JPH04235241A - Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系形状記憶合金材及びその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加工性を改善したＣｕ−
Ｚｎ−Ａｌ系形状記憶合金材及びその製造方法に関する
。

【０００２】

【従来の技術】形状記憶合金としては、Ｔｉ−Ｚｎ合金
等のＴｉ系のものと、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金等のＣｕ系
のものとがある。このＴｉ系の形状記憶合金は多少の冷
間加工が可能なため、この特性によって現在実用化され
ているが、材料コストが高く、その用途が限定されてし
まうという難点がある。これに対し、Ｃｕ系の形状記憶
合金は構成する材料素材が低廉であり、Ｔｉ−Ｚｎ合金
と同等の形状記憶特性を有するものの、冷間加工が実質
的にできないため、工業的な実用化が進んでいないとい
う欠点がある。

【０００３】Ｃｕ系形状記憶合金の冷間加工が殆どでき
ない原因としては、本質的にＺｎ−Ｔｉ系に比べて結晶
構造が複雑なため、すべり変形が生じにくい上に、結晶
粒が粗大化しやすいからであると考えられている。そこ
で、この結晶粒の粗大化を防止するために、Ｃｕ系形状
記憶合金にＢ又はＢ及びＣｒ等の遷移金属を添加する方
法（特開昭６０−７７９４７）、Ｍｎ及びＴｉを添加す
る方法（特開昭６１−３０６４３）、Ｙ又は希土類元素
を添加する方法（特開昭６３−２８９７４）等のように
、結晶粒の粗大化を抑制する作用を有する元素を少量添
加する技術が提案されている。また、合金を溶製し、こ
れを凝固させた後、粉砕し、得られた粉末を焼結する粉
末焼結法により製造する方法（特開昭６０−１８７６４
８）も提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来方法は、加工性の改善という点では必ずしも十分
な効果を奏しているとはいえない。即ち、実用的には未
だ加工性は十分ではなく、所望の形状の製品を得るため
には、多数の工程が必要である。このため、量産化が困
難であり、製造コストが高くなるため、構成材料のコス
トが低廉であるというＣｕ系形状記憶合金の特長を生か
すことができない。

【０００５】なお、冷間加工性がＣｕ系形状記憶合金に
比して優れているＴｉ−Ｚｎ系合金の製造方法として特
開昭６２−１２０４６７に開示されたものがある。この
方法はＮｂ３　Ｓｎ又はＮｂＴｉ等の超電導材料の線材
化技術を応用したものである。先ず、Ｔｉ−Ｚｎ合金の
構成元素であるＴｉ及びＺｎの各金属は加工性が良いの
で、これを線材化し、複数本の線材を所定の組成になる
ように束ねて複合化する。次いで、この複合化した線材
を冷間加工により細線化し、更に必要に応じて複合化及
び冷間加工を繰り返すことにより、所望の形状に加工す
る。その後、各線材を構成する金属の融点以下の温度で
ある７００乃至１１００℃の温度に加熱して固相での拡
散処理を施す。これにより、所望の組成の合金を得るこ
とができる。

【０００６】この従来のＴｉ−Ｚｎ系合金の製造方法に
おいては、溶解法の欠点である酸化物の生成による合金
内部の組成の不均一が抑制され、均質な組成の合金を得
ることができると共に、形状及び寸法を任意に設定する
ことができるとされている。しかしながら、この方法は
Ｔｉ−Ｚｎ系合金の製造には適しているものの、Ｃｕ系
合金に対してはこの従来の製造方法を適用しても、所望
の特性の形状記憶合金を得ることはできない。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、結晶粒の粗大化及び難加工性の問題点が解
消され、量産化が可能な低廉のＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ系形状
記憶合金材及びこのＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ系形状記憶合金材
を容易に製造することができる製造方法を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るＣｕ−Ｚｎ
−Ａｌ系形状記憶合金材は、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌの構成成
分の少なくとも１種が溶融する温度で拡散処理して均質
化されたことを特徴とする。

【０００９】また、本発明に係るＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ系形
状記憶合金材の製造方法は、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌの構成成
分を含む金属又は合金の素材を所定の組成に組み合わせ
、その金属又は合金の素材の少なくとも１種が溶融する
温度で熱処理することを特徴とする。

【００１０】

【作用】前述の如く、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系形状記憶合金
材を最終合金組成の状態で加工することは極めて困難で
あるので、本発明においては、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金を
構成する金属又は合金であって加工性が良い素材を組み
合わせ、この素材の状態で所定の形状に加工する。そし
て、前記素材の少なくとも１種が溶融する温度で熱処理
する。これにより、前記素材の成分が液相拡散して速や
かに均質化され、極めて均質なＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ系合金
が得られる。また、加工性が良い素材の状態でばね等の
最終使用形状に成形するので、最終組成の合金としては
加工性が悪いものであっても、容易に所望の形状に成形
することができる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例について、添付の図面
を参照して具体的に説明する。

【００１２】先ず、複数本のＡｌ線とＣｕ線とをＣｕ−
Ｚｎ製パイプ内に挿入する。この場合に、Ａｌ線をＣｕ
−Ｚｎパイプの中心から放射状に並ぶように配置し、Ｃ
ｕ線をこのＡｌ線の間に充填していく。これにより、後
述する熱処理時に、Ｃｕ、Ａｌ及びＺｎが均質に分散し
やすくなる。また、Ａｌ線、Ｃｕ線及びＣｕ−Ｚｎパイ
プの配合比は所望のＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ系合金の組成、例
えば、Ｃｕ；７４重量％、Ａｌ；　６重量％、Ｚｎ；２
０重量％になるようにする。

【００１３】次いで、このようにして束ねた素線、即ち
単体金属線及び合金線の集合体を伸線加工する。これに
より、図１に示すように、Ａｌ部分１とＣｕ部分２とが
Ｃｕ−Ｚｎ外層部分３内に偏在している素線４が得られ
る。

【００１４】次いで、この多数の素線４を、Ｃｕパイプ
内に挿入し、再度伸線加工する。この素線の集合及び伸
線加工を必要に応じて複数回繰り返し、図２に示すよう
に、所定径（例えば、　０．９ｍｍ）の線材５を得る。 この線材５はＡｌ部分とＣｕ部分とがＣｕ−Ｚｎ合金外
層部分内に点在しているものである。

【００１５】その後、この線材５をＡｌの融点以上の温
度に加熱して熱処理する。これにより、構成成分のＡｌ
部分が溶融し、Ａｌが液相となって極めて速やかに拡散
する。このようにして、Ｃｕ，Ａｌ，Ｚｎが均質に分散
した所定組成のＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金線が得られる。

【００１６】なお、冷間伸線加工の替わりに、集束線材
を冷間で板状に圧延することにより、板状のＣｕ−Ｚｎ
−Ａｌ系形状記憶合金線を得ることができる。また、素
材としては、上記実施例のように線材状のものに限らず
、例えば粉末状のものであってもよい。

【００１７】次に、本発明方法によりＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ
系形状記憶合金を製造した試験結果について、その比較
例と比較して説明する。下記第１表は、本発明が規定し
た条件で製造した実施例合金と、本発明から外れる条件
で製造した比較例合金とについて、組成、熱処理条件、
形状記憶特性のＭＳ　点及び強度のσＢ　（引張強さ）
を示す。

【００１８】Ａｌの融点である６６０　℃以上の温度で
熱処理した場合には、最も短いものでは０．５　時間以
内の極めて短時間の熱処理で均質なＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合
金が得られ、優れた形状記憶特性を示した。これに対し
、熱処理温度が　６００℃以下の場合には、拡散が不十
分で成分が均一にならない。このため、形状記憶特性が
得られなかった。

【００１９】

【表１】 図３は比較例３、即ち熱処理温度が　６００℃の場合に
おける熱処理後の線材断面をＥＰＭＡ分析した結果を示
す。 また、図４は実施例における線材断面のＥＰＭＡ分析結
果を示す。

【００２０】図３に示すように、熱処理温度が　６００
℃と低い場合には、構成成分が偏在し、均一な組織にな
っていないことがわかる。一方、図４に示すように、熱
処理温度が　７００℃とＡｌの融点より高い場合には、
速やかに液相拡散して全領域で均一な組織になっている
ことがわかる。

【００２１】図５は実施例２の合金の組織を撮影倍率を
１４０　倍に上げて示すものである。この図５に示すよ
うに、実施例２の合金の組成は粒径が２０乃至５０μｍ
に細粒化している。これに対し、従来の製造方法の場合
には、粒径が　１００μｍ以上であるため、加工性及び
成形性が極めて悪い。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金
の構成成分の少なくとも１種が溶融する温度で熱処理す
るから、この構成成分が液相拡散し、極めて速やかに均
質な組織が得られる。一方、所定の形状及び寸法への加
工は、各構成成分の単体金属又は合金素線の状態で行う
から、容易に且つ製造設備の格別の複雑化をもたらすこ
となく製造することができる。従って、本発明により本
来低廉なＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ系形状記憶合金を低製造コス
トで工業的に製造することができ、量産化が可能で低廉
なＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金の大量供給が可能である。これ
により、本発明は形状記憶合金の用途の拡大に貢献する
等、多大の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　伸線加工後の線材断面を示す図である。

【図２】　　複数回伸線加工した後の線材断面を示す図
である。

【図３】　　比較例材の熱処理後の線材断面をＥＰＭＡ
により分析した結果を示す図である。

【図４】　　実施例材の熱処理後の線材断面をＥＰＭＡ
により分析した結果を示す図である。

【図５】　　実施例合金の組織を示す図（１４０倍）で
ある。

【符号の説明】

１；Ａｌ部分 ２；Ｃｕ部分 ３；Ｃｕ−Ｚｎ外層部分 ４；素線 ５；線材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌの構成成分の少なくとも
   １種が溶融する温度で拡散処理して均質化されたことを
   特徴とするＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ系形状記憶合金材。
2. 【請求項２】Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌの構成成分を含む金属又
   は合金の素材を所定の組成に組み合わせ、その金属又は
   合金の素材の少なくとも１種が溶融する温度で熱処理す
   ることを特徴とするＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ系形状記憶合金材
   の製造方法。
3. 【請求項３】Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌの構成成分を含む金属又
   は合金の素線を所定の組成に組み合わせて束ね、所定の
   径に伸線加工した後、その金属又は合金の素材の少なく
   とも１種が溶融する温度で熱処理することを特徴とする
   Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系形状記憶合金材の製造方法。
4. 【請求項４】前記熱処理の温度は５００℃以上であるこ
   とを特徴とする請求項２又は３に記載のＣｕ−Ｚｎ−Ａ
   ｌ系形状記憶合金材の製造方法。