JPS62211334A

JPS62211334A - 機能合金およびその製造方法

Info

Publication number: JPS62211334A
Application number: JP61055900A
Authority: JP
Inventors: Soji Toshino; 稔野　宗次; Kazuyuki Enami; 江南　和幸; Kazuhiko Hayashi; 和彦林
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1986-03-12
Filing date: 1986-03-12
Publication date: 1987-09-17
Also published as: DE3760392D1; EP0239747A1; JPH0454731B2; EP0239747B1; US4759906A

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、形状記憶効果、超弾性効果、割振効果など
を発揮する機能合金に関する。

［従来の技術］および［発明が解決しようとする問題点
］形状記憶効果、超弾性効果あるいは割振効果を発揮する
機能合金としては、従来からＡ　ｕ−Ｃｄ　％Ｃｕ−Ｚ
ｎ−Ａ１．．Ｃｕ−ＡＱ、−ＮｉＳＴｔ　−Ｎｉ系合金
などが広く知られている。これらの機能合金のうち実用
化されているものでは、形状記憶効果を発現する温度の
上限は、せいぜい１００℃である。そのため、上記合金
を用いては、数百塵の高温で形状回復して作動するする
ような素子を構成できない。変態点温度を上昇させるた
めに、これらの合金に異種元素を添加することもあるが
、顕著な効果は得られていない。

各種機能合金の中で、耐食性の点から見れば、Ｔ１Ｎｉ
系合金が優れている。しかし、Ｔ１Ｎｉ系合金には塑性
加工性が悪いという難点がある。

また、Ｎｉイオンの生体組織への溶出による発癌性につ
いて充分な検証が行なわれていない現状では、Ｔ１Ｎｉ
系合金をそのままの状態で体内に装着するには問題があ
る。そこで、整形外科インブラント）イとしてＴ１Ｎｉ
合金を用いる場合には、コーティングが必要であるとさ
れている。

一方、各種文献や資料、たとえば、Ｊｏｕｒｎａｌ　　
ｏｆ　　ｔｈｅ　　Ｌｅｓｓ−ＣｏｍｍｏｎＭｅｔａｌ
ｓ、２０　（１９７０）８３−９１、Ｔａｂｌｅ　　Ｉ
Ｉ、Ｆｉｇ、４、Ｆｉｇ、５および日本金属学会秋期大
会シンポジウムＪ１４演予稿（１９８５，１０）などに
記述されているように、等原子比組成近傍のＴｉＰｄ合
金は、マルテンサイト変態開始温度（以下Ｍｓ点と略す
）が５１０℃であり、かつ形状記憶効果ををすることが
知られている。したがって、このＴｉＰｄ合金を使用す
れば、５００℃付近の高温で形状回復して作動する素子
を得ることができる。しかし、１００〜５１０℃の間の
適当な温度のところで形状記憶効果を発現するような機
能合金は、今のところ実用化されていない。

それゆえに、この発明の目的は、広い温度範囲、具体的
には液体窒素温度（−１９６℃）近傍から５１０℃近傍
までの温度範囲のうち任意の温度にＭｓ点を設定するこ
とのできる機能合金の製造方法を提供することである。

この発明のもう１つの目的は、耐食性、塑性加工性に優
れた機能合金を提供することである。

［問題点を解決するための手段］および［作用］本願発
明者等は、等原子比組成近傍のＴｉ　Ｐｄ合金にＣｒを
添加した場合、合金のＭｓ点がＣｒの増加とともに単調
に低下することを見い出した。

この発明は、このような本願発明者等の知見に基づくも
のである。

すなわち、この発明に従った機能合金の製造方法は、Ｔ
ｉが４０〜６０原子％であり、熱弾性型マルテンサイト
変態を起こすＴｉＰｄ合金に、２０原子％以下の範囲で
Ｃｒを添加することによって、該合金の変態点を調節す
ることを特徴とする。

また、この発明に従って得られた機能合金は、Ｔｉが４
０〜６０原子％、Ｃｒが０．００１〜２０原子％、残部
がＰｄとなっている。

ＴｉおよびＰｄは耐食性に優れた元素であるので、それ
ら元素を主成分とするＴｉＰｄ系合金は、優れた耐食性
を示す。そして、このＴｉＰｄ合金にＣｒを添加すれば
不働態膜が形成されやすくなり、耐食性や耐酸化性がＴ
ｉＰｄ二元合金よりもさらに向上する。また、Ｃｒを添
加することによって合金の塑性加工性が改善される。特
に、耐酸化性に優れることと相俟って熱間加工性に優れ
るようになる。さらに、上記機能合金の主成分であるＴ
ｉおよびＰｄは、長期にわたって歯科用材料として用い
られており、人体への安全性が確認されている。このよ
うなことから、ＴｉおよびＰｄを主成分とする機能合金
を医療用として使用しても問題はない。

等原子比組成近傍のＴｉＰｄ合金は、Ｔｉが４０〜６０
原子％の組成では、ＴｉＰｄと表現される金属間化合物
相が主要構成相であって形状記憶効果を発揮する。しか
し、Ｔｉ濃度が上記範囲を外れるような組成では、充分
な形状記憶効果を発揮しない。Ｔｉのより好ましい濃度
範囲は、４５〜５５原子％である。このような組成にす
れば、マルテンサイト組織が安定になりやすく、たとえ
ば形状記憶効果が現出されやすくなる。

添加するＣｒ濃度が２０原子％以下であれば、Ｃｒは、
合金の形状記憶効果を損なうことなくＴｉＰｄ金属間化
合物相にすべて固溶する。そして、Ｃｒの添加量に応じ
て、機能合金のＭｓ点は変化する。したがって、Ｃｒの
添加量を適当に選ぶことによって、機能合金のＭｓ点を
５１０℃近傍から液体窒素温度（−１９６℃）近傍まで
の間の任意の温度に設定することができる。

Ｃｒの原子濃度の下限を０．００１９６としたのは、そ
れ未満の濃度であればＣｒ添加の効果が現われずＴｉＰ
ｄ二元合金との間に差がなくなるからである。

その逆に、Ｃｒ含有量が２０原子％を越えるようならば
、変態点が極低温領域となり実用上あまり意味をもたな
いものとなる。また、合金が脆化して、所望の形状に加
工することが困難となる。

より好ましいＣｒ含有量は、０．　２〜１２原子％であ
る。この範囲内のＣｒ濃度であれば、耐酸化性および加
工性の向上が顕著である。そして、耐酸化性および加工
性の向上効果は、１２原子％でほぼ飽和する。

以上のことから、この発明に従った機能合金のより好ま
しい成分比は、Ｔｉが４５〜５５原子９６、Ｃｒが０．
　２〜１２原子％、残部がＰｄである。

このような組成成分比の場合、機能合金のＡｆ点（オー
ステナイト相転移終了温度）は、８０℃〜４７０℃の範
囲に入る。従来、かかる範囲内にＡｆ点を有°する適当
な機能合金が存在していなかった。

なお、この発明に従って得られた機能合金は、熱弾性型
マルテンサイト変態をするので、その機能としては、従
来からよく知られているように、形状記憶効果のみなら
ず、逆変態終了温度以上では超弾性効果を示し、Ｍｓ点
近傍では制振効果を示す。

［実施例］実施例ｌＴｉＰｄ合金にＣｒを添加して、マルテンサイト変態に
与えるＣｒ添加の影響を調べた。

Ｔｉの濃度を５０原子％に固定し、ＴＬおよびＣｒの原
子濃度を色々と変化させ、以下の７つの試料を作製した
。

合金作製には市販のＴｉ板、Ｐｄ板、電解クロム（いず
れも９９．９％）を用い、アルゴン雰囲気下でアーク溶
解し、１０〜１２ｇのボタンを得た。このボタンをアル
ゴン雰囲気下で１０００’Ｃに加熱し、これを熱間圧延
し、０．５ｍｍ厚の板を得た。この板から、電気抵抗測
定用試料および電子顕微鏡用試料を切り出し、最終的に
透明石英管中にアルゴン封入し１１００℃×１０分間焼
鈍後焼入れした。Ｍｓ点のｎ１定は四端子法による電気
抵抗測定により行なった。電子顕微鏡観察は日立Ｈ８０
０−Ｔを用いた。

上記表から明らかなように、Ｍｓ点はＣｒの増加ととも
に単調に低下することが認められる。

実施例２市販のＴｉ板、Ｐｄ板、電解Ｃｒを用いて、５０．０原
子％Ｔｉ、４９．０原子％Ｐｄ、　１．　０原子％Ｃｒ
の合金を非消耗電極型アーク溶解法により溶製した。こ
の合金を１０００℃で熱間圧延してＱ、５ｍｍ厚の板と
した後、アルゴン雰囲気中で真直ぐな形に保持して１１
００℃ＸＩＯ分間の焼鈍後、水焼入れを施した。

この合金の変態点は、電気抵抗１１定によれば、Ｍｓ点
が４７０℃であり、Ａｆ点（オーステナイト相転移終了
温度）が５１０℃であった。

また、この合金の形状記憶効果を確かめるために、室温
で表面最大歪が１％となるような曲げ変形を与えた後、
ガスバーナで加熱した。すると、この合金は、完全に元
の真直ぐな形に戻った。このときの合金の温度は５５０
℃であった。なお、予め曲げ変形を与える温度がＭｓ点
の４７０℃以下であれば、同様の挙動を示すことを確認
した。

従来のＴ　ｉ　−Ｎ　ｉ合金では、上記実験を行なえば
、炎の温度が高すぎて形状記憶効果が劣化してしまう。

そのため、従来のＴ　ｉ　−Ｎ　ｉ合金を、上述のよう
に高い温度を直接検知して動作するようなアクチュエー
タとして用いることはできなかった。しかし、この実施
例によって得られた合金であれば、炎の温度を直接検知
して作動するようなアクチュエータとして充分に使用で
きることがわかった。

実施例３ ′：ｊ４１図は実施例３を説明するための図である。

まず、（ａ）に示すように、４９，０原子％Ｔｉ。

３９．０原子％Ｐｄ、１２．０原子％Ｃｒの板材１を用
意した。この合金のＭｓ点は２５°Ｃであり、Ａｆ点は
６５℃である。この板材１を、（ｂ）に示すように、曲
げ加工し、かつ穴２を設けた。そして、（ｂ）に示す形
に拘束して１１００℃×１０分間の記憶処理を施した。

次に、（ｃ）に示すように、室温にて板材１に２％の引
張り変形を与えた。その後、この板材１を、（ｄ）に示
すように、ボーンプレートとして骨折部３にボルト４を
介して取付けた。

手術後に外部から高周波によって仮相１を加熱したとこ
ろ、板材１が縮もうとし、短期間に骨折の治療ができた
。なお、このとき、ボーンプレート周囲の生体組織には
、何ら異常は認められなかった。

実施例４真空中で単ロール法により、５１．０原子％Ｔｉ、４０
．５原子％Ｐｄ、８．５原子％Ｃｒの組成のテープを作
製した。テープの厚さは０．２ｍｍであった。また、こ
の合金のＭｓ点は１４０℃であり、Ａｆ点は１８０℃で
あった。

こうして得られたテープは、２００℃で確実に作動する
ヒユーズとして使用することができた。

実施例５第２図は、実施例５を説明するための図である。

５０．０原子％Ｔｉ、３２．０原子％Ｐｄ、１８．０原
子％Ｃｒの組成の合金を、熱間スェージと切削加工によ
って、（ａ）に示すように内径３Ｑｍｍφのパイプ状に
加工した。この合金のＭｓ点は一９０℃であり、Ａｆ点
は一５０℃であった。

このパイプ５を、（ｂ）に示すように、液体窒素中で内
径３２ｍｍφに拡管した後、（ｃ）に示すように外形３
１ｍｍφのチタン管６．７をパイプ５の両側から挿入し
て室温に戻した。すると、（ｄ）に示すように、パイプ
５の径が縮まり、チタン管６および７を確実に接続する
ことができた。

実施例６５０．０原子％Ｔｉ、４５．０原子％Ｐｄ、５゜０原子
％Ｃｒの組成の合金の厚さ５ｍｍの板を、４段ロールに
より１０００℃で厚さ３ｍｍまで熱間圧延したところ、
割れを発生することなく、容易に圧延することが可能で
あった。

比較のため、５０．０原子％Ｔｉ、５０．０原子９６Ｐ
ｄの組成の合金を同様°に圧延しようとしたところ、酸
化膜の成長が速く、この酸化膜がロールにへばり付いた
り、圧延中にしばしば耳割れが発生したりした。

［発明の効果］以」二のように、この発明に従った方法によれば、Ｔｉ
、Ｐｄ５Ｃｒの各歯を量を適当に選ぶことによって、合
金の変態点を５１０℃近傍から液体窒素温度（−１９６
℃）近傍の間で任意に調節できる。したがって、今まで
に知られている機能合金よりも、幅広い温度範囲内で作
動させる素子を得ることができる。従来のＴｉ−Ｎｉ系
機能合金では、１００℃以上の温度で作動させる温度セ
ンサやアクチュエータとしての利用ができなかったが、
この発明によれば、そのような用途に対して適合する機
能合金を容易に得ることができる。

さらに、この発明に従った機能合金は、耐食性に優れた
ＴｉおよびＰｄを主成分とし、さらにその上にＣｒを含
有しているので、良好な耐食性、耐酸化性および塑性加
工性を発揮する。また、この発明の機能合金は、合金元
素として発癌のおそれのあるＮｉを含まないので、医療
用として、特に整形外科インブラント材として安心して
利用され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例３を説明するための図であり、圧延さ
れた板がボーンプレートとして利用されるまでの工程を
順を追って図示している。第２図は、実施例５を説明す
るための図であり、パイプ５が内部に挿入されるチタン
管６および７を接続するまでの工程を順を追って図示し
ている。図において、１は板材、２は穴、３は骨折部、４はボル
ト、５はパイプ、６および７はチタン管を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｔｉが４０〜６０原子％であり、熱弾性型マルテ
ンサイト変態を起こすＴｉＰｄ合金に、２０原子％以下
の範囲でＣｒを添加することによって、該合金の変態点
を調節する、機能合金の製造方法。
（２）Ｔｉが４０〜６０原子％、Ｃｒが０．００１〜２
０原子％、残部がＰｄとなっている、機能合金。
（３）Ｔｉが４５〜５５原子％、Ｃｒが０．２〜１２原
子％、残部がＰｄとなっている、特許請求の範囲第２項
に記載の機能合金。