JPH03130331A - Ｎｉ―Ｔｉ系形状記憶合金成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、難加工性Ｎｉ　−Ｔｔｔ状記憶合金の成形
品を工業的規模で安定して生産する方法に関するもので
ある。

〈従来技術とその課題〉 一般に、金属間化合物では金属的性質が薄れがちとなっ
て加工性の悪いものが多く、任意形状に成形加工するこ
とは極めて困難である。

ところが、近年、難加工性の金属間化合物を主体とする
形状記憶合金に関する様々な用途が開発され、これら形
状記憶合金を所望の任意形状に自在に成形する必要に迫
られるようになってきた。

中でも、Ｎｉ　−Ｔｔ系旋形状記憶合金特性が顕著でか
つ安定していることから形状記憶合金の主流を占めるよ
うになっているが、加工性が極めて悪く、例えば長尺部
材（板材、棒材、線材等）を製造する場合には、従来、
次のような手段が採用されていた。

即ち、成形素材の作成は一般の金属材料におけると同様
な溶解・鋳造法によって行うが、その後の成形工程では
多数回の焼鈍処理と塑性加工とを組み合わせて注意深く
板材、棒材、線材等にまで成形すると言う方法である。

そのため、処理コストが嵩む上、溶解時における成分歩
留りに起因した組成バラツキの問題や鋳造時に成分偏析
を生じ所望の特性が得られない等の問題が指摘されるだ
けでなく、多数回の焼鈍処理を繰り返したとしても細線
等の微小断面への加工は難しく、線径等が制限されざる
を得ないのが現状であった。

一方、ＮｉＴｉとは異なって塑性加工が殆んど不可能な
例えばＮｂ３Ａｌの如き難加工性金属間化合物について
は、次のような手段でワイヤーを得る方法が知られてい
る。

ａ）第２図゛に示すように、Ｎｂ粉末とＭ粉末とを混合
したものを押出成形してビレットとし、これを線引き等
の加工法により細線化してから拡散熱処理を施してＮｂ
＋Ａｆワイヤとする方法（粉末混合法）。

ｂ）第３図に示すように、Ｎｂ粉末を静水圧プレス成形
して焼結した後、Ａ１溶融浴に浸漬してＡＩを浸み込ま
せ、これをビレットとして再押出し、溝ロル圧延又は線
引きした後、拡散熱処理を施してＮｂ、ｔＡｊ！ワイヤ
とする方法（液体浸透法）。

Ｃ）第４図に示すように、Ｎｂ板とＡ１板を化学量論比
率と成るようにクラッドした後、これを硬く巻き取って
ビレットとし、該ビレットを線引きしてから拡散熱処理
を施してＮｂｆｆＡｊ！ワイヤとする方法（ジェリーロ
ール法〉。

ｄ）第５図に示すように、Ｎｂチューブ内にＭを詰め、
これに押出し加工と線引きを施してから拡散熱処理を施
し、ＮｂｆｆＡＪワイヤとする方法（チューブ法）。

しかしながら、前記ａ）及びｂ）の方法をＮｉ−Ｔｉ系
形状記憶合金部材の製造に適用することを考えた場合、
非常に活性なＴｉの粉末を取り扱わねばならないため ｉ）大気中のガス（特に０２ガス）を吸収して不純物量
を増したり、加工性の劣化を招きやすい。

ｉｉ）粉末同士を混合すると局部的に混合比に乱れを生
じ易く、十分に均一な混合物を得るのは極めて難しいの
で組成比が不安定となる。

ｉｉｉ　）活性な金属の粉末を取り扱うために爆発の危
険を避ける細心の注意が必要である。

等の問題が指摘された。特に拡散熱処理前に均一な粉末
混合物を得るためには素材粉末の粒径をできるだけ細粒
化することが必要であるが、素材金属粉末を細粒化すれ
ばするほど表面酸化が起こりやすくなって加工性を害す
るようになり、成形形状や寸法に限界がある。

また、前記Ｃ）の方法の場合には、クラツド板の巻き始
めがどうしてもルーズになりやすく、これを線材に成形
すると中心部の成分比率が所定値通りになりにくくて不
均一化し、拡散熱処理を施しても全体が均一に所望金属
間化合物化しないとの問題がある。更に、線引き加工の
際には素材のメタルフローが中心部と外周部とで異なり
　（中心部が最後に残るような挙動を示す）、粗密の差
が生じる。このため前記Ｃ〉及びｄ）の方法では全体的
に均−組成の製品が得られにくいとの問題も指摘されて
いた。

このように、従来知られていた“金属間化合物を始めと
した難加工性合金成形品の製造方法”はコストが嵩むば
かりか、何れも十分に満足できる信頼性の高い方法では
なく、しかも得られる製品性状や寸法の点でも制限があ
って工業的な量産は極めて困難であった。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、上述のような問題点を踏まえた上で、適正組
成を有した難加工性Ｎｉ　−Ｔｉ形状記憶合金の任意な
成形品を作業性良く工業的規模で安定製造し得る新しい
手段を提供すべく、数多くの実験を繰り返しながら行わ
れた本発明者等の研究の結果完成されたものであり、 ｒＮｉ層を挟んでその両側にＴｔ層を目的組成比率で積
層した複層材を細片に裁断した後、これを寄せ集めて加
圧成形により所望形状・寸法とし、次いで拡散熱処理を
施すことによって、適正な成分組成で任意な形状・寸法
のＮｉ−Ｔｉ系形状記憶合金威形品を自在にかつ安定し
て製造し得るようにした点」 に特徴を有するものである。

以下、本発明を、図面に基づいて各工程の作用と共に詳
述する。

く作用〉 第１図は、本発明に係るＮｉ　−Ｔｉ形状記憶合金成形
品の製造工程例を概説したものであるが、まず合金を構
成する各成分（Ｔｉ及びＮｉ）をできるだけ加工性の良
い形態（例えば高純度金属）のままで適正比率（化学量
論組成比）に積層して成形素材（全体の厚みとしては０
．１〜５ｎ程度が適当である）が作成される。このよう
に、成形素材が加工性の良好な純金属や合金の積層体で
あれば、加工度の高い成形加工をも円滑に実施すること
ができるわけである。

しかも、上記“積層成形素材”は、Ｎｉ１Ｊを挟んでそ
の両側に活性なＴｉ層が積層されているのが有利である
。なぜなら、積層成形素材の表面がＮｉ層であると、そ
の後裁断した細片を寄せ集めて加圧成形により所望形状
・寸法にしようとした場合、細片同士の接合強度が小さ
くて所望の成形かや＼困難となるが、Ｔｉ層を外側にす
ると冷間押出しにて予想外に低い押出比でも高強度の接
合を確保することができるためである。これに対して、
積層成形素材の表面がＴｉ層に覆われていると上記加圧
成形時の接合が極めて円滑に行われ、接合強度も十分と
なって好ましい成形品が得られる。なお、通常は「加圧
接合素材の接合面に活性金属が剥き出しになっていると
酸化等の問題で接合強度の低下を招く」と考えられがち
であることからすれば、上記知見は極めて意味のあるも
と言わねばならない。

ところで、第１図では前記積層手段としてロールクラッ
ド法の例を示したが、その他、メツキ法。

蒸着法、圧接法、爆着法、溶射法、イオンプレティング
法等の何れを採用しても差し支えなく、また積層材は必
ずしも板状である必要もない。

続いて、前述のように作成された積層成形素材は細かく
チップ状に裁断（打ち抜き等も含む）される。ここで、
裁断形状は第１図に示すような四角形の他、円形、楕円
形、三角形、多角形、星形等の何れであっても良い。ま
た、その寸法は、直径。

辺若しくは対角線の長さで１〜５０ｗ程度が適当である
が、次工程の緻密化する際に使用する例えばプレスの容
量等によって適宜な寸法を採用することができ（要する
に、拡散処理を施す前の緻密体において構成金属同士が
十分に拡散し合える距離にまで接近した微細組織が得ら
れる程度に強加工できるのであれば、チップ状細片の寸
法は太きくても差し支えない）、格別に制限はされない
。

次に、これらチップ状細片を寄せ集め、まとめて押出し
や圧延等により十分な加工度で加圧成形すれば、チップ
状積層体細片の寄せ集め体からなる成形原料は何処を取
っても適合組成となっていて偏析状態がないので、微細
で均一な結合組織の緻密体が得られる。そして、この緻
密体は構成金属同士が未だ拡散し合わずに混合したまま
の状態であるので加工性が良く、更なる加工が極めて容
易に行える。なお、チップ状細片の押圧成形に際しては
、これらをシース材である中空管に充填しておくのが適
当であるが、そのまま例えば押出し用コンテナに充填し
て棒材や板材としても良い。

ただ、シース材を用いる場合にはその材質の選択が重要
であって、機械的特性としてはチップ状細片との変形抵
抗の差が小さい材料が選ばれ、最終的にシース材の化学
的除去（腐食、蒸発等）を行う場合にはチップ状細片と
異なる化学的特性を有した金属や合金が選ばれる。

更に、必要であれば（より使用目的に合わせた形状・寸
法が必要な場合や、後工程の拡散熱処理条件を調整する
ために一層微細な組織が必要な場合等）、得られた緻密
体を再度寄せ集め、引き続き塑性加工を加えて目的の形
状・寸法とする。この場合、成形素材たる緻密体は拡散
し合わずに混合したままの状態であるので加工性が良（
、円滑な加工が行われることは前述した通りである。

さて、このように所望形状・寸法に加工された緻密体に
最終工程としての拡散熱処理を施せば、緻密体を構成す
る各構成金属同士が容易に十分に拡散し合い、どの部分
を取っても均一な所望比率のＴ１Ｎｉ金属間化合物とな
る。従って、結果として任意形状・任意寸法のＮｉ　−
Ｔｉ形状記憶合金の成形品が容易にかつ安定して得られ
るわけである。

〈発明の効果〉 ここで、本発明の効果の主たるものを挙げると次の通り
である。

（ａ）　　溶解・鋳造法を含む手段のような成分偏析の
問題は皆無である。

（ｂ）　　塑性加工工程中における焼鈍処理回数が非常
に少なくて済む。

（ｃ）　　溶解時の成分歩留りの問題に起因する目的組
成のバラツキ問題は皆無である。

（ｄｌ　　金属粉末を原料とする手段のように、酸素等
のガスを吸着して組成に悪影響を及ぼしたり加工性の劣
化を招いたりすることがない。

（ｅ）　　粉末の混合工程を含む手段のように、局部的
な混合比の乱れに起因して成分組成比不安定を招くよう
な問題がない。

（ｆｌ　　金属粉末を原料とする手段のように、爆発や
ガス吸収に対処する原料取り扱いの困難さがない。

（ｇ）　　工程が簡便で、材料歩留りも高く、製造コス
トが非常に低減される。

ｆｈ）　　例えば押出し製品表面を目的元素以外の材料
でシースすることが可能で、最終製品を複合材料化でき
る。

（１１例えば押出し方法等の選択により種々断面の長尺
製品を得ることが可能である。

ｏ＋　　ｔｃ形原料たる各チップ状細片自体が目的化学
組成比を威しているから（なお、チップ化する前のクラ
フト材におけるクラフト比は酸洗による材料溶解により
容易に制御することが可能である）、製品の何処をとっ
ても特性が一定である。従って、例えば大規模な被加工
塊の予備成形も容易に行え、連続長尺製品の製造が可能
である。

（ｋ）　　積層材製造時に他金属材料の積層をも実施し
て多元化を容易に行うことができ、第三元素の添加制御
が簡単である。

続いて、本発明を実施例に基づいてより具体的に説明す
る。

〈実施例〉 まず、２枚のＴｉ板でＮｉ板を挟んでクラッド圧延し０
．３ｆｉ厚のＴｉ　−Ｎｉ　−Ｔｉ積層板（原子比Ｔｉ
　：　Ｎｉ　＝５０：５０）を作成した。

次に、この積層板から円形チップ（直径１０ｉｍ）を打
ち抜くと共に、打ち抜き後の孔あき積層板を裁断してラ
ンダム形状のチップをも作り、これらをそれぞれ８−２
黄銅製円筒容器（直径４０關）に充填して（充填圧縮は
、圧縮荷重１５ｔにて３分保持）押出し用ビレットとし
た後、冷間押出しく押出し比：５）によって直径１８１
ｍの緻密棒材を得た。

なお、この緻密棒材は、“２枚のＮｉ板でＴｉ板を挟ん
でクラッド圧延したＮｉ　−Ｔｉ　−Ｎｉ積層板チップ
素材”を使用した場合に比較して各チップ素材同士の接
合強度が高いため、抗折力等の強度も十分で、極めて取
り扱いが容易であることも確認された。

次いで、得られた押出し棒材を溝ロール圧延して直径３
１１の線材とした後、焼鈍処理（４５０℃×１５分）し
、更に８−２黄銅製シースを除去して直径９．４ｎの炭
素鋼製筒に詰め替えて溝ロール圧延及び線引き加工によ
り直径０．２Ｒ及び３０ｔｒｍのＴｉ　−Ｎｉ複合体線
材を得た。

続いて、シース材を硝酸で除去し、得られたＴ１Ｎｉ複
合体線材に真空中でＴ１Ｎｉ金属間化合物を生成させる
ための拡散熱処理（８５０℃×８０分）を施した後、更
に真空中にて形状記憶熱処理（４００℃×４０分）を実
施した。

このようにして製造された各Ｔ１Ｎｉ線材について形状
記憶特性を測定したところ、何れの線材も良好な形状記
憶特性を示し、かつ変態温度ＣＭｓ点〉は６５℃である
ことが確認された。

これらの結果から、本発明に係る方法により難加工性Ｔ
ｉ　−Ｎｉ形状記憶合金物品が容易かつ安定に量産され
得ることが明瞭である。

〈効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、工業規模での
量産が困難であった特殊寸法・形状のＴｉ−Ｎｉ形状記
憶合金物品をも簡単容易に安定して大量生産することが
可能となって、それらを適用した機器類の大幅な性能向
上が期待できるなど、産業上極めて有用な効果がもたら
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るＴｉ−Ｎｉ形状記憶合金物品の
製造例を説明した概念図である。 第２図は、従来の粉末混合法の説明図である。 第３図は、従来の液体浸透法の説明図である。 第４図は、従来のジェリーロール法の説明図である。 第５図は、従来のチューブ法の説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｎｉ層を挟んでその両側にＴｉ層を目的組成比率で積層
   した複層材を細片に裁断した後、これを寄せ集めて加圧
   成形により所望形状・寸法とし、次いで拡散熱処理を施
   すことを特徴とする、Ｎｉ−Ｔｉ系形状記憶合金成形品
   の製造方法。