JP2009235454A - 強磁性形状記憶合金および強磁性形状記憶合金焼結体の製造方法 - Google Patents
強磁性形状記憶合金および強磁性形状記憶合金焼結体の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009235454A JP2009235454A JP2008080485A JP2008080485A JP2009235454A JP 2009235454 A JP2009235454 A JP 2009235454A JP 2008080485 A JP2008080485 A JP 2008080485A JP 2008080485 A JP2008080485 A JP 2008080485A JP 2009235454 A JP2009235454 A JP 2009235454A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase
- shape memory
- memory alloy
- ferromagnetic shape
- atomic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
Abstract
【解決手段】強磁性形状記憶合金Aの組織を、Mnを25〜50原子%、In、SnおよびSbからなる群から選ばれた少なくとも一種を合計で5〜18原子%、Coおよび/またはFeを0.1〜15原子%、含み残部がNiおよび不可避不純物からなりマルテンサイト変態を示すbcc構造をもつ第一相1と、第一相1を取り囲みfcc構造をもつ第二相2と、からなる二相組織とする。第一相1が靭性に富む高強度の第二相2で取り囲まれることで破壊が抑制され、強磁性形状記憶合金Aの機械的強度が向上する。
【選択図】図1
Description
マルテンサイト変態を示すbcc構造をもつ第一相と、該第一相を取り囲みfcc構造をもつ第二相と、からなる組織を有し、前記第一相は、該第一相全体を100原子%としたときに、Mnを25〜50原子%、In、SnおよびSbからなる群から選ばれた少なくとも一種を合計で5〜18原子%、ならびに、Coおよび/またはFeを0.1〜15原子%、含み残部がNiおよび不可避不純物からなる組成をもつことを特徴とする。
前記合金粉末を成形体に成形する成形工程と、
前記合金粉末の表層部を加熱して、該表層部をfcc構造とするとともに前記成形体を焼結体とする焼結工程と、
を含むことを特徴とする。
本発明の強磁性形状記憶合金は、主として、ニッケル(Ni)と、マンガン(Mn)と、インジウム(In)、錫(Sn)およびアンチモン(Sb)からなる群から選ばれた少なくとも一種と、コバルト(Co)および/または鉄(Fe)と、からなる強磁性形状記憶合金である。
第一相は、第一相全体を100原子%としたときに、Mnを25〜50原子%、In、SnおよびSbからなる群から選ばれた少なくとも一種を合計で5〜18原子%、ならびに、Coおよび/またはFeを0.1〜15原子%、含み残部がNiおよび不可避不純物からなる組成をもつ。
第二相は、上記第一相を取り囲み、本発明の強磁性形状記憶合金の機械的強度を向上させる。
2〜30体積%さらには2〜20体積%であるのがよい。第二相の体積割合が2体積%未満では、温度や磁場の変化により自己崩壊することがあるため望ましくない。
第一相は、常磁性、反強磁性またはフェリ磁性を有するM相状態の強磁性形状記憶合金に磁場を印加すると、M相は強磁性母相にマルテンサイト逆変態し、磁場を除去するとマルテンサイト変態してM相に戻る。そのため、本発明の強磁性形状記憶合金は、二方向形状記憶効果が得られる。
第一相は、熱弾性型マルテンサイト変態/逆変態を生じる。本発明の強磁性形状記憶合金の無磁場でのMsおよびAsは、通常、−200℃〜+100℃の範囲内である。また、TcとMsの差は40℃以上であり、広い温度領域で強磁性母相が存在する。Msは、上記の各元素の配合比により調整できる。本発明の強磁性形状記憶合金では、M相状態の第一相は常磁性、反強磁性またはフェリ磁性を有するが、反強磁性またはフェリ磁性の場合、常磁性の場合より変態エネルギーの変換効率が高い。
母相状態の第一相に応力をかけるとマルテンサイト変態が起こり、応力を除くとマルテンサイト逆変態が起こる。
第一相の電気抵抗は、M相の方が母相より格段に大きい。無磁場で、母相の電気抵抗ρPに対するM相の電気抵抗ρMの比ρM/ρPは、2以上である。したがって、本発明の強磁性形状記憶合金から、温度、磁場または応力により誘起されたマルテンサイト変態/逆変態により電気抵抗が変化する素子が得られる。特に(Mf−100℃)以上〜Mf未満の温度で磁場を印加し、除去すると、電気抵抗が可逆的に変化する巨大磁気抵抗効果が得られる。
本発明の強磁性形状記憶合金は、実用温度域(−40〜+200℃)で優れた形状記憶特性および磁性変化特性を有する。そのため、用途としては、実用温度域で高い応答速度およびエネルギー効率を有する磁場駆動素子、熱磁気駆動素子、発熱吸熱素子(特に磁気冷凍材)、応力−磁気特性、応力−抵抗特性および磁気−抵抗素子、等が挙げられる。
以上説明した本発明の強磁性形状記憶合金は、焼結法により製造される焼結体であるのが望ましい。すなわち、本発明の強磁性形状記憶合金は、第一相からなる内部と第二相からなる表層部とをもつ粒子と、第二相からなり粒子間を結合する粒界結合部と、からなる焼結体であるのが好ましい。図2は、本発明の強磁性形状記憶合金が焼結体である場合の断面組織を模式的に示す説明図である。図2には、説明のため簡略化して、4つの真球粒子を焼結させた場合を示す。強磁性形状記憶合金焼結体A’において、粒子10は、第一相(図1の“1”に相当)からなる内部11と第二相(図1の“2”に相当)からなる表層部12とをもつ。つまり、第一相は、第二相に取り囲まれて存在する。さらに、隣接する粒子10の間は、第二相からなる粒界結合部20により結合され、焼結体A’が構成される。なお、粒子10と結合部20との間隙は、気孔30となる。以下に、強磁性形状記憶合金焼結体の製造方法について説明する。
Ni43Co7Mn39Sn11合金(重量組成で43.2%Ni−38.8%Mn−6.9%Co−11.0%Sn)を、アルゴンガスを用いたガスアトマイズ法により平均粒径が50μm程度の粉末状とした。得られた合金粉末の光学顕微鏡写真を図3に示す。次に、得られた粉末を溶体化処理した。溶体化処理は、真空中800℃または900℃で24時間行い、溶体化処理温度の異なる2種類の合金粉末を得た。800℃での溶体化処理後の合金粉末の光学顕微鏡写真を図4に示す。溶体化処理を行うことで、bcc構造をもつ単相組織となった。これらの合金粉末を、粒度25〜63μmに篩い分けた。
溶体化処理前の合金粉末P0、800℃で溶体化処理した合金粉末P8および900℃で溶体化処理した合金粉末P9について、熱磁化曲線を測定した。熱磁化曲線の測定は、500Oe(40kA/m)の磁場中で、−268〜+120℃の間で冷却/加熱(昇温/降温速度;2℃/分)し、SQUID(超伝導量子干渉素子)を用いて測定した。各粉末の熱磁化曲線の測定結果を図5に示す。なお、図5のグラフにおいて、横軸は温度(単位はK)、縦軸は磁化の強さである。溶体化処理前の合金粉末P0では、マルテンサイト変態による磁化の変化はあるものの変化量は小さく、低温域でも強い磁化が残った。一方、溶体化処理した合金粉末P8およびP9では、磁化の変化量が大きかった。つまり、合金粉末P8およびP9は、溶体化によりマルテンサイト変態を示す単相組織となった。さらに、溶体化処理温度が高い合金粉末P9では、合金粉末P8に比べ、マルテンサイト変態による磁化の変化が急峻であった。つまり、溶体化処理の温度が高温である方が、十分に溶体化されることがわかった。
合金粉末P9を用いて、強磁性形状記憶合金焼結体を作製した。焼結には、SPSシンテックス株式会社製の放電プラズマ焼結装置(型番;DR SINTER)を用いた。このSPS装置の基本構成を図6に示す。SPS装置90は、互いに対向し共に円柱形状で黒鉛製の上部パンチ91および下部パンチ92と、その対向部間の周囲に配置された円筒形(内径15mmφ)で黒鉛製の焼結ダイ93と、を備える。上部パンチ91、下部パンチ92、および焼結ダイ93によって区画形成される空間内(キャビティ94)に合金粉末P9が充填される。上部パンチ91と下部パンチ92の対向する端部と反対側のそれぞれ端部には、上部パンチ電極95および下部パンチ電極96の一端がそれぞれ設けられ、真空チャンバー97内に収容されている。真空チャンバー97の上下端部から上部パンチ電極95および下部パンチ電極96の他端がそれぞれ引き出されて、外部に突出している。上部パンチ電極95および下部パンチ電極96のそれぞれの他端には、図示しない加圧機構と焼結電源がそれぞれ接続されている。
それぞれの光学顕微鏡写真から、焼結温度が高いほど、気孔(黒い部分)の体積分率が減少して緻密になることがわかった。800℃で焼結された焼結体S80は、合金粉末が接触部分のみで連結した組織であった(図7)。また、850℃で焼結された焼結体S85および900℃で焼結された焼結体S90では、コントラストの明るい相(第一相)と、その周りを取り囲むコントラストの暗い相(第二相)と、からなる二相組織が明確に観察された(図9および図11)。第一相は合金粉末に由来する粒子の内部に位置し、第二相は粒子の表層部で隣接する粒子同士を結合させていた。この第二相は、EPMAによる測定結果から、fcc構造をもつことがわかった。また、第一相および第二相をEDXにより測定した。第一層の組成は、Ni44Co7Mn38Sn11、第二相の組成は、Ni44Co9Mn 38Sn9であった。
焼結体S80、焼結体S90’および焼結体S90について、破壊歪みの測定を行った。各焼結体を切り出して6mm×3mm×3mm程度の板状の試験片とし、万能試験機を用いて試験片をその長手方向に圧縮した。なお、圧縮は、室温でクロスヘッド速度0.1mm/分の条件で行い、試験片が破壊するまで圧縮した。試験片が破壊したときの歪みを表1に示す。
上記の試験片を用い、焼結体S80、焼結体S90’および焼結体S90について、形状記憶特性を評価した。はじめに、各試験片の長手方向の長さを測定した(表2の「初期」)。次に、圧縮試験機により試験片に2%程度の歪みまで圧縮応力をかけ、除荷後の試験片の長手方向の長さを測定した(表2の「圧縮後」)。圧縮した試験片を140℃で5分間加熱し、その後の試験片の長手方向の長さを測定した(表2の「加熱後」)。各測定値を表2に示す。また、圧縮後の歪み、加熱後の歪み、および、これらの値から算出される形状回復率を表3に示す。
電気抵抗測定装置を用い、温度変化に伴う焼結体S90の電気抵抗変化を四端子法により測定した。抵抗測定は、無磁場、あるいは40kOe(3200kA/m)、80kOe(6400kA/m)の磁場中で、各焼結体を−268〜+80℃の間で冷却/加熱(昇温/降温速度;2℃/分)して行った。結果を図13に示す。なお、図13のグラフにおいて、横軸は温度(単位はK)、縦軸は電気抵抗である。母相からM相への変態に伴い、電気抵抗が大幅に増加した。
焼結体S90に2%の圧縮歪みを印加した後、温度310Kで磁場を印加し、三端子容量法により磁歪を測定した。結果を図14に示す。なお、図14において、横軸は外部磁場、縦軸は形状回復歪み量である。印加磁場の増加とともにマルテンサイト逆変態に伴う形状変化が起こり、80kOe(6400kA/m)印加時に約0.6%の形状回復率が得られた。すなわち、磁場による形状記憶効果が観察された。
A’:強磁性形状記憶合金焼結体
10:粒子 11:内部 12:表層部
20:結合部
30:気孔
Claims (12)
- ニッケル(Ni)と、マンガン(Mn)と、インジウム(In)、錫(Sn)およびアンチモン(Sb)からなる群から選ばれた少なくとも一種と、コバルト(Co)および/または鉄(Fe)と、からなる強磁性形状記憶合金であって、
マルテンサイト変態を示すbcc構造をもつ第一相と、該第一相を取り囲みfcc構造をもつ第二相と、からなる組織を有し、前記第一相は、該第一相全体を100原子%としたときに、Mnを25〜50原子%、In、SnおよびSbからなる群から選ばれた少なくとも一種を合計で5〜18原子%、ならびに、Coおよび/またはFeを0.1〜15原子%、含み残部がNiおよび不可避不純物からなる組成をもつことを特徴とする強磁性形状記憶合金。 - 前記第二相は、第二相全体を100原子%としたときに、Mnを34〜42原子%、In、SnおよびSbからなる群から選ばれた少なくとも一種を合計で7〜15原子%、ならびに、Coおよび/またはFeを4〜12原子%、含み残部がNiおよび不可避不純物からなる組成をもつ請求項1記載の強磁性形状記憶合金。
- 前記第二相は、第二相全体を100原子%としたときに、さらに炭素(C)を5原子%以下含む請求項2記載の強磁性形状記憶合金。
- 強磁性形状記憶合金全体を100原子%としたときに、Mnを25〜50原子%、In、SnおよびSbからなる群から選ばれた少なくとも一種を合計で5〜18原子%、ならびに、Coおよび/またはFeを0.1〜15原子%、含み残部がNiおよび不可避不純物からなる請求項1記載の強磁性形状記憶合金。
- 前記第一相からなる内部と前記第二相からなる表層部とをもつ粒子と、前記第二相からなり該粒子間を結合する粒界結合部と、からなる焼結体である請求項1記載の強磁性形状記憶合金。
- 前記焼結体は、放電プラズマ焼結により焼結されてなる請求項5記載の強磁性形状記憶合金。
- 前記第一相は母相で強磁性、マルテンサイト相で常磁性、反強磁性またはフェリ磁性を示し、前記第二相は強磁性を示す請求項1記載の強磁性形状記憶合金。
- 全体を100原子%としたときに、マンガン(Mn)を25〜50原子%、インジウム(In)、錫(Sn)およびアンチモン(Sb)からなる群から選ばれた少なくとも一種を合計で5〜18原子%、ならびに、コバルト(Co)および/または鉄(Fe)を0.1〜15原子%、含み残部がニッケル(Ni)および不可避不純物からなりbcc構造をもつ強磁性形状記憶合金の合金粉末を製造する粉末製造工程と、
前記合金粉末を成形体に成形する成形工程と、
前記合金粉末の表層部を加熱して、該表層部をfcc構造とするとともに前記成形体を焼結体とする焼結工程と、
を含むことを特徴とする強磁性形状記憶合金焼結体の製造方法。 - 前記焼結工程は、前記成形体に通電することで前記合金粉末間に生じる放電現象により焼結を行う通電焼結法により焼結を行う工程である請求項8記載の強磁性形状記憶合金焼結体の製造方法。
- 前記通電焼結法は、放電プラズマ焼結法である請求項9記載の強磁性形状記憶合金焼結体の製造方法。
- 前記粉末製造工程の後で得られた合金粉末を溶体化処理する溶体化処理工程を含む請求項8記載の強磁性形状記憶合金焼結体の製造方法。
- 請求項8記載の強磁性形状記憶合金焼結体の製造方法により作製された強磁性形状記憶合金焼結体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008080485A JP5112132B2 (ja) | 2008-03-26 | 2008-03-26 | 強磁性形状記憶合金および強磁性形状記憶合金焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008080485A JP5112132B2 (ja) | 2008-03-26 | 2008-03-26 | 強磁性形状記憶合金および強磁性形状記憶合金焼結体の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009235454A true JP2009235454A (ja) | 2009-10-15 |
JP5112132B2 JP5112132B2 (ja) | 2013-01-09 |
Family
ID=41249774
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008080485A Expired - Fee Related JP5112132B2 (ja) | 2008-03-26 | 2008-03-26 | 強磁性形状記憶合金および強磁性形状記憶合金焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5112132B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014095486A (ja) * | 2012-11-07 | 2014-05-22 | Denso Corp | 磁気冷凍材料の製造方法 |
US9255343B2 (en) | 2013-03-08 | 2016-02-09 | Ut-Battelle, Llc | Iron-based composition for magnetocaloric effect (MCE) applications and method of making a single crystal |
EP3065148A1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-09-07 | Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences | Magnetic phase-transformation material |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002129273A (ja) * | 2000-08-14 | 2002-05-09 | Kiyohito Ishida | 強磁性形状記憶合金およびそれを用いたアクチュエーター |
JP2002317235A (ja) * | 2001-04-17 | 2002-10-31 | Kiyohito Ishida | 強磁性形状記憶合金 |
JP2004277865A (ja) * | 2003-03-18 | 2004-10-07 | Honda Motor Co Ltd | 形状記憶合金及びその製造方法 |
WO2005087963A1 (ja) * | 2004-03-11 | 2005-09-22 | Japan Science And Technology Agency | バルク固化急冷材料及びその製造方法 |
WO2007001009A1 (ja) * | 2005-06-27 | 2007-01-04 | Japan Science And Technology Agency | 強磁性形状記憶合金及びその用途 |
-
2008
- 2008-03-26 JP JP2008080485A patent/JP5112132B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002129273A (ja) * | 2000-08-14 | 2002-05-09 | Kiyohito Ishida | 強磁性形状記憶合金およびそれを用いたアクチュエーター |
JP2002317235A (ja) * | 2001-04-17 | 2002-10-31 | Kiyohito Ishida | 強磁性形状記憶合金 |
JP2004277865A (ja) * | 2003-03-18 | 2004-10-07 | Honda Motor Co Ltd | 形状記憶合金及びその製造方法 |
WO2005087963A1 (ja) * | 2004-03-11 | 2005-09-22 | Japan Science And Technology Agency | バルク固化急冷材料及びその製造方法 |
WO2007001009A1 (ja) * | 2005-06-27 | 2007-01-04 | Japan Science And Technology Agency | 強磁性形状記憶合金及びその用途 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014095486A (ja) * | 2012-11-07 | 2014-05-22 | Denso Corp | 磁気冷凍材料の製造方法 |
US9255343B2 (en) | 2013-03-08 | 2016-02-09 | Ut-Battelle, Llc | Iron-based composition for magnetocaloric effect (MCE) applications and method of making a single crystal |
EP3065148A1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-09-07 | Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences | Magnetic phase-transformation material |
CN105986322A (zh) * | 2015-03-03 | 2016-10-05 | 中国科学院物理研究所 | 一种磁相变材料 |
CN105986322B (zh) * | 2015-03-03 | 2018-10-19 | 中国科学院物理研究所 | 一种磁相变材料 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5112132B2 (ja) | 2013-01-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4697981B2 (ja) | 強磁性形状記憶合金及びその用途 | |
US8092616B2 (en) | Method for producing a giant magnetostrictive alloy | |
Liu et al. | Exploring La (Fe, Si) 13-based magnetic refrigerants towards application | |
US11225703B2 (en) | Magnetocaloric alloys useful for magnetic refrigeration applications | |
JP5739270B2 (ja) | 磁気熱交換のための作動コンポーネントと磁気冷却のための作動コンポーネントを生産する方法。 | |
JP4240380B2 (ja) | 磁性材料の製造方法 | |
JP5265259B2 (ja) | 強磁性形状記憶合金焼結体およびその製造方法 | |
JP3822573B2 (ja) | 形状記憶合金及びその製造方法 | |
CN106205992B (zh) | 高矫顽力及低剩磁温度敏感性的烧结钕铁硼磁体及制备 | |
Sun et al. | Multicaloric effect in Ni–Mn–Sn metamagnetic shape memory alloys by laser powder bed fusion | |
JPWO2012124721A1 (ja) | 磁気冷凍材料 | |
JP5112132B2 (ja) | 強磁性形状記憶合金および強磁性形状記憶合金焼結体の製造方法 | |
JP6055407B2 (ja) | 磁気冷凍材料及び磁気冷凍デバイス | |
US20200024693A1 (en) | Mm'x-y metal composite functional material and preparation method thereof | |
Casati et al. | On the preparation and characterization of thin NiTi shape memory alloy wires for MEMS | |
Ouyang et al. | Rapid solidified ductile Cu-Al-Mn ribbon and its elastocaloric potential | |
Saito et al. | Development of synthesis process of magnetocaloric material of La (Fe, Co, Si) 13 | |
Kumar et al. | Magnetic and magnetocaloric effect in melt spun La1− xRxFe13− yAlyCz (R= Pr and Nd) compounds | |
SU et al. | Effect of Sn substitution and heat treatment on microstructure and microhardness of Co38Ni34Al28–xSnx magnetic shape memory alloys | |
Abhyankar et al. | Microstructure and its correlation to magnetic properties in 2: 17 type (Sm, Gd)-Co-Fe-Cu-Zr alloys | |
JP6171662B2 (ja) | 希土類磁石、電動機、及び電動機を備える装置 | |
Wang et al. | Fe75Zr3Si13B9 magnetic materials prepared by spark plasma sintering | |
Taheri | Design, processing and characterization of mechanically alloyed galfenol & lightly rare-earth doped FeGa alloys as smart materials for actuators and transducers | |
Alvarado-Hernández et al. | Sintering kinetics of Ni2FeSb powder alloys produced by mechanical milling | |
JP6314380B2 (ja) | 希土類磁石、電動機、及び電動機を備える装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110125 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20110125 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110125 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120921 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120925 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121010 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151019 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |