JPS62294155A - ＮｉＴｉ系機能合金用複合材 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔技術分野〕 本発明は、例えば、形状記せ合金、超弾性合金、防振合
金などのＮｉＴｉ系機能合金用の複合材に係わる。

〔従来の技術〕

所定の組成比を有する’１ｉＴｉ系合金は、形状記憶効
果、超弾性：＄勅、防振効果など種々の機能を有するこ
とが見い出されて以来、巾広い用途への展開が進められ
ており、従来では主として次のような方法で製造されて
きた。

その一方法は、所定量のＴｉと、Ｎｉとを溶解すること
によって得た鋳塊に、熱間や冷間での加工を施こし、ま
た場合によっては、熱処理加工も付与されながら定めら
れた寸法の製品を得る方法である。

また他の製造方法としては、所定量のＴｉ粉末とＮｉ粉
末とを混合し、熱処理拡散によって一体なＮｌＴｉ合金
を得るという方法も行われている。

しかしながら、これらの方法によって得られた複合材に
あっては、該Ｎ　ｉ　Ｔ　ｉ合金の品質面並びに経済性
を考えた場合、解決されなければならない多数の問題点
を残している。

即ち前者の溶解法においては、 （１）一般的にＴｉ材は鹸化しやすい性質を有し、鳥解
法ではそれらをさらに溶解することによって、前記Ｔｉ
材はその一部が酸化物となり、従ってＮｉ材と合金化し
得るＴ　ｉ　ｋｍ対量が不足を生じ、当初予定した組成
比の合金が得難い。

（２）また前記溶解時においては、さらに酸素、炭素、
その他のガス不純物などの混入も多く見られ、例えば第
４図〜５図に示されるようにその内部には多数の黒点状
の酸化物が内存する。

このような不都合は、製品の特性に種々の悪影響を及ぼ
すこととなる。その−例としては例えば形状記憶合金に
おいて、Ｎｉｔ成をわずか０．１ａｔ％変えただけでも
得られた製品の変態点は十数度と大きく変化し、それに
伴って動作温度も変化するなど、前記酸化などに伴う組
成比の変動は大きな問題となる。

（３）　　またその加工に際しても、難加工材であるＮ
ｉＴｉ合金は、−回の濾径当たりの加工度をあまり大き
く設定することができず、その結果、大さ１鶴前後の細
線を得ためには多くの工程が必要となり、従って生産性
に劣り高価格となる。

（４）　　さらに溶解設儂を利用するこの方法では、少
量生産には不向きである。

他方、後者の粉末冶金法では、一般的に粉末は表面積が
大きく、特にＴｉ粉末では、その表面に酸化層が発生し
、これは拡散後にＴｉｉ　Ｎｉｔ　Ｏなる酸化物形成を
伴うため変態点の異常低下、さらには残留する内部空孔
が強度、寿命を低下させるという問題があった。

さらに特開昭５９−１１６３４０号公報ではＴｉ材とＮ
ｉ材とを圧接して密着させるとともに、それらを加熱し
てＴ１Ｎｉ相を得ることも提案されてはいるが、この方
法では拡散速度は非常に緩やかであるため、大径品の生
産には長時間を要することとなる。

例えば形状記憶合金などとして比較的需要の多い直径０
．３〜１．５ｒ＋／−程度の線条材を得るにも、１００
時間をこえる長時間の拡散処理が必要となり、この方法
も結局実用的とはいい龍い。

〔発明の目的〕

本発明は、このような現状に鑑み特にＴｉｖＡ条材の表
面に組成比制御された所定量のＮｉ材を被覆せしめた複
合線材を基本単位として、その複数本の組合わせかつ機
械的結合によって、任意な寸法のＴ１Ｎｉ系合金を直接
得ようとの思想に基づきなされたものであって、その目
的は生産性と均質性に優れ、コスト低減化可能なＮｉＴ
ｉ系機能合金の製造に好適に使用できる複合材の提供を
目的とする。

〔発明の開示〕

すなわち本発明は、一端から他端まで連結するＴｉ線条
材の表面をＮｉで覆った複合線材の複数本が並設され、
かつそれらを機械的結合によって一体化させたＮ１４Ｂ
〜６０ａ　ｔ％とＴｉとを少なくとも含ませているＮｉ
Ｔｉ系機能合金の複合材である。

以下本発明の複合材１の一実施例を図面にもとすき説明
する。

第１図は、一端ＩＡから他端ＩＢにまで連続するＴｉ線
条材２の表面を、所定量のＮｉ材３によって均一に被覆
してなる複合線材４・−の複数本を、機械的結合によっ
て一体化させ、線条の複合材１に仕上げたものである。

そして本発明では、この複合材１は、その最終用途を形
状記憶合金や超弾性合金などの冑能合金として用いられ
、またこれらはＮｉ元素とＴｉ元素とによって生まれる
ＮｉＴｉ相を利用する材料であることから、その組成は
、Ｎ１４Ｂ〜６０ａｔ％とＴｉとを少なくとも含むよう
予め調整されており、必要に応じてＣ（１％　　ＶＳＭ
Ｏ、、Ｃｒ、　　ＡＩ、Ｆｅなどの第３元素含有させる
ことができる、そして本発明では、その基本単位として
、Ｔｉｌｉ条材２を所定量のＮｉ材３で被覆した複合線
材４を用い、しかも該複合線材４のＴｉ材とＮｉ材３と
の組成比率は、その長さ方向のどの部分においても常に
一定になるようになされているため、その複数本を並設
し、組み合わせてなる前記複合材１の長さ方向でのＴｉ
とＮｊとの組成比もまたどの部分においても均一となり
、そのバラツキは顕著に抑制されている。

このような複合線材４の最も一般的な方法は、長さ方向
に均一な太さを有する７１９条材の表面上に、一定量の
Ｎｉ材３を、例えばメッキ法、溶射法、蒸着法さらには
パイプ材、フープ材の積層によるクラッド法などにより
被覆する方法であり、特にメッキ法やフープ材などをク
ラッドする方法により得られたものは、その密着性や処
理の容易性さらには連続長尺化などの点から見てもより
好ましいものである。

また該Ｔｉ線条材２や複合線材４の太さ或いは断面形状
についても、種々変更が可能であって、例えば円形断面
以外にも三角、四角、楕円などの非円形状、あるいは異
型な不定形状などに形成したものを用いることもできる
。又複合線材４の太さも、例えば横断面面積０．０３ｆ
ｌ程度以下で自由に実施できるが、特により微細なもの
、例えば横断面面積０．０１ｍａ＋”以下のような繊維
状になしておくことが、ＮｌＴｉ相を得るための拡散処
理時間の短縮や機能合金としての表面状態、並びにその
均質性向上させるのに研れた効果を示す。またその本数
も、例えは１００本以上の好ましくは１０００本以上の
多数本を用いる方が製品の表面状態を向上させるのに好
ましいが、それ以下であってもよい。

本発明では、又複合線材４内に２本以上のＴ　ｉ　％％
条材２を、例えば撚り合わせて用いることもできる。そ
の場合には、Ｔｉ線条材２がよりに微細となることから
、その均質性や拡散時間の短縮化はより促進される。

第１図の複合材１では、−例として内部複合線材４の各
々がほぼ同一に構成（断面形状、横断面面積、ＴｉとＮ
ｉとの組成比）された複数本を平行に、かつ密に充填し
たものを図示しているが、実際的には各複合線材の断面
形状は不規則な、多角系、非円形状を呈することが多い
。

又本発明では前記複合線材４の各々は、その太さ及び組
成比において異種構成のものと組み合わせて用いること
もでき、例えば、複合線材４の複数本を、さらに撚り合
わせて用いることもできる。

その場合においても、該複合材１全組成のＴｉとＮｉと
の原子Ｍ組成比は、所定の前記範囲に制御類されなけれ
ばならず、できるならば複合線材４は、予めその最終で
望まれる機能合金での組成比と同等の比率に調整したも
のを複数本用いることが好ましい。

本発明の複合材１は、このように予め調整した複合綿材
４・・−・を複数本並設し、かつそれらを一体化するよ
う隣接する各複合線材４．４同士が機械的結合している
。

なお本明細書において「機械的結合」とは、「例えば、
伸線加工や圧延加工、プレス加工などのような機械的な
圧接手段によって得られ、かつその状態のみで、前記複
合材を形成し得る程度に結合された状態」を意味する。

そしてこのような状態は、例えば第３図に例示された複
合材１の横断面の拡大図からも見ることができる。

第３図から容易に理解されるように、不定形な断面形状
に変化した各複合線材４は、その外周に微細な凹凸が形
成されているとともに、隣接する複合線材との境界面に
おいても空孔がなく、複雑にからみあっている。これは
、前記複合材１が、その外周から中心に向かうかなり大
きな力、例えば伸線加工や圧延加工によって加工され、
その結果隣接する複合線材との間で生じる現象であって
、このような微細凹凸は複合線材４同士の結合保持力を
高めるのに有効である。

もちろん本発明の複合材ｌでは、その形状、寸法などは
自由に設定され、また内部複合線材４も最終製品とのか
ねあいにより、断面形状、寸法もまた自由に選択でき、
華にそれらが一体品を形成しえるならば、それでかまわ
ない。

又複合材１に用いるＴｉ線条材２及びＮｉ材３としては
、各々純Ｔｉと純Ｎｉの純金属材料を用いることができ
るが、それ以外にも例えば最終製品であるＮｉＴｉ系機
能合金での変態点、機械的性質、加工性などの緒特性を
改善させるために、Ｃｕｓ　ＭＯ％　Ｃｒ１＾１．Ｆｅ
などの元素から選択される少なくとも１種以上の第３元
素を、前記Ｔｉ線条材２あるいはＮｉ材３の各素材のい
ずれか一方又は双方に予め含有させることもできる。

これら第３元素を含有させるには、例えば、前記各素材
に合金化させる方法や、第２図にみられるように、前記
第３元素の線条材５を用い、これとＴｉ線条材２とをＮ
ｉ材３で被覆すること、あるいはこれら元素をＴｉ線条
材２の表面に被覆しておき、その表面をＮｉ材で覆うこ
ともできる。なお前記第３元素は、複合材１に全組成比
の５ａｔ％以下の範囲で実施される。

そしてこのような複合材１を得るためには本願出願人が
先に提案した特願昭６０−２６０８４号に開示するよう
に予め所定のＴｉとＮｉとの組成比に調整された複合線
材４の複数本を、例えば鉄、銅、モネル合金などの安価
で加工性に（ｉれた管状のマトリックス材中に挿入する
とともに、例えば５０％以上の加工率での加工（例えば
冷間加工、温間加工）を行い、その後前記マトリックス
材を機械的もしくは化学的手段により除去することで達
成できる。

特に本発明のように、複合線材４として非常に活性であ
り酸化しやすいＴｉ線条材２を芯材とし、その全表面を
Ｎｉ材３によって保護することは、前記Ｔｉ材の酸化を
防ぎ、その結果、前記組成比の変化をおさえることがで
きる。

又、仮にＴｉ素線での表面に若干の酸化がみられていた
としても、その後の前記加工に伴ってその影響は殆ど消
失し、従って、当初予定した特性の製品を得るのに極め
て都合がよい。

さらに本願の複合材１を用いて所定の機能合金を製造す
るには、例えば７００〜１１００℃程度の無酸化雰囲気
中での十分な加熱により前記ＴｉとＮｉとを拡散させて
ＮｉＴｉ相の合金にする。

また、一般的にＮｉＴｉ相の合金は、未拡散状態である
本願発明の複合材に比べ、その加工性がかなり低いとい
う欠点を有している。この為、該複合材は、中間工程短
縮を図かるという観点から、直接最終寸法、形状近くま
で加工しておき最終段階で行う拡散処理を行なうことも
可能である。

さらに本発明に係る一実験によれば、例えば加熱温度９
００℃での拡散速度では、２時間処理で４０μｍ厚のＮ
ｉＴｉ相となり、また１０時間処理では７０μｍ厚とな
ることが見出されており、従って、理論的には前記複合
線材が７０μｍ直径まで微細化されていれば５時間程度
の加熱のみでＮｉＴｉ相の合金が得られこのことからも
、前記複合線材４が繊維状にまで微細化している程、処
理時間の短縮化が計られることが理解できる。

次に本発明の実施例に付いて説明する。

〔実施例−１〕 ０．３Ｎ直径の純Ｔｉ線条材の表面に約４０μｍ厚さの
Ｎｉメッキを施し、Ｎｉ組成比４９ａ　ｔ％の複合線材
４９０本を、外径１２ｍｍ、内形１０ｍｍ長さ１ｍの軟
鋼パイプで外装材中に挿入し、複合体を得た。

この時、前記複合線材は、Ｑ、３３ｍｒｒｒ程度の横断
面面積を有するとともに、内部Ｔｉ線条材は、４６μｍ
直径と非常に微細化されていることが確認された。そし
て外装材を化学的方法により除去した後においても、各
複合線材どうしは、表面微細な凹凸と十分な圧接とによ
って、強固な一体品を形成しており、また内部には空孔
の残留も見られない複合材を得ることができた。

なお、この場合前記外装材除去にあたっては、外装材の
みを溶醒し、素地に影響を及ぼさない薬品を用いた。

〔実施例−２〕 実施例１で得た複合材を、真空炉中で１０００Ｃ°、２
０時間での熱処理を施し、Ｎｉ組成比４９゜ｌａｔ％の
ＮｉＴｉ相を持った合金を得た。

この組成比は、実質的に素材状態とほぼ同一であり、前
記加工ごこよってあまり変化しないことがわかる。

また、このＮｉＴｉ合金を９０°に曲げ、その後加熱し
たところ、もとの形成に回復する機能を有するものであ
った。

この時の合金の機能特性は、第１表に示す。

第１表 〔実施例−３〕 実施例−１で得た直径０．６　ａｓの複合材（Ａ）と、
同様の処理を施した直径０．６　ｍｍ、Ｎｉ組成５２ａ
ｔ％、残Ｔｉでなる複合材（Ｂ）とを１＝１の割合で合
計１９０本用い、これらを適当に分散させながら、実施
例−１で用いたのと同じ軟鋼パイプ中に挿入した。

この材料はさらに冷間伸線機により、外径５．０鶴にま
で加工を施した後、外装材除去を行なった。

この状態においても、各線材どうしは十分な結合を維持
し、一体されていた。

そして、この複合材を拡散させる為の熱処理を９００°
ＣＩＯ時間処理した結果、Ｎｉ狙成比５０゜５ａｔ％の
ＮｉＴｉ合金が得られた。その時の材料の機能特性を第
２表に示す。

第２表 〔実施例−４〕 直径４ＤのＴＩ長尺体の表面に厚さ０．５５ｆｌの純Ｎ
ｉをクラッドした複合線材を用い、その２４本を集束し
ながら、軟調製各パイプ（内寸３０鶴、外寸４０ｍｍ）
中に挿入するとともに、これを、冷間圧延機にかけて、
厚さ３ｆｉ、＠６０鶴、の帯状品に形成した。

そして、前記外装材は、機械的に除去することによって
複合材を得るとともに、その横断面の調査においても各
複合線材どうしは、十分に微細化され、かつその外周に
は、無数の凹凸が形成されていることがわかった。また
、この複合材は、合計９９．８％の強加工が施されて入
るにもかかわらず、密着的げを行なっても、その表面に
は亀裂は発生しなかった。

〔発明の効果〕

畝上のごとく本発明の複合材は、Ｔｉ１９１条材の表面
を所定量のＮｉ材によって覆った複合線材を基本単位と
して用い、該複合線材を機械的に結合させていることか
ら、各組成比の設定、変更は確実かつ容易となり、しか
も合金内部における組成のバラツキを大きく抑制でき、
均一な製品（機能合金）を得ることができる。

しかも該複合材は、いまだ拡散処理されていないＮｉ材
とＴｉ線条材とによって構成しうるため、これらは延性
かつ軟質であることから、ＮｉＴｉ相のＮｉＴｉ合金の
加工に比べ極めて高い加工率を設定することもできる。

このため、例えば最終製品寸法まで直接加工しておき、
最後に拡散することで製品化させることも可能となり、
工程の短縮化が可能となる。

さらに本発明の複合材は、溶解などの段階は一切経ずし
て形成しうろことから、ガス不純物などによる酸化物の
発生が非常に少なく、例えば第６図に示したようにきわ
めて清浄な＆ＩＩｍと、ヒステリシスの小さな機能合金
を得ることもできる。

又このような複合材は、丸線以外にも例えば角線、板状
、パイプ状など種々応用できる。さらに、ＮｉとＴｉと
の組成比の異なる複数本の複合材を任意に選択し、それ
らを組み合わせることによって、新たな組成比の複合材
や機能合金を得ることができるなど、その応用性は非常
に広いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合材の一実施例を示す概略図、第２
図は前記複合材の基本単位である複合線材、第３図は複
合材横断面における各複合線材同士の機械的結合状態を
例示する拡大断面図、第４．５図は従来の溶解法により
得られたＮｉＴｉ機能合金の金属組織を示す写真、第６
図は本発明の複合材を用いたＮｉＴｉ系機能合金の金属
Ｎｉ織を示す写真である。 １・・・複合材、　２−Ｔ　ｉ線条材、　３−・・Ｎｉ
材、４・−複合線材。 特許出願人　　　　　日　木　精　線　株式会社代理人
　弁理士　　　苗　　　村　　　　　　正１′−２゜。 ） ゛丁゛、づ、 ｇ、：：’、１．”　、、’：”　”、；’、（今　　
ゝ 、・　、′　　羞 ７′

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端から他端にまで連続するＴｉ線条材の表面を
   Ｎｉ材で覆ってなる複合線材の複数本を並設するととも
   に、それらを機械的結合によって一体化させてなり、か
   つその全組成比はＮｉ４８〜６０ａｔ％とＴｉとを少な
   くとも含ませていることを特徴とするＮｉＴｉ系機能合
   金用複合材。
2. （２）前記Ｎｉ材は、前記Ｔｉ線条材の外表面に電気メ
   ッキされたものである特許請求の範囲第１項記載の複合
   材。
3. （３）前記Ｎｉ材は、前記Ｔｉ線条材の外表面にフープ
   材クラッドされたものである特許請求の範囲第１項記載
   の複合材。
4. （４）前記複合線材は、０．０１ｍｍ＾２以下の横断面
   面積を有している特許請求の範囲第２項又は第３項記載
   の複合材。
5. （５）前記複合線材の横断面形状は、不規則な外周に微
   細凹凸を形成している特許請求の範囲第４項記載の複合
   材。
6. （６）前記Ｔｉ線条材及び／又はＮｉ材は、その内部に
   Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｆｅから選択される少なくと
   も１種類以上の第３元素を含有させてなる特許請求の範
   囲第１項に記載の複合材。