JPH0336225A - 単結晶連鎖組織金属細線およびその製造方法 - 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］ 本発明は多数の単結晶が粒界を接して細線の軸線方向に
連鎖状につながった組織を有しているＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ
系単結晶連鎖組織金属細線およびその製造方法に関する
。

［従来の技術］ Ｃｕ−Ａｌ　−Ｎｉ系合金は、Ｃｕ−１４％Ａｌ−４％
Ｎｉなとの成分て、従来から形状記憶効果および超弾性
効果を有する合金として知られ、形状回復温度とその発
生力を利用し、センサとアクチュエータの機能を同時に
有するデバイスとして利用されている。

しかしながら、このＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ系合金は極めて加
工性の悪い合金であり、従来から冷間伸線による細線ま
たはフィラメントの製造は不可能であるとされていた。

また、この合金の加工性の悪さの原因の一つとして、溶
体化処理により結晶粒が粗大化することが挙げられる。

溶体化処理時の結晶粒粗大化防止するため、Ｔｉが添加
され結晶粒の微細化が図られて、冷間加工性は多少改善
されるが、未だ充分でなく、実際上の細線の製造は困難
である。そこで、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ系合金の金属細線は
熱間加工により製造されていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、熱間加工によって得られるＣｕ−Ａｌ−
Ｎｉ系の金属細線は、細線の横断面の中に多数の結晶粒
が存在する多結晶組織であって、破断伸びが２〜３％で
あり、Ｔｉの添加等で結晶粒を微細化したところでせい
ぜい５〜６％が限度であって、形状記憶効果を利用した
デバイスとしては、適用範囲に制約が伴い、さらに耐久
性の点においても問題があった。

＝３− 本発明はＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ系金属細線の前記のごとき問
題点に鑑みてなされたものであって、破断伸びが優れ形
状記憶効果を利用するデバイスとして適用範囲の広いＣ
ｕ−Ａ１−Ｎｉ系金属細線およびその製造方法を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明者はＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ系金属細線の破断伸びの改
善について鋭意研究を重ね、細線の破断が結晶粒界から
起こることから、多結晶質の細線を単結晶化することを
着想した。−数的に、多結晶質の金属フィラメントを単
結晶化すれば、機械的性質が大いに改善されることが期
待されるからである。

そこで、発明者は金属細線の単結晶化する技術として、
回転するドラム内に形成される回転冷却液層中に合金溶
湯を噴射して金属細線を製造する方法について、多くの
実験を重ねた。その結果、所定の線径以下の金属細線と
することにより、多数の単結晶が粒界を接！７て細線の
軸線方向に連鎖状につながった組織を有している金属細
線の得ら４ れることを見出だして本発明を完成した。また、得られ
た金属細線が多結晶組織であっても、その後の熱処理に
より単結晶化か可能であることを見出だして本発明を完
成した。

本発明のＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ系単結晶連鎖組織金属細線は
、重量比でＡＩ：１１〜１５％、Ｎｉ；１〜５％を含有
し、残部がＣｕである合金からなる金属細線であって、
多数の単結晶が細線の軸線方向に連鎖状につながった組
織を有していることを要旨とする。

また、本発明の第１のＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ系単結晶連鎖組
織金属細線の製造方法は、重量比でＡ１；１１〜１５％
、Ｎ　ｉ　；　１〜５％を含有し、残部Ｃｕからなる合
金を溶融し、回転するドラム内に形成される回転冷却液
層中に前記合金溶湯を噴射し、線径１２０μ輪以下で多
数の単結晶が細線の軸線方向に連鎖状につながった組織
を有する金属細線とすることを要旨とする。

さらに、第２のＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ系単結晶連鎖組織合金
細線の製造方法は、重量比でＡ１．１１〜１５％、Ｎｉ
；１〜５％を含有し、残部Ｃｕからなる合金を溶融し、
回転するドラム内に形成される回転冷却液層中に前記合
金溶湯を噴射し、線径が１２０μｍを越える金属細線と
し、前記金属細線を再結晶温度以上の温度で熱処理する
ことにより多数の単結晶が細線の軸線方向に連鎖状につ
ながった組織を有する金属細線すとることを要旨とする
。

回転するドラム内に形成される回転冷却液層中に合金溶
湯を噴射して金属細線を得る方法は、回転液中紡糸法と
称され、従来から公知である。回転液中紡糸法に使用さ
れる従来の装置を、第１図の正面図および第２図の側断
面図に示す。図において円筒状のドラム１０は、中空の
円筒部１２と、その−側に取り付けられ中心部に円形の
開口部１４を有する冷却液保持用側板１６と、円筒部１
２の他側の全面を覆う閉塞板１８とを一体に形成したも
ので、閉塞板Ｊ８の中心にはモータ２０の出力軸２２が
固定され、ドラｌｘ　１０は高速で回転する。高速で回
転するドラム１０の内周面には冷却液体が供給され、冷
却液体は遠心力により冷却液体層２４を形成する。溶融
金属噴射装置２６は縦型の溶湯加熱炉２８と、溶湯加熱
炉２８の下端に下向きに取り付けられた溶湯噴射ノズル
３０と、溶湯加熱炉２８の上部に取り付けられた溶湯加
圧配管３２からなり、ドラム１０の開口部１４から挿入
され回転ドラム１０の軸線方向に移動できるようになっ
ている。

この回転液中紡糸装置を使用して金属細線を得るには、
ドラム１０を回転して冷却液体を供給してドラム１０の
内周面に遠心力により冷却液体層２４を形成する。次い
で溶湯加熱炉２８に挿入された母合金を溶融し溶融合金
３４とし、溶融金属噴射装置２６をドラム１０の開口部
１４から挿入し、溶湯噴射ノズル３０を冷却液体層２４
の入口端２４ａ上に位置せしめる。次ぎに不活性ガスを
溶湯加圧配管３２に送り込んで溶湯加熱炉２８内の溶融
合金３４の表面を加圧し溶融合金３４を溶湯噴射ノズル
３０より噴射させると同時に溶融金属噴射装置２６は回
転冷却液体層２４の入口端２４ａから興の端２４ｂに向
けてゆっくり移動する。

一 噴射された溶融合金ジェット流３６は冷却液体層２４に
噴出され急冷されて金属細線３８となる。

この方法によって、金属細線３８は連続的に形成されて
、ドラム１０内の回転冷却液体層２４の中に蓄積される
。

本発明が適用されるＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金には、さらに
結晶粒を微細化するため、Ｂ、Ｃｒ、ＺｒまたはＣｅを
少量添加すると良い。まフ、コ、同じ目的で少量のＭｎ
またはＴ１を添加することは差し支えない。Ｃｕ−Ａｌ
−Ｎｉ系合金の溶融温度は、溶融点より５０〜２００℃
高い温度とすることが好ましい。溶融温度が溶融点より
５０℃未満高い温度であると、ノズルが閉塞するおそれ
があり、細線の径が不揃いとなるからであり、溶融点よ
り２００℃を超えると、細線が不連続となり、数珠玉状
となるからである。

本発明において用いられる回転液中紡糸装置のノズル穴
径は０．０５〜０．２０ｍｍとすることが好ましく、溶
湯噴射圧力は１．○１ｃＢｆ／ａｍ’以上とすることが
好ましい。ノズル穴径が０．０５ｍｍ未満８ であると、細線の径か細すぎて切断するためであり、ノ
ズル径が０．２０ｍｍを超えると、冷却速度が不充分と
なり、細線の径が不揃いとなるからである。また、溶湯
噴射圧が１　、０　ｋｇｆ　／　ｃｍ２未満であると、
溶湯が充分に噴射されず細線が不連続となるからである
。

本発明の第１の製造方法において、金属細線の線径を１
２０μｍ以下としたのは、線径が１２０μｍを越えると
、多数の単結晶が粒界を接して細線の軸線方向に連鎖状
につながった単結晶連鎖組織が得られないからである。

また、第２の製造方法において製造された金属細線の熱
処理条件は、８００〜１０００℃の温度の範囲で、２〜
５時間とすることが好ましい。８００℃未満の温度では
、再結晶が起こらないからであり、１０００℃を越える
温度では、液相が出て好ましくないからである。なお、
第２の製造方法ては、金属細線の線径は２００μｍ以下
とすることが好ましい、線径が２００μｍを越えると、
再結晶温度の熱処理で金属細線が単結晶化しないからで
ある。

［作用］ 本発明のＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ系単結晶連鎖組織金属細線は
、多数の単結晶が粒界を接して細線の軸線方向に連鎖状
につながった組織を有しているので、単結晶化により機
械的特性が改良され、金属細線の破断伸びを線径が１０
０Ｊ、ｔ、ｍ程度で７％以上とすることができる。

また、本発明の第１のＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ系単結晶連鎖組
織金属細線の製造方法においては、回転するドラム内に
形成される回転冷却液層中にＣｕＡ１〜Ｎｉ系合金溶湯
を噴射し、線径１２０μｍ以下の金属細線とすることに
より、＠造したままの状態で、多数の単結晶が粒界を接
１〜で細線の軸線方向に連鎖状につながった単結晶連鎖
組織金属細線を製造することができる。

しかして、本発明の第２のＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ系単結晶連
鎖組織金属細線の製造方法においては、回転するドラム
内に形成される回転冷却液層中にＣｕＡｌ−Ｎｉ系合金
溶湯を噴射し、線径が１２０μ鋼を越える金属細線どし
、さらにこの金属細線を再結晶温度以上の温度で熱処理
することにより、多数の単結晶が粒界を接して細線の軸
線方向に連鎖状につながった単結晶連鎖組織金属細線を
製造することができる。

［実施例］ 本発明の好適な実施例について比較例とともに説明１７
、本発明の効果を明らかにする。

（実施例１） 第１図および第２図に示す回転液中紡糸装置を使用して
、ドラム１０を回転して冷却液体として水を供給してド
ラム１０の内周面に遠心力により冷却液体層２４を形成
した。なお、ドラム１０は内径は５００１のものを用い
た。次いで、１２％Ａ１−４％Ｎｉ−２％Ｍｎ−１％Ｔ
ｉのＣｕ−ＡＩ−Ｎ系合金を溶湯加熱炉２８に挿入し、
１１５０℃にて溶融し溶融合金３４とし、溶融金属噴射
装置２６をドラム１０の開口部１４から挿入し、溶湯噴
射ノズル３０を冷却液体層２４の入口端２４ａ上に位置
せしめた。次ぎに不活性ガスを溶湯加圧配管３２に送り
込んで溶湯加熱炉２８内の溶融合金３４の表面を加圧し
溶湯噴射圧力が１　、５　ｋ８／　（！ｍ２になるよう
にし、溶融含金３４を鋳造する金属細線の線径に応じた
ノズル穴径の溶湯噴射ノズル３０より噴射させると同時
に溶融金属噴射装置２６は回転冷却液体層２４の入口端
２４ａがら奥の端２４ｂに向けてゆっくり移動し、第１
表に示す線径の金属細線を得た。得られた金属細線の結
晶組織を調べるとともに、破断伸びについて測定し、得
られた結果を第１表に併せて示した。

第　　　　　１　　　　　表 第１表に示したように、金属細線の線径が１２０μ＋ｎ
以上であっｔ：記号Ａ、ＢおよびＣは結晶組織がいずれ
も多結晶組織であって、破断伸びは３５〜４１％の範囲
であった２、これに比較して金属細線の線径か１２０μ
ｎ以下であった記号Ｄ、ＥおよびＦは、いずれも単結晶
連鎖組織であって、破断伸びは線径１００μＭ程度では
７％以上に改善されており、本発明の効果が確認できた
。

（実施例２） 実施例１で得られた記号Ａ、ＢおよびＣの多結晶組織の
金属細線を、約ＩＱ−″Ｔｏｒｒ以下の真空雰囲気中で
９００℃で３時間熱処理を施した。熱処理後の金属細線
についてその結晶組織と破断伸びについて測定し、結果
を第２表に示した。

第　　　　２　　　　表 第２表に示したように、多結晶組織で得られた金属細線
を熱処理することにより、いずれも単結晶連鎖組織の金
属細線とすることができ、破断伸びも７％以」二に改善
できることが明らかとなった。

［発明の効果］ 本発明のＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ系単結晶連鎖組織金属細線は
、多数の単結晶が粒界を接ｊ７て細線の軸線方向に連鎖
状につながった組織としたので、単結晶化により機械的
特性が改良され、金属細線の破断伸びを線径１００μｍ
において７％以上とすることができる。そのため、破断
伸びが優れ形状記憶効果を利用するデバイスとして適用
範囲が広くかつ耐久性に優れたＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ系金属
細線として極めて有用である。　まｔ：、本発明のＣｕ
Ａｌ−Ｎｉ系単結晶連鎖組織金属細線の製造方法は、回
転するドラム内に形成される回転冷却液層中にＣｕ−Ａ
ｌ−Ｎｉ系合金溶湯を噴射し、線径１２０μｎ以下の金
属細線とする。二とにより、錆遺したままの状態で、多
数の単結晶が粒界を接して細線の軸線方向に連鎖状につ
ながった組織を有している単結晶連鎖組織金属細線を得
ることができる。

また、線径が１２０μｍを越えて多結晶組織である場合
も、再結晶温度以」二の温度で熱処理することにより、
同様に単結晶連鎖組織金属細線を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用される装置の正面図、第２図は同
じく側断面図である。 １０・・・ドラム、２４　・　冷却液体層、２８・・・
溶湯加熱炉、３０　・・溶湯噴射ノズル、３２・・・溶
湯加圧管、３８・・・金属細線＝１５− 第２図 ４ｂ ６ ４ａ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比でＡｌ；１１〜１５％、Ｎｉ；１〜５％を
   含有し、残部がＣｕである合金からなる金属細線であっ
   て、多数の単結晶が細線の軸線方向に連鎖状につながっ
   た組織を有していることを特徴とするＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ
   系単結晶連鎖組織金属細線。
2. （２）重量比でＡｌ；１１〜１５％、Ｎｉ；１〜５％を
   含有し、残部Ｃｕからなる合金を溶融し、回転するドラ
   ム内に形成される回転冷却液層中に前記合金溶湯を噴射
   し、線径１２０μｍ以下で多数の単結晶が細線の軸線方
   向に連鎖状につながった組織を有する金属細線とするこ
   とを特徴とするＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ系単結晶連鎖組織金属
   細線の製造方法。
3. （３）重量比でＡｌ；１１〜１５％、Ｎｉ；１〜５％を
   含有し、残部Ｃｕからなる合金を溶融し、回転するドラ
   ム内に形成される回転冷却液層中に前記合金溶湯を噴射
   し、線径が１２０μｍを越える金属細線とし、前記金属
   細線を再結晶温度以上の温度で熱処理することにより多
   数の単結晶が細線の軸線方向に連鎖状につながった組織
   を有する金属細線すとることを特徴とするＣｕ−Ａｌ−
   Ｎｉ系単結晶連鎖組織金属細線の製造方法。