JPH101763A - ニッケルチタン合金材の製造方法 - Google Patents

ニッケルチタン合金材の製造方法

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JPH101763A
JPH101763A JP15265696A JP15265696A JPH101763A JP H101763 A JPH101763 A JP H101763A JP 15265696 A JP15265696 A JP 15265696A JP 15265696 A JP15265696 A JP 15265696A JP H101763 A JPH101763 A JP H101763A
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JP
Japan
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nickel
titanium
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laminated composite
titanium alloy
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JP15265696A
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English (en)
Inventor
Kazuhiko Nakagawa
和彦 中川
Tsutomu Yamanaka
務 山中
Genzo Iwaki
源三 岩城
Shuji Sakai
修二 酒井
Morio Kimura
守男 木村
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ニッケルチタン合金材にあって、その変態点
の安定化が図れ、加工効率の向上及びローコスト化が図
れるようにする。 【解決手段】 ニッケル又はチタンの芯材の表面にニッ
ケルとチタンのシート材を積層状態に密巻きして積層複
合体を形成し(処理101)、前記積層複合体の表面に
銅層を設け(処理102)、前記積層複合体の厚みが所
定値になるまで減面加工し(処理103)、前記銅層を
除去し(処理104)、所定の温度で拡散加熱し(処理
105)、冷間加工を施し(処理106)、所定の温度
で時効熱処理を行う(処理107)ことにより、従来の
溶解方法に比べてNi及びTiの損失がなくなり、製品
状態の組成は当初に予定した組成からずれることがな
い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超弾性効果を含む
形状記憶効果を有するニッケルチタン合金材に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】ニッケルチタン(Ni−Ti)合金材は
形状記憶合金の1つであり、耐食性、耐使用回数、耐久
性等に優れた合金材として知られている。ニッケルチタ
ン合金材は、従来より、パイプ継手、超弾性効果を利用
した携帯電話のアンテナ材などに使用されている。ニッ
ケルチタン合金材の従来の製造方法は、スポンジチタン
とニッケルとを真空中でアーク溶解し、これにより得ら
れた鋳塊を熱間加工した後、焼鈍と冷間加工を繰り返
し、所望のサイズに加工するものであり、例えば、特願
昭57−43365号、「塑性と加工」(日本塑性加工
学会誌、第29巻、第326号(1988年))に具体
的な開示がなされている。例えば、特願昭57−433
65号に示される超弾性材では、熱間加工した後の材料
を冷間加工率20%以上で加工し、250℃以上の温度
で再結晶させずに加熱することにより製造している。
【0003】ニッケルチタン合金材は、高温の状態では
母相のオーステナイト相(A相)であるが、冷却すると
或る温度で相変態し、マルテンサイト相(M相)にな
る。M相の状態で外力を受けると、見かけ上変形する
が、その後加熱して再びA相に逆変態する温度まで上昇
させると、それまで変形していた材料は元の形状に戻っ
てしまう。これが形状記憶効果である。A相から冷却し
たときにM相に変態する温度がマルテン変態点(M点)
とよばれ、逆に、M相からA相に逆変態する温度がオー
ステナイト変態点(A点)と呼ばれる。ニッケルチタン
合金材のM点は、合金組成に大きく依存することが知ら
れているので、鋳造工程では溶解作業中にサンプル抽出
して分析し、変態温度補正用の合金元素を添加すること
が行われている。また、冷間加工では急激な加工硬化を
示すため、目的サイズによっては焼鈍を多く行わなけれ
ばならない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のニッケ
ルチタン合金材の製造方法によると、ニッケルチタン材
は超弾性効果を示し、冷間加工では非常に強いスプリン
グバックを示すうえ、難加工材であるため、冷間加工に
おける焼鈍間加工度も10%程度しかとれず、銅材など
に比べると加工効率は非常に低く、所望サイズの小さい
製品では総加工度が大きくなる。このため、焼鈍回数が
増し、結果的に加工費用が増大する。
【0005】また、ニッケルチタン合金の鋳塊を得るに
は、溶解作業において酸化等による消耗で所定の組成か
らずれる恐れがある。このため、溶解中に溶湯をサンプ
リングし、変態点を測定した後、当初予定していた変態
点に補正するために合金元素の添加等を行う必要があ
る。このように、変態点の組成依存性が強いこと、及び
急激な加工硬度を示すことから、ニッケルチタン合金材
は非常に高価な合金材になっており、実用性が阻まれて
いる。
【0006】そこで本発明は、ニッケルチタン合金材の
変態点の安定化が図れ、加工効率の向上及びローコスト
化が可能なニッケルチタン合金材の製造方法を提供する
ことを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、ニッケル又はチタンの芯材の表面にニ
ッケルとチタンのシート材を積層状態に密巻きして積層
複合体を形成し、必要に応じて前記積層複合体の表面に
銅層を設け、前記積層複合体の厚みが所定値になるまで
減面加工し、前記銅層が設けられた時には該銅層を除去
し、所定の温度で拡散加熱し、冷間加工を施し、所定の
温度で時効熱処理を行う製造方法にしている。
【0008】この方法によれば、積層複合体が所定の厚
みになるように減面した後、拡散加熱を施すので、従来
の溶解方法に比べてNi及びTiの損失がなく、当初に
予定した組成から製品状態の組成がずれないようにする
ことができる。前記ニッケル及びチタンのシート材は、
再結晶温度より高い温度による熱処理を予め施すことが
できる。
【0009】この方法によれば、予め積層複合体に用い
るニッケル及びチタンのシート材を高温で熱処理してお
くことにより、拡散加熱後のボイドの発生数の低減及び
サイズを小さくでき、ボイドの跡が残らないようにする
ことができ、製品状態での曲げの繰り返し特性等の耐久
性を向上させることができる。前記銅層は、10kgf
/mm2 以上の引張強度を持つ銅以外の金属材を用いる
ことができる。
【0010】この方法によれば、焼鈍状態で10kgf
/mm2 以上の引張強度を有していれば、銅でなくとも
減面加工時の焼き付きを防止することができる。前記ニ
ッケルチタン合金材は、原子%でNiが49.0〜5
1.5%、残部がTiの組成が望ましい。この方法によ
れば、パイプ継手、携帯電話のアンテナ材等に適した耐
食性、耐使用回数、耐久性等が得られる組成を得ること
ができる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は本発明によるニッケルチタ
ン合金材の製造方法を示すフローチャートであり、図2
は本発明方法により製造されるニッケルチタン合金線の
途中工程における断面図である。まず、芯棒1にはニッ
ケル棒またはチタン棒が用いられる。この芯棒1の表面
にはニッケルシートとチタンシートを積層密巻きして積
層複合体2が形成される(処理101)。この積層複合
体2のニッケルシート及びチタンシートは、予めその再
結晶温度よりも100〜600℃高い温度で高温熱処理
されている。そして、積層複合体2は、予め製造目標組
成(パイプ継手、携帯電話のアンテナ材等に適した耐食
性、耐使用回数、耐久性等が得られる組成、具体的に
は、原子%でNiが49.0〜51.5%で残部がT
i)に見合うシート板厚の材料を用い、芯棒1に見合う
値にする。また、積層回数は芯棒1の太さに見合ったも
のにする。
【0012】積層複合体2を形成した後、この積層複合
体2の表面にCu層3が形成される(処理102)。C
u層3は、積層複合体2を減面加工する際、工具との焼
き付きを防止し、加工を容易にするために設けられる。
更に、引き抜き等により減面加工(例えば、ニッケル又
はチタンのいずれかの膜厚が0.005mm以下になる
まで)が施される(処理103)。この減面加工の後、
Cu層3が除去され(処理104)、ついで、拡散加熱
処理(例えば、600〜1100℃)が施される(処理
105)。更に、拡散加熱処理時に発生したボイドを消
失させるために、例えば減面率5%以上による冷間加工
を施し(処理106)た後、例えば200〜600℃に
よる時効熱処理が施される(処理107)。以上によ
り、超弾性を含む形状記憶効果を持つニッケルチタン合
金線材を得ることができる。
【0013】ここで、減面加工を行う理由について説明
する。拡散加熱後の状態では、材料の拡散のために多数
のボイド(カーケンダルボイド)が発生する。このボイ
ドは製品状態でのニッケルチタン材において材料内部の
欠陥になるため、曲げを繰り返し受けるような用途では
耐久性を著しく低下させる。そこで、ボイドを消滅させ
るために減面加工を行っている。このボイドの消滅によ
り、製品状態での曲げの繰り返し特性等の耐久性が向上
する。
【0014】ニッケルシート及びチタンシートを単に積
層した状態で加熱してもニッケルチタン合金材を生成す
ることは可能であるが、積層材全量を均一な合金にする
ことは困難である。その理由は、個体拡散による合金化
であるため、積層したシートの板厚方向に拡散が進行
し、板厚方向での濃度の不均一が生じないようにしなけ
ればならないからである。ニッケルチタン系で生成され
る可能性のある金属間化合物は、目的とする化合物も含
めて3種類有り、目的の化合物以外は脆い性質があり、
塑性加工できないことが知られている。したがって、減
面加工をしないために、拡散加熱処理の過程でシートの
板厚方向に濃度の不均一が生じれば、化合物以外の化合
物を生成してしまい、結果的に製造した線材が形状記憶
効果を発揮することはおろか、曲げに対して非常に弱
く、使用に耐えられない恐れがある。
【0015】以上のように、本発明によれば、従来の溶
解法では得られなかった製品状態での組成の安定性が得
られるため、変態温度の安定をもたらし、当初予定した
組成から製品状態の組成のずれを無くすることができ
る。これにより、加工効率の向上及びローコスト化が可
能なニッケルチタン合金材を得ることができる。
【0016】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。 (実施例1)芯棒1に線径4mmのチタン棒を用い、板
厚0.1mmの工業用純ニッケルシートと板厚0.15
4mmの工業用純チタンシートを重ね巻きして積層複合
体2を形成した。この積層複合体2は、ニッケル、チタ
ン共に予め900℃で高温熱処理を施した。工業用純銅
管に組み入れしたものを減面加工し、チタンシート間距
離が0.005mmになるようにした後、硝酸で銅管部
を除去した。その後、900℃×1時間の加熱を行っ
た。この加熱により発生したボイドを消失させるため、
15%の減面加工を行い400℃×1時間の時効加熱を
行った。得られた線材のA5 点を測定したところ、3
0.1℃であった。
【0017】(実施例2)芯棒1に線径4mmのチタン
棒を用い、板厚0.1mmの工業用純ニッケルシートと
板厚0.16mmの工業用純チタンシートを重ね巻きし
て積層複合体2を形成した。この積層複合体2は、ニッ
ケル、チタン共に予め900℃で高温熱処理を施した。
工業用純銅管に組み入れしたものを減面加工し、チタン
シート間距離が0.005mmになるようにした後、硝
酸で銅管部を除去した。その後、900℃×1時間の加
熱を行った。この加熱により発生したボイドを消失させ
るため、15%の減面加工を行い400℃×1時間の時
効加熱を行った。得られた線材のA5 点を測定したとこ
ろ、66.0℃であった。
【0018】(実施例3)芯棒1に線径4mmのチタン
棒を用い、板厚0.1mmの工業用純ニッケルシートと
板厚0.167mmの工業用純チタンシートを重ね巻き
して積層複合体2を形成した。この積層複合体2は、ニ
ッケル、チタン共に予め900℃で高温熱処理を施し
た。工業用純銅管に組み入れしたものを減面加工し、チ
タンシート間距離が0.005mmになるようにした
後、硝酸で銅管部を除去した。その後、900℃×1時
間の加熱を行った。この加熱により発生したボイドを消
失させるため、15%の減面加工を行い400℃×1時
間の時効加熱を行った。得られた線材のA5 点を測定し
たところ、102.7℃であった。
【0019】なお、工程途中での減面加工を伸線ではな
く、圧延にすることもできる。こうすれば、線材ではな
く、板材を製造することができる。また、Cu層3に代
えて他の金属材料を用いることもできる。この場合、焼
鈍状態で10kgf/mm2 以上の引っ張り強度を有す
る金属材料であればよい。或いは、Cu層3を用いない
こともできる。例えば、潤滑剤等のように焼き付きを防
止できるものを用いればよい。
【0020】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明は、芯材の表
面にニッケルとチタンのシート材を積層状態に密巻きに
して形成した積層複合体の厚みが所定値になるまで減面
加工する工程、所定の温度で拡散加熱し、冷間加工を施
し、所定の温度で時効熱処理を行う工程を含む製造方法
にしたので、従来の溶解方法に比べてNi及びTiの損
失がなく、当初に予定した組成から製品状態の組成がず
れないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明におけるニッケルチタン合金材の製造方
法を示すフローチャートである。
【図2】本発明方法により製造されるニッケルチタン合
金線の途中工程における断面図である。
【符号の説明】
1 芯棒 2 積層複合体 3 Cu層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 修二 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社システムマテリアル研究所内 (72)発明者 木村 守男 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社システムマテリアル研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ニッケル又はチタンの芯材の表面にニッケ
    ルとチタンのシート材を積層状態に密巻きして積層複合
    体を形成し、 必要に応じて前記積層複合体の表面に銅層を設け、 前記積層複合体の厚みが所定値になるまで減面加工し、 前記銅層が設けられた時には該銅層を除去し、 所定の温度で拡散加熱し、 冷間加工を施し、 所定の温度で時効熱処理を行うことを特徴とするニッケ
    ルチタン合金材の製造方法。
  2. 【請求項2】前記ニッケルおよびチタンのシート材は、
    再結晶温度より高い温度による熱処理が予め施されるこ
    とを特徴とする請求項1記載のニッケルチタン合金材の
    製造方法。
  3. 【請求項3】前記銅層は、10kgf/mm2 以上の引
    張強度を持つ銅以外の金属材を用いることを特徴とする
    請求項1記載のニッケルチタン合金材の製造方法。
  4. 【請求項4】前記ニッケルチタン合金材は、原子%でN
    iが49.0〜51.5%、残部がTiの組成であるこ
    とを特徴とする請求項1記載のニッケルチタン合金材の
    製造方法。
JP15265696A 1996-06-13 1996-06-13 ニッケルチタン合金材の製造方法 Pending JPH101763A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007501919A (ja) * 2003-08-12 2007-02-01 フエデラル―モーグル・ウイースバーデン・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング 軸受け用積層複合体材料、その製造および用途
US7354460B2 (en) * 2002-06-10 2008-04-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for manufacturing core material for electrode plate and method for manufacturing alkaline storage battery
CN114657487A (zh) * 2022-03-29 2022-06-24 西北有色金属研究院 一种镍钛合金齿轮的制备方法

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