JP2899682B2 - Ｔｉ−Ｎｉ系形状記憶合金とその製造方法 - Google Patents

Ｔｉ−Ｎｉ系形状記憶合金とその製造方法

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    • Y10S977/891—Vapor phase deposition

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、Ｔｉ−Ｎｉ系形
状記憶合金とその製造方法に関するものである。さらに
詳しくは、この発明は、組成の厳密な制御を必要とする
ことなしに、マイクロバルブやマイクロマシン用アクチ
ュエータ等として有用な、形状記憶特性を大幅に向上さ
せた、新しいＴｉ−Ｎｉ系形状記憶合金とその製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、形状記憶特性を有
する合金としてＴｉ−Ｎｉ系合金が知られている。そし
て、このＴｉ−Ｎｉ系記憶合金については、薄膜状合金
として製造する方法も知られている。薄膜状形状記憶合
金は、様々な精密分野への応用が期待されているもので
あって、Ｔｉ−Ｎｉ系の形状記憶合金薄膜では、たとえ
ば、スパッタリング法によって気相成膜した非晶質の合
金薄膜をまず結晶化温度以上において焼鈍して結晶化さ
せた後に、種々の温度で熱処理して、形状回復力や回復
歪等の形状記憶特性の改善を図ることが知られてもい
る。
【０００３】しかしながら、従来の技術では、その形状
記憶特性の改善効果は充分なものでなく、しかも、この
特性の改善のための上記の方法では、Ｔｉ−Ｎｉ系合金
の組成を厳密に制御しなければならず、しかも熱処理が
非常に難しいという大きな問題があった。このため、限
られた特性改善効果を得るだけでも大変に困難な状況に
あり、その製造コストを低減することも難しいのが実情
であった。
【０００４】そこで、この発明は、以上のとおりの従来
技術の欠点を克服し、簡便な手段で、飛躍的に形状記憶
特性を向上させることのできる、新しいＴｉ−Ｎｉ系形
状記億合金とその製造方法を提供することを目的として
いる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、チタン含有量が５０〜６６原子
％の組成を有するＴｉ−Ｎｉ系形状記憶合金であって、
母相に整合弾性歪を発生させるナノメートルスケールの
析出物が、非晶質の合金の６００〜８００Ｋでの熱処理
により生成分布されていることを特徴とするＴｉ−Ｎｉ
系形状記憶合金を提供する。
【０００６】そしてまた、この発明は、上記の合金を製
造するための方法として、非晶質のＴｉ−Ｎｉ系合金
を、６００〜８００Ｋの温度で熱処理することを特徴と
する方法をも提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】この発明においては、上記のとお
りの構成によって、形状回復力や回復歪等の形状記憶特
性の飛躍的向上を可能としている。合金の組成そのもの
については、チタンの含有量が５０〜６６原子％の範囲
にあればよく、従来のように組成を厳密に制御する必要
はない。Ｔｉ（チタン）およびＮｉ（ニッケル）によっ
て合金が構成されるが、この発明の形状記憶特性を阻害
しない限り、他種の元素が添加されても、あるいは不純
物として混入されていてもよい。
【０００８】なお、チタン含有量が５０原子％未満で
は、この発明の所期の目的の実現は難しくなり、また６
６原子％を超えても同様である。目的とする合金は、母
相に、特殊なナノメートルスケールの析出物が分布され
たものであって、この析出物が母相との間に整合弾性歪
を発生させる。ここで言うところの「整合弾性歪」は、
析出物の結晶格子の間隔と母相の格子の間隔とがわずか
に異って接合しているために生じる弾性歪のことを意味
している。このような特徴のある合金は、この発明にお
いては、非晶質合金を、６００〜８００Ｋの温度での熱
処理によって製造される。
【０００９】熱処理は、６００〜８００Ｋの範囲に限ら
れるものであって、好ましくは一度のみの熱処理とす
る。代表的な熱処理のための条件としては、たとえば次
のものが例示される。もちろん何ら限定的なものではな
い。 時 間：１０分〜３時間 雰囲気：真空またはアルゴン等の不活性ガス 昇 温：５〜５０Ｋ／ｍｉｎ 降 温：急冷 すでに結晶となっているＴｉ−Ｎｉ系合金では、この熱
処理によっても上記の析出物の生成分布はみられず、こ
の発明のような飛躍的な性能の改善は得られない。ま
た、８００Ｋを超えると適切な析出物は生成されず、ま
た６００Ｋ未満でも、原子の拡散がおそくなり、実用上
の時間内では析出物が生じない。このためいずれの場合
も性能の大きな改善効果は得られない。
【００１０】なお、非晶質のＴｉ−Ｎｉ系合金は、たと
えば気相成膜法による薄膜として、あるいはその他の適
宜な方法により製造すればよく、特に限定されることは
ない。ただ、薄膜としてのこの発明の合金は、今後の、
マイクロバルブやマイクロマシン用アクチュエータ等の
応用が期待されるものであって、大変に重要なものであ
ることは強調しておきたい。薄膜の膜厚は、一般的には
５０μｍ以下１００Åまで可能である。
【００１１】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明の合金とその製造法について説明する。もちろん、以
下の例によってこの発明が限定されることはない。
【００１２】
【実施例】Ｔｉ−Ｎｉのターゲット材を用いて、ガラス
基板上に、アルゴンイオンスパッタリングによって、Ｔ
ｉ−４８．２原子％Ｎｉ非晶質合金の薄膜を、膜厚約７
μｍで成膜した。この薄膜を、６００〜８００Ｋの温度
範囲で熱処理したものについて、その組織を高分解能電
子顕微鏡により確認した。図１は、その顕微鏡写真の一
例を７４５Ｋで１時間熱処理したものについて示したも
のである。また、図２はその拡大写真である。図１およ
び図２の写真からわかるように、母相には特有の析出物
が生成分布している。この析出物は、母相ＢＣＣ（Ｂ２
型）の｛１００｝ｂｃｃ面に沿って現れており、その大
きさは、厚み約０．５ｎｍ（２〜３格子面）、半径約５
〜１０ｎｍの円板状で、ほぼ、１０ｎｍの間隔で、つま
りナノメートルスケールで分布している。
【００１３】そこで、上記の非晶質合金薄膜について７
６５Ｋで３．６ｋｓ熱処理したものについて、種々の荷
重下で熱サイクルをして伸びの変化を評価した。図３は
その結果を示したものである。この図３からは、荷重２
４０ＭＰａの場合には、永久歪がなく、かつ、６％もの
形状回復歪が得られていることがわかる。また、図４
は、熱処理温度と最大形状回復歪との関係を評価した結
果を示したものであって、７００〜８００Ｋの間の焼鈍
で５〜６％の回復歪が得られていることが示されてい
る。
【００１４】図５は、形状回復歪と負荷応力との関係を
示したものである。種々の熱処理の場合が示されてい
る。この図５からは、応力が２００〜６７０ＭＰａの範
囲で変化しても４．５％以上の回復歪が得られることが
わかる。なお、負荷できる最大応力は６７０ＭＰａであ
る。
【００１５】図６は、試料に永久歪（すべり変形）が導
入されない範囲で負荷できる最大応力と熱処理温度との
関係を示したものである。たとえば以上のとおりの例か
らも、この発明によって、従来に比べて、形状記億特性
が飛躍的に改善されていることが確認される。
【００１６】
【発明の効果】この発明により、従来のように、組成や
熱処理を厳密に制御しなくとも、６００〜８００Ｋの温
度での熱処理によって、形状記憶特性が飛躍的に向上さ
れる。製造コストの大幅な低減化も図られることにな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例としての合金薄膜についての
組織を示した図面に代わる高分解能電子顕微鏡写真であ
る。
【図２】図１に対応する拡大写真である。
【図３】定荷重下の熱サイクル試験の結果を示した図で
ある。
【図４】最大形状回復歪と熱処理温度との関係を示した
図である。
【図５】荷重（外部応力）と形状回復歪との関係を示し
た図である。
【図６】臨界すべり応力と熱処理温度との関係を示した
図である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｌ 1/10 1/10 Ｇ 1/18 1/18 Ｈ // Ｃ２２Ｋ 1:00 (72)発明者 松永 健 茨城県つくば市天王台１丁目１番１号 筑波大学物質工学系内 審査官 酒井 美知子 (56)参考文献 特開 平１−191757（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−76747（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−48637（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 1/00,14/00,19/03 C22F 1/00,1/10,1/18

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 チタン含有量が５０〜６６原子％の組成
    を有するＴｉ−Ｎｉ系形状記憶合金であって、母相に整
    合弾性歪を発生させるナノメートルスケールの析出物
    が、非晶質の合金の６００〜８００Ｋでの熱処理により
    生成分布されていることを特徴とするＴｉ−Ｎｉ系形状
    記憶合金。
  2. 【請求項２】 請求項１の合金からなるＴｉ−Ｎｉ系形
    状記憶合金薄膜。
  3. 【請求項３】 チタン含有量が５０〜６６原子％の組成
    を有するＴｉ−Ｎｉ系形状記憶合金の製造法であって、
    非晶質のＴｉ−Ｎｉ系合金を、６００〜８００Ｋの温度
    での熱処理により母相に整合弾性歪を発生させるナノメ
    ートルスケールの析出物を生成分布させることを特徴と
    するＴｉ−Ｎｉ系形状記憶合金の製造法。
  4. 【請求項４】 熱処理は一度で行う請求項３の製造法。
  5. 【請求項５】 合金は薄膜状である請求項３または４の
    製造法。
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