JP2006348319A - Ti−Ni−Cu三元系形状記憶合金とその製造法 - Google Patents
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Abstract
【構成】 Ti含有量が44〜49原子%、Cu含有量が20〜30原子%、残部が不可避的元素とNiからなる非晶質Ti−Ni−Cu合金を500〜700℃において、100時間を超えない範囲で加熱して結晶化することを特徴とするTi−Ni−Cu三元系形状記憶合金の製造方法。
【選択図】 図1
Description
−Cu合金薄膜において、TiNiCu相が粒内に析出した組織を有する合金の形状記憶挙動は、Ti含有量によって大きく異なるだけでなく変態温度が室温よりも低く変態温度も2段階に分かれて起きること等も知られている(非特許文献2)。
であった。
小さいために安定して生産可能な,変態温度が室温以上であるTi−Ni−Cu三元系形
状記憶合金を効率的に提供することを課題としている。
相あるいはTiCu相が析出されている上記のTi−Ni−Cu三元系形状記憶合金を提供する。
超えると三元系形状記憶合金の発生力増加の一因となっているTiNiCu相が析出しない。また、Ti含有量が44原子%に満たないとTiNiCu相が多くなってしまい変態温度が低下するとともに合金が脆くなる。そのため、Ti含有量は44〜49原子%の範囲にすることが好ましい。また、Cu含有量の範囲を特定するについては、Cu含有量が30原子%を超えるとTiCu相のみが析出して合金が脆くなる。一方、Cu含有量が20原子%に満たないと変態温度が低くなり、Ti49%〜44%の広い組成範囲に亘って室温以上(40℃以上)の変態温度を安定して得ることができなくなるだけでなく、Cu原子による固溶強化の効果が小さくなり粒径が大きくなるために大きな発生力を得ることができない。したがって、Cuの含有量は20原子%〜30原子%の範囲にすることが好ましい。そこで以下に実施例を示し、さらに詳しくこの出願の発明について説明する。もちろん以下の例によって発明が制限されることはない。
23.2原子%Cu−Ni、 44.9原子%Ti−27.3原子%Cu−Niの非晶質
合金薄膜を作製した。なお、非晶質合金を得る方法としては、スパッタリング法にこだわる必要はない。得られた薄膜を基板から剥離させた後、500〜700℃の熱処理を行い、示差熱分析により変態温度を測定した。また、荷重を負荷した状態で冷却・加熱を行い形状記憶特性を測定した。図1は得られた形状記憶特性の一例を示したものであるが、高い負荷応力に対して冷却・加熱を行っても残留ひずみが殆どみられず、変態温度も室温より高いことが示されている。図2はこの発明で作製した合金組織の電子顕微鏡写真である。熱的に安定なTiCu相(1)あるいはTiNiCu相(2)の析出物が粒内および粒界に微細に析出しており結晶粒径も2μm以内に抑えられている。このような結晶粒の微細強化と粒内析出物による析出強化、さらにCu原子による固溶強化が相乗的に働く結果、鋳造した合金に見られる脆性が改善されると同時に残留ひずみの原因となる塑性変形に対して高い抵抗力が得られた。図3は0.03%以上の残留ひずみが現れる時の応力を三元系形状記憶合金の発生力とし、その組成依存性を示したものである。Cuの含有量が20原子%以上であれば、Ti49〜45原子%の広い組成範囲にわたって安定した高い発
生力が得られることがわかる。この48.3原子%Ti−23.3原子%Cu−Ni合金は、50原子%Ti−23.3原子%Cu−Ni単相合金に比べると析出物の効果により、また48.3原子%Ti−11.5原子%Cu−Ni合金に比べるとCu原子の固溶強化により、発生力が上昇していることがわかる。なお、Tiが44原子%以下ではTiNiCu相、Cuが30原子%以上ではTiCu相がそれぞれ大量に析出して破断しやすくなり、良好な形状記憶特性が得られなかった。図4は変態温度(ピ−ク温度)の組成依存性を示したものである。通常の形状記憶合金では、材料の強化によって大きい発生力を得ると変態温度が低下してしまうが、この発明の合金ではCu20〜30原子%の場合、Ti49〜45原子%の広い組成範囲に亘り室温よりも十分に高い変態温度が得られていることがわかる。
室温以上であることが示されている。図7は合金の温度ヒステリシスを示したものである
が、いずれの合金の温度ヒステリシスも7〜15℃の小さい値を示していることがわかる
。
2 粒内析出物
Claims (5)
- Ti含有量が44〜49原子%、Cu含有量が20〜30原子%、残部がNiと不可避的元素からなることを特徴とするTi−Ni−Cu三元系形状記憶合金。
- 粒径が2μm以下のTi(Ni,Cu) 相中に500nm以下のTiNiCu相あるいは
TiCu相が析出されていることを特徴とする請求項1のTi−Ni−Cu三元系形状記憶合金。 - Ti含有量が44〜49原子%、Cu含有量が20〜30原子%、残部がNiと不可避的元素からなる非晶質Ti−Ni−Cu合金を加熱保持して結晶化することを特徴とするTi−Ni−Cu三元系形状記憶合金の製造方法。
- 加熱温度が500〜700℃の範囲であることを特徴とする請求項3に記載されたTi−Ni−Cu三元系形状記憶合金の製造方法。
- 加熱時間が100時間を超えない範囲であることを特徴とする請求項3または4に記載のTi−Ni−Cu三元系形状記憶合金の製造方法。
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