrbar ändert.
Beispiel 25
(1) Herstellung der Probe
Eine Legierung mit derselben Zusammensetzung (Ni₄₁Co₅Mn₄₃In₁₁) wie in Beispiel 14 wurde mittels Hochfrequenz geschmolzen und schnell abgekühlt, um einen Block zu bilden, aus dem eine Probe von 1 mm × 1 mm × 10 mm ausgeschnitten wurde. Die Probe wurde einem Lösungsglühen bei 900°C für 20 Stunden ausgesetzt und danach an Luft abgekühlt.
(2) Elektrischer Widerstandstest
Mit einem elektrischen Widerstandsmesser wurde die elektrische Widerstandsänderung aufgrund der Temperaturänderung ohne ein Magnetfeld mit einem Vierpunktverfahren bei einer Erwärmungs-/Abkühlungsgeschwindigkeit von 2°C pro Minute gemessen. Die Ergebnisse sind in 11 gezeigt. Durch die Umwandlung von der Originalphase in die M-Phase erhöhte sich der elektrische Widerstand drastisch.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Die ferromagnetische Formgedächtnislegierung nach der vorliegenden Erfindung mit ausgezeichneten Formgedächtniseigenschaften und magnetischen Änderungseigenschaften in einem praktischen Temperaturbereich stellt eine magnetische Antriebsvorrichtung, eine thermomagnetische Antriebsvorrichtung, eine Wärmeerzeugungs-/-absorptionsvorrichtung (insbesondere eine magnetische Kühlvorrichtung), eine Spannungs-Magnetismusvorrichtung, eine Spannungs-Widerstandsvorrichtung und eine Magnetismus-Widerstandsvorrichtung mit hoher Ansprechgeschwindigkeit und Energieeffizienz in einem praktischen Temperaturbereich bereit.

Claims

Ferromagnetische Formgedächtnislegierung, enthaltend 25 bis 50 Atom-% Mn, in Summe 5 bis 18 Atom-% mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus In, Sn und Sb ausgewählten Metalls und 0,1 bis 15 Atom-% Co und/oder Fe sowie im Rest Ni und unvermeidbare Verunreinigungen.
Ferromagnetische Formgedächtnislegierung nach Anspruch 1, wobei diese mehr als 40 Atom-% Ni enthält.
Ferromagnetische Formgedächtnislegierung, enthaltend 25 bis 50 Atom-% Mn, in Summe 5 bis 18 Atom-% mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus In, Sn und Sb ausgewählten Metalls, 0,1 bis 15 Atom-% Co und/oder Fe, in Summe 0,1 bis 15 Atom-% mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus Ti, Pd, Pt, Al, Ga, Si, Ge, Pb und Bi ausgewählten Metalls und mehr als 40 Atom-% Ni sowie im Rest unvermeidbare Verunreinigungen.
Ferromagnetische Formgedächtnislegierung, enthaltend 25 bis 50 Atom-% Mn, in Summe 5 bis 18 Atom-% mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus In, Sn und Sb ausgewählten Metalls, 0,1 bis 15 Atom-% Co und/oder Fe und in Summe 0,1 bis 15 Atom-% mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus Pd, Pt, Pb und Bi ausgewählten Metalls sowie im Rest Ni und unvermeidbare Verunreinigungen.
Ferromagnetische Formgedächtnislegierung nach Anspruch 4, wobei diese mehr als 40 Atom-% Ni enthält.
Ferromagnetische Formgedächtnislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei deren Originalphase ferromagnetisch und deren Martensitphase paramagnetisch, antiferromagnetisch oder ferrimagnetisch ist.
Ferromagnetische Formgedächtnislegierung nach Anspruch 6, wobei die Martensitphase eine langperiodische Schichtstruktur aufweist.
Ferromagnetische Formgedächtnislegierung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Differenz zwischen der bei einer martensitischen Umwandlungsanfangstemperatur und der bei einer martensitischen Umwandlungsbeendigungstemperatur gemessenen Magnetisierung und zwischen der bei einer martensitischen Rückumwandlungsanfangstemperatur und der bei einer martensitischen Rückumwandlungsbeendigungstemperatur gemessenen Magnetisierung, bei Anliegen eines Magnetfelds von 20 kOe oder mehr, 50 emu/g oder mehr beträgt.
Ferromagnetische Formgedächtnislegierung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Verhältnis ρ_M/ρ_p des elektrischen Widerstands ρ_M der Martensitphase zum elektrischen Widerstand ρ_p der Originalphase 2 oder mehr beträgt.
Magnetische Antriebsvorrichtung umfassend eine der ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die die Formwiederherstellung und/oder magnetische Änderung nutzt, die durch die martensitische Rückumwandlung in eine ferromagnetische Originalphase bewirkt werden, die durch Anlegen eines Magnetfelds an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer paramagnetischen, antiferromagnetischen oder ferrimagnetischen Martensitphase herbeigeführt wird.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 10, die die Formänderung und/oder magnetische Änderung nutzt, die durch eine Umwandlung in die Martensitphase bewirkt werden, die durch Entfernen eines Magnetfelds von der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem durch eine magnetfeldinduzierte Rückumwandlung erzeugten Zustand der Originalphase herbeigeführt wird.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 11, die die durch die Formwiederherstellung und/oder Formänderung erzeugte Spannung nutzt.
Thermomagnetische Antriebsvorrichtung umfassend eine der ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als ein temperaturempfindlicher magnetischer Körper, der (a) die magnetische Änderung nutzt, die durch eine martensitische Rückumwandlung in eine ferromagnetische Originalphase bewirkt wird, die durch Erwärmen der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer paramagnetischen, antiferromagnetischen oder ferrimagnetischen Martensitphase herbeigeführt wird, und/oder (b) die magnetische Änderung nutzt, die durch eine Umwandlung in die Martensitphase bewirkt wird, die durch Abkühlen der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem Zustand der Originalphase herbeigeführt wird.
Magnetische Kühlvorrichtung umfassend eine der ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die die bei einer martensitischen Rückumwandlung in eine ferromagnetische Originalphase auftretende Wärmeabsorption nutzt, die durch Anlegen eines Magnetfelds an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer paramagnetischen, antiferromagnetischen oder ferrimagnetischen Martensitphase herbeigeführt wird.
Wärmeerzeugungs-/-absorptionsvorrichtung umfassend eine der ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die (a) die in der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer ferromagnetischen Originalphase durch eine martensitische Umwandlung bewirkte Wärmeerzeugung und (b) die in der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer paramagnetischen, antiferromagnetischen oder ferrimagnetischen Martensitphase durch eine martensitische Rückumwandlung bewirkte Wärmeabsorption nutzt.
Wärmeerzeugungs-/-absorptionsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei (a) die martensitische Umwandlung durch Anlegen einer Beanspruchung an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer Originalphase oder durch Entfernen eines Magnetfelds von der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem durch eine magnetfeldinduzierte Rückumwandlung erzeugten Zustand einer Originalphase herbeigeführt wird und (b) die martensitische Rückumwandlung durch Anlegen eines Magnetfelds an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung in einem Zustand der Martensitphase oder durch Entfernen einer Beanspruchung von der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem durch eine spannungsinduzierte Umwandlung erzeugten Zustand einer Martensitphase herbeigeführt wird.
Spannungs-Magnetismusvorrichtung umfassend eine der ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die (a) die magnetische Änderung, die durch eine Umwandlung in eine paramagnetische, antiferromagnetische oder ferrimagnetische Martensitphase bewirkt wird, die durch Anlegen einer Beanspruchung an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer ferromagnetischen Originalphase herbeigeführt wird, und/oder (b) die magnetische Änderung nutzt, die durch eine Rückumwandlung in die Originalphase bewirkt wird, die durch Entfernen der Beanspruchung von der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem durch eine spannungsinduzierte Umwandlung erzeugten Zustand einer Martensitphase herbeigeführt wird.
Spannungs-Widerstandsvorrichtung umfassend eine der ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die (a) die elektrische Widerstandsänderung, die durch eine Umwandlung in eine paramagnetische, antiferromagnetische oder ferrimagnetische Martensitphase bewirkt wird, die durch Anlegen einer Beanspruchung an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer ferromagnetischen Originalphase herbeigeführt wird, und/oder (b) die elektrische Widerstandsänderung nutzt, die durch eine Rückumwandlung in eine Originalphase bewirkt wird, die durch Entfernen der Beanspruchung von der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer durch eine spannungsinduzierte Umwandlung erzeugten Martensitphase herbeigeführt wird.
Magnetowiderstandsvorrichtung umfassend eine der ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die (a) die elektrische Widerstandsänderung, die durch eine martensitische Rückumwandlung in eine ferromagnetische Originalphase bewirkt wird, die durch Anlegen eines Magnetfelds an die ferromagnetische Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer paramagnetischen, antiferromagnetischen oder ferrimagnetischen Martensitphase herbeigeführt wird, und/oder (b) die elektrische Widerstandsänderung nutzt, die durch eine Umwandlung in die Martensitphase bewirkt wird, die durch Entfernen eines Magnetfelds von der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer durch eine magnetfeldinduzierte Rückumwandlung erzeugten Originalphase herbeigeführt wird.