JPS59104459A - 形状記憶合金材の製造方法 - 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】 発明の分野 この発明は、形状記憶合金材を製造するための方法に間
するものである。

先行技術の説明 近年、Ｎｉ丁１系合金において、可逆性形状記憶効果が
見い出されたく日本金属学会１９８２年春期大会一般講
演概要集ｐ、１０１’）。一般に、形状記憶効果とは、
マルテンサイト変態および逆変態の挙動を利用するもの
であって、低温側で変形した部材を逆変態温度より高温
側に加熱すると、その部材が高温側の記憶されている形
状に戻る現象をいう。一般的には、高温側の形状に戻っ
た部オオを再びマルテンサイトＶ態温度より低温側にま
で冷却した４３２合、低温側の形状は記憶されていない
ので形状回復は見られない。ところが、特定の合金開成
や熱処理条件など成る種の条件下においては、部材がＯ
Ｘｇ測の形状を記憶していて、その部材が高温側から低
温側に冷却されるとその記憶した形゛（ツクに回復する
場合がある。この場合、部材を加熱および冷却すれば、
部材の形状が可逆的に変化することになる。これを可逆
性形状記憶効果または二方向性形状記憶効果と呼んでお
り、Ｑｕ−７’ｎ−７（ｌ系合金ではよく知られている
。なお、高温側から低温側に冷却したとき、部材が高温
側の形状と逆の形状（逆の歪みが発生するような形状）
に変形する場合もある。これは全方位型形状記偲効思と
呼ばれるものであるが、この明細書中で用いられる用語
としての可逆性形状記憶効果にはこの全方位型形状記憶
効果も含まれるものとする。

先に引用された日本金属学会の講演概要では、化学ｍＷ
Ｍ粗成上りＮｉを多く含有する組成となっているＮＩ　
Ｔｌ系合金材の製造、加工および熱処理工程が記述され
ている。その記述された工程を第１図に示す。図示され
るように、上述されたＮｉＴｉ系合金の製造などに係る
工程の数は非常に多いものとなっている。それに加えて
、次に述べるような欠点があった。その欠点は、まず熱
間圧延を行なっていることにある。この熱間圧延は必ず
しも必要なものであるのかどうか今のところ不明である
。しかし、いずれにしても、この熱間圧延を行なうこと
に伴って、鋳造された鋳塊を熱間圧延に先立って再加熱
することが必要となる。これによって、工程の数をさら
に多くしている。また、熱間圧延時には通常部材の表面
が酸化されるものである。その場合、表面酸化物を除去
する必要性が生じ、その結果材料の歩留り率を悪くして
いる。このようなことを生じないようにするためには、
かなり厳格な酸化防止手段が必要とされる。

さらに、従来の合金材製造工程などにおける他の欠点は
、冷間圧延を必要としていることにある。

なぜならば、化学量論組成を越えてＮ１を多く含有して
いる組成のＮｉ　７ｉ系合金は、その冷間加工が栂めて
困難なものである。そのために、冷間圧延時に部材が破
阿するなどの問題が生じ、工業的にもとの冷間圧延工程
の採用は不利なものである。この冷間加工の困ｎ性を解
消するためには、部材の中間軟化処理が多くの回数必要
となる。

さらに、先に引用された日本金属学会の＾演概要におけ
る仙の欠点は、溶体化処Ｎｌおよび水焼入れを必要とす
ることにある。これらの処理は部材表面の酸化を防止す
るため非酸化性の雰囲気中（たとえば、真空中）で行な
われる必要があるが、そのような雰囲気を実現するなら
ば、製造工程にかかるコストが非常に高いものとなり、
工業的に不利な結果をもたらす。

発明の目的 この発明は上述された欠点を解消するためになされたも
のであり、その主たる目的は、製造工程数を大幅に削減
した形状記憶合金材の製造方法を提供することである。

この発明の対量となる合金は、Ｎ１を５０〜５５原子％
含有し、残部がＴｉからなる合金か、または前記Ｔｉも
しくはＮ１の一部がＣｕ、ＡＩ　、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｏ、　
Ｃｒ、ｌｅｅ。

Ｃｏ、希土類を含む群から選ばれた１種以上の元素で置
換された合金である。そして、この発明は、そのような
組成の合金を、その・溶融状態から条または線状に形を
整えながら急冷凝固させる形状記憶合金材の製造方法で
ある。

この発廚の上述の目的およびその他の目的と特徴は、図
面を参照して行なう以下の詳細な説明から一層明らかと
なろう。

実施例の説明 第２図は、この発明を実施するのに用いられる装置の一
例である双ロール法による溶融金属急冷凝固装置を示す
図である。図において、今、Ｎｉ過多のＮｉＴｉ系合金
は、溶融状態で容器１の中に蓄えられている。容器１の
底部には図では明らかにされていないがスリットが設け
られでいる。

容器１に蓄えられた溶湧は、たとえば上方からガスによ
って圧力を与えられることによって、このスリットから
流出し、容器１の下方に配置されている回転ロール２お
よび３の間に落下する。そして、溶湯はロール２および
３に接触することによって急冷され凝固する。ロール２
は矢印Ａで示す方向に回転し、そしてロール３は矢印Ｂ
で示す方向に回転している。したがって、合金は凝固す
ると同時に、矢印Ｃで示す方向へ順に送られることにな
る。こうして、合金は条または線状に連続して製造され
る。このように製造された条または線の厚さまたは線径
は、好ましくは０．５Ｃ１１以下である。なぜならば、
冷却方法にもよるが、一般的には条または線の厚さまた
は線径が０．５１１１０１を越えるならば、溶融状態の
合金を均一な組成のままで凝固することが困難となり、
その結果形状記憶特性に悪影響を及ぼすことがあるから
である。特に、可逆性形状記憶特性にその悪影響が大き
いようである。

可逆性形状記憶効果を有する形状記憶合金の場合、上述
のように溶融状態から急冷凝固して得られた条または線
は、その後可逆性形状記憶効果を生じさせるために拘束
時効処理がなされる。すなわち、急冷〃Ｅ固して得られ
た条または線は以下のように処理される。まず、その合
金材は歪みが発生するように変形され、その後その変形
された状態が固定されたままで、３００℃〜６００℃の
温度範囲で加熱される。ここで、加熱温度範囲を３００
℃〜６００℃と限定したのは、以下の理由による。すな
わち、もし３００℃未満の加熱温度であるならば、形状
記憶合金の可逆的効果が発揮されにくく、また６００℃
を越える加熱温度であるならば、形状の回復力が低下し
かつ可逆性も劣ることになるからである。加熱温度が高
ければ加熱四門は短いものとなるが、経験的には６００
℃の加熱渇■Ｉで少なくとも３分間の加熱時間を必要と
夛る。

合金材の強度を向上させるために、前述の拘束特効処理
に先立って、減面率が５０％までの冷間加工を行なって
もよい。

以上の説明から明らかであるように、この発明に従った
製造方法ではその製造にかかる工程数が非常に少ないも
のとなる。可逆性形状記憶効果効果を有する形状記憶合
金を例にとれば、その製造工程は第３図に示されるよう
になる。括弧内に示される冷間圧延工程は任意の工程で
ある。先に用いられた第１図に示される工程は、同じく
可逆性形状記憶効果を有する形状記憶合金材の従来の製
造方法であるが、この第１図と第３図とを比較すれば、
この発明に従った製造方法はいかにその工程数を削減し
ているかが明らかとなろう。

前述したように、この発明の対客となる合金は、Ｎｉを
５０〜５５原子％含有し、残部がＴ１からなる合金か、
または前記ＴｉもしくはＮ１の一部がＣ１ｌ　、、ＡＩ
　、Ｖ、Ｚｒ　、ＭＯ，Ｃｒ　、Ｆｅ　。

Ｃｏ、希土類を含む群から選ばれた１種以上の元素で置
換された合金である。Ｎｉを５０〜５５原子％の範囲で
限定したのは、以下の理由による。

すなわち、Ｎｉが５０原子％（Ｎｉ　Ｔｉ　２元系の場
合約５５重量％に相当）未満であるならば、可逆性形状
記憶効果が発生し難いからであり、■たＮｉが５５原子
％を越えて含有されるならば、形状記憶効果が発生し￥
「いからである。

以上の説明では可逆性形状記憶効果を有する形状記憶合
金を意図していたが、そのような可逆性を有しない形状
記憶合金の場合でもこの発明に従った製造方法は利用さ
れる。その場合には、前述された拘束時効処理は不要と
なろう。

なお、上述された説明では、溶融状態の合金を急冷凝固
させるのに双ロール法が用いられたが、その他の方法、
たとえば単ロール法、回転水中紡糸法またはテーラ−法
などの方法が採用されてもよい。

発明の効果 以上のよ−）に、この発明によれば、Ｎ１過多のＮｉ　
丁１系合金を、その溶融状態から条または線状に形を繋
λながら急冷開園させる製造方法であるので、製造・に
ががる工程数を大幅に削減することができる。また、そ
れに伴い材料の歩留り率が向上する。このように、この
発明に従えば、工程数が大幅に削減され、かつ歩留り率
が向上するので、形状記憶合金材の％ＩＪ造コス１−の
低減化を計ることができる。

また、この発明に従った製造方法は、通常、冷間加工を
必要としないので、ｎ冷間加工性の組成となっている合
金に対して適用しても不利な問題を生じさせない。

さらに、従来の製造方法と比較して、加熱工程が少ない
ので、酸化による形状記憶の特性の劣化を防止すること
ができる。このことは、特に可逆性形状記憶効果を有す
る形状記憶合金材に当てはまることである。また、その
ような合金材の場合、従来は高温の溶体化処理が必要と
されていたが、この発明に従った製造方法によれば、Ｎ
ｉ過多のＮｉ　Ｔｉ系金属を急冷凝固させるので容易に
過飽和固溶体が得られ、そのような処理を必要としない
。

このような特有な効果を秦するこの発明に従って製造さ
れた製品は、バイメタル、感温素子、感温スイッチ、各
種アクチユエータ、ロボットの駆動部材などに有効に利
用され得る。

友ｍｍ二 Ｎｉ　５１原子％、残部ＴｉよりなるＮｉ　Ｔ１合金を
、第２図に示されるような双ロール式溶欄急冷装置を用
いて、その溶融状態から急冷凝固させて厚さ約０．ｉｍ
ｍおよび幅ＩＱＲｕａの条とした。その後、その条を直
径２０ＩＩ１ｍの円筒上に１周巻ぎ付け、ステンレス線
でそれを縛り固定した。その後、その固定したままの状
態で、それを４５０℃にて１峙間拘束１−た状態で加熱
した。このときの部材の形状を第４図（ａ　）に示す。

この部材の拘束を除去した後、その部材を室温に置くと
第４図（ｂ）に示す形状となった。

さらに、この部材を１００℃の渦中に浸すと、第４図（
Ｃ＞に示す形状となった。この（Ｃ）に示される形状は
、部材が拘束されているときの形状と同じである。

さらに、（Ｃ）で示される形状となっている部材を、室
温に戻すと、（ｂ）に示される形状に再び戻った。さら
に繰返して、室温と１００℃との間を繰返し加熱冷却す
ると（ｂ）および＜ａ　＞に示される形状を繰返し現わ
した。

叉」Ｌ泗」し Ｎｉ　５１原子％、ｌ：ｅｏ、１原子％、残部Ｔ１より
なるＮｉＴｉ　Ｆｅ合金を、実施例１と同様に、その溶
融状態から急冷凝固させて、厚さ約０．１５１！１ｍお
よび幅ｉＱ＋ｎｍの条とした。その後引き続いて、その
条を冷間にて０．１１１ＩＩＩｌまで圧延した後、直径
２５ｍｍの石英円筒上に１周巻き付けそれをステンレス
線で固定した。その後、その部材を固定した状態のまま
で４００℃にて２時間加熱処哩した。このときの拘束さ
れている状態の部材の形状を第５図（ａ　）に示す。

この部材の拘束を除去した後、その部材を室温にｒくと
、（ｂ）に示す形状となり、１００’Ｃの渦中に置くと
（Ｃ）に示す形状となり、さらに液体窒素中に置くと（
ｄ）に示す形状となった。そして、さらにこの室温、ｉ
ｏｏ’ｃ湯中および液体窪累瀉度の間を適当に循環させ
て部材を置いたところ、＜ｂ＞、（Ｃ）および（ｄ）に
示す形状を可逆的に示した。つまり、いわゆる全方位型
形状記憶合金の挙動を示した。

【図面の簡単な説明】

第１因は、日本全屈学会１９８２年春期大会講演ａ要に
記載されているＮｉ過多のＮｉ　Ｔｉ系合金の製造工程
を示す図である。第２図は、この発明を実ＲＮ　するの
に用いられる装置の一例である双ロール法による溶融金
属急冷沿面装置を示す図である。第３図は、この発明に
従った製造工程を示す図である。第４図は、この発明の
実施例１を説明するための図であり、この発明に従った
製造方法によって製造された部材の形状の変化を示して
いる。第５図は、この発明の実施例２を説明するための
図であり、この発明に従って製造された部材の形状の変
化を示す図である。 図において、１は溶融金属を蓄える容器、２および３は
回転ロールを示す。 特許出願人　住友電気工築株式会社　　１．、、代　　
理　　人　　弁理士　　深　　見　　久　　部、“゛り
（ほか２名＞　　　−、−′ 第４図 （ａ）　　　　　　（ｂ） 第５図 （ａ） （ｂ） （Ｃ） （Ｃ） １ （ｄ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　Ｎ＋を５０〜５５原子％含有し、残部がＴ１
   からなる合金か、または前記Ｔ１もしくはＮｉの一部が
   ＣＵ　、　ＡＩ　、　Ｖ、　Ｚｒ　Ｉ　ＭＯ、Ｃｒ　。 Ｆｅ　、　ＣＯ、希土類を含む群から選ばれた１種以上
   の元素で置換された合金を、その溶融状態から条または
   綿状に形を整えながら急冷凝固させる、形状記憶合金材
   の製造方法。
2. （２）　前記糸の厚さまたは前記線の線径は、０．５ｍ
   ｍｇ、下である、特許請求の範囲第１項記載の形状記憶
   合金材の製造方法。
3. （３）　前記合金は、条または線状に形を整えながら急
   冷凝固された後、歪みが発生するように変形され、さら
   にその後、その変形された状態が固定されたままで、３
   ００℃〜６００℃の温度範囲で加熱される、特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の形状記憶合金材の製造方
   法。
4. （４）　前記合金は、条また線状に形を整えなうがら急
   冷凝固された後、減面率５０％までの冷間加工が施され
   、その後 歪みが発生するように変形され、引き続き、その変形さ
   れた状態が固定されたままで、３００℃〜６００℃の温
   度範囲で加熱される、特許請求の範囲Ｍ１項または第２
   項記載の形状記憶合金材の製造方法。