JPH01177329A - 高温熱応動素子 - Google Patents
高温熱応動素子Info
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- JPH01177329A JPH01177329A JP9288A JP9288A JPH01177329A JP H01177329 A JPH01177329 A JP H01177329A JP 9288 A JP9288 A JP 9288A JP 9288 A JP9288 A JP 9288A JP H01177329 A JPH01177329 A JP H01177329A
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- phase
- shape
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- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
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。
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〕
本発明は高温での熱応動機能を有するセンサー等に用い
られる高温熱応動素子用合金及び高温熱応動素子に関す
るものである。
られる高温熱応動素子用合金及び高温熱応動素子に関す
るものである。
従来、 ＴｉＮｉ合金が熱弾性マルテンサイト変態の逆
変態に付随して、顕著な形状記憶効果を示すことはよく
知られている。また、 ＴｔＮｉ合金に第３元素を添加
したＴｉＮ１Ｘ合金は、 ＴｉＮｉ合金同様の優れた形
状記憶効果を示すと同時に、変態温度、あるいは１機械
性性質を、変化させることができることも知られている
。
変態に付随して、顕著な形状記憶効果を示すことはよく
知られている。また、 ＴｔＮｉ合金に第３元素を添加
したＴｉＮ１Ｘ合金は、 ＴｉＮｉ合金同様の優れた形
状記憶効果を示すと同時に、変態温度、あるいは１機械
性性質を、変化させることができることも知られている
。
ＴｉＮｉ合金に可逆形状記憶効果を付与する方法として
、均一化処理後、拘束時効を行うことが車間らによって
提案されている。（特公昭６２−１４６１９号公報） 一般にＮｉ過剰のＴ ｉ Ｎ ｉ合金は、低温で時効す
ることで、 Ｔｉ３Ｎｉ等の析出物が基質中に析出し。
、均一化処理後、拘束時効を行うことが車間らによって
提案されている。（特公昭６２−１４６１９号公報） 一般にＮｉ過剰のＴ ｉ Ｎ ｉ合金は、低温で時効す
ることで、 Ｔｉ３Ｎｉ等の析出物が基質中に析出し。
かつそれによる基地のＮｉ濃度の減少によって。
マルテンサイト変態開始温度は上昇し母相＃中間相への
変態が導入され変態が２段になることが知られている。
変態が導入され変態が２段になることが知られている。
上記した特公昭６２−１４６９号公報の中には、２段変
態が起きるＴｉＮＮ合金のＮｉ濃度は、 Ｎｉの原子パ
ーセントで５０．３〜５３チであること、２段変態が起
こる時効処理温度は、６００℃以下であることが示され
ている。しかし１表１で示すように、この種のＴｉＮｉ
形状記憶合金は、Ｍｓ＋２０℃位の低温でのマルテンサ
イト変態を利用して形状を記憶するものであった。
態が起きるＴｉＮＮ合金のＮｉ濃度は、 Ｎｉの原子パ
ーセントで５０．３〜５３チであること、２段変態が起
こる時効処理温度は、６００℃以下であることが示され
ている。しかし１表１で示すように、この種のＴｉＮｉ
形状記憶合金は、Ｍｓ＋２０℃位の低温でのマルテンサ
イト変態を利用して形状を記憶するものであった。
表 １
Ｍｓ点；８００℃溶体化処理後、示差走査熱量計によっ
て求められた。
て求められた。
なお、これらの形状回復温度は。
それぞれの合金ともほぼＭｓ＋２０
℃である。
しかしながら、 ＴｉＮｉ合金の作動温度は、１００℃
以下と低温である。
以下と低温である。
まだ、第３元素Ｘを添加したＴｉＮｉ合金については、
Ｘの殆どは作動温度を低下させるので。
Ｘの殆どは作動温度を低下させるので。
顕著な作動温度の上昇は認められない。このため、 ’
ｐｉＮｉ合金は、１００℃以上の範囲での高温では使用
されていないのが現状である。
ｐｉＮｉ合金は、１００℃以上の範囲での高温では使用
されていないのが現状である。
尚、 １００℃以上の作動温度を有する合金として。
一部のＣｕ基形状記憶合金（Ｃｕ−Ａｔ−Ｎｉ・・・）
。
。
Ｔｉ −Ｐｄ系形状記憶合金Ｆｅ基系形状記憶合金が知
られているが、これらの形状記憶効果は、いずれも合金
のマルテンサイト変態を利用する方法であった。
られているが、これらの形状記憶効果は、いずれも合金
のマルテンサイト変態を利用する方法であった。
そこで９本発明は上記欠点に鑑み、 ＴｉＮｉ合金にお
いてマルテンサイト変態を利用することなく高温での熱
応動機能を有する高温熱応動素子用合金及び高温熱応動
素子を提供することを目的とする。
いてマルテンサイト変態を利用することなく高温での熱
応動機能を有する高温熱応動素子用合金及び高温熱応動
素子を提供することを目的とする。
本発明によれば、 Ｎｉ ５０．３〜５３．０原子パー
セント、残部Ｔｉよりなる化学組成を有する合金であっ
て、該合金の溶体化により所定形状を呈してなることを
特徴とする高温熱応動素子用合金が得られる。
セント、残部Ｔｉよりなる化学組成を有する合金であっ
て、該合金の溶体化により所定形状を呈してなることを
特徴とする高温熱応動素子用合金が得られる。
本発明によれば、 Ｎｉ過剰ＴｉＮｉ合金をこの合金の
溶体化温度で溶体化して形成される第１の形状と、この
第１の形状を呈する合金を当該合金の弾性域内で拘束し
１時効処理を施して、上記合金の母相と整合を有するＮ
ｉ過剰相を異方性析出させることにより形成される第２
の形状とを有し、この第２の形状を呈する合金を実質的
にＮｉ過剰析出相の析出温度以上で急加熱してＮｉ過剰
析出相を母相に溶け込ますことにより第１の形状に回復
することを特徴とする高温熱応動素子が得られる。
溶体化温度で溶体化して形成される第１の形状と、この
第１の形状を呈する合金を当該合金の弾性域内で拘束し
１時効処理を施して、上記合金の母相と整合を有するＮ
ｉ過剰相を異方性析出させることにより形成される第２
の形状とを有し、この第２の形状を呈する合金を実質的
にＮｉ過剰析出相の析出温度以上で急加熱してＮｉ過剰
析出相を母相に溶け込ますことにより第１の形状に回復
することを特徴とする高温熱応動素子が得られる。
すなわち、これまで、形状記憶処理は、 Ｎｉ過剰析出
相の異方性析出による拡散を利用しないマルテンサイト
変態によるものであった。すなわち従来法では、高温状
態における形状記憶効果を利用するものではなかった。
相の異方性析出による拡散を利用しないマルテンサイト
変態によるものであった。すなわち従来法では、高温状
態における形状記憶効果を利用するものではなかった。
本発明による形状記憶処理とは、原子パーセントでＮｉ
５０３〜５３．０．残部ＴｉよりなるＮｉ過剰ＴｉＮｉ
合金において、その合金の溶体化温度である８００〜１
１００°Ｃの範囲の温度で所望の形状に溶体化して記憶
させることである。
５０３〜５３．０．残部ＴｉよりなるＮｉ過剰ＴｉＮｉ
合金において、その合金の溶体化温度である８００〜１
１００°Ｃの範囲の温度で所望の形状に溶体化して記憶
させることである。
更に本発明によれば、６００℃以下の温度での拘束時効
によって異方性析出するＮｉ過剰析出物すなわちＴｉ、
Ｎｉ、の化学式で表わされる析出物の現出及び消滅を利
用することにより高温熱応動効果を奏するもので、今ま
でのものと原理を異にする。
によって異方性析出するＮｉ過剰析出物すなわちＴｉ、
Ｎｉ、の化学式で表わされる析出物の現出及び消滅を利
用することにより高温熱応動効果を奏するもので、今ま
でのものと原理を異にする。
先ｆ 、 Ｎｉ 過’Ｊ４Ｊ ＴｊＮｉ合金ヲ８００〜
１１ｏｏ℃の範囲内の温度で溶体化する。この処理が形
状記憶処理である。その後、具体的には、急冷してＴｉ
Ｎｉ単相化処理を施した後、この試料を弾性域内で変形
し、６００℃以下の温度で時効を行い母相と完全整合を
有するＴｉ３Ｎｉ４相を異方性析出させる。この時Ｉ
Ｔｉ、Ｎｉ４は、変形にょる印加応力を少しでも緩和し
ようと異方性析出する。
１１ｏｏ℃の範囲内の温度で溶体化する。この処理が形
状記憶処理である。その後、具体的には、急冷してＴｉ
Ｎｉ単相化処理を施した後、この試料を弾性域内で変形
し、６００℃以下の温度で時効を行い母相と完全整合を
有するＴｉ３Ｎｉ４相を異方性析出させる。この時Ｉ
Ｔｉ、Ｎｉ４は、変形にょる印加応力を少しでも緩和し
ようと異方性析出する。
拘束時効後、印加応力を除去すると、 Ｔｉ３Ｎｉ４相
の異方性析出により、試料は変形された状態となる。こ
の拘束時効処理が、変形処理である。
の異方性析出により、試料は変形された状態となる。こ
の拘束時効処理が、変形処理である。
この様な処理では９弾性域内での応力しか加えられてい
なかったので、試料内に転位などの永久欠陥は導入され
ず、この変形はＴｉ、Ｎｉ、相の異方性析出によって、
−！かなわれることになる。
なかったので、試料内に転位などの永久欠陥は導入され
ず、この変形はＴｉ、Ｎｉ、相の異方性析出によって、
−！かなわれることになる。
このような変形歪を持つ試料を異方性析出物が成長しな
いように急激に６００℃を越える温度に加熱すると、加
熱前に変形の原因となっていたＴｉ３Ｎ＋４は、再度母
相内に溶け込む。
いように急激に６００℃を越える温度に加熱すると、加
熱前に変形の原因となっていたＴｉ３Ｎ＋４は、再度母
相内に溶け込む。
Ｔｉ３Ｎｉ４と母相は、完全な完全整合を有していたの
で、 Ｔｉ３Ｎｉ４が母相に溶け込むと、その領域には
全く欠陥は残ることがないため、 Ｔｉ。
で、 Ｔｉ３Ｎｉ４が母相に溶け込むと、その領域には
全く欠陥は残ることがないため、 Ｔｉ。
Ｎｉ４相の異方性析出による歪も解消される。このよう
な歪解消に伴い、形状変化が起き１元の溶体化されてい
た記憶形状に戻るのである。
な歪解消に伴い、形状変化が起き１元の溶体化されてい
た記憶形状に戻るのである。
そして、この高温熱応動は高温Ｎｉ過剰なＮｉ合金に限
定されない。
定されない。
本発明の実施例を回道を参照して説明する。
第１図は１本発明の実施例に係る高温熱応動素子用合金
の形状回復する熱応動温度を示す図である。この図にお
いて１曲線１９曲線２９曲線３、及び曲線４は９表１に
示すＴｉ５ｇＮｉ、６の第１の合金、Ｔｉ４９．５ Ｎ
１５（１，５の第２の合金、 Ｔ１４ｑＮｉ ５１の第
３の合金、 Ｔｔ４ＢＮ１５２の第４の合金にそれぞれ
対応している。図中の横軸は１時効処理後。
の形状回復する熱応動温度を示す図である。この図にお
いて１曲線１９曲線２９曲線３、及び曲線４は９表１に
示すＴｉ５ｇＮｉ、６の第１の合金、Ｔｉ４９．５ Ｎ
１５（１，５の第２の合金、 Ｔ１４ｑＮｉ ５１の第
３の合金、 Ｔｔ４ＢＮ１５２の第４の合金にそれぞれ
対応している。図中の横軸は１時効処理後。
２００〜３００℃４のスピードで急激に加熱昇温させた
ときの到達温度を示す。
ときの到達温度を示す。
図中の形状回復率は、４００℃の温度での時効における
２０瓢φの拘束径をゼロとし、溶体化処理時の直線形状
を１００とした時の回復度合を示すものである。
２０瓢φの拘束径をゼロとし、溶体化処理時の直線形状
を１００とした時の回復度合を示すものである。
曲線１は５０原子パ一セントＮｉ合金のため。
時効による析出物が出ないため９本発明に係る時効処理
の効果は認められない。曲線２９曲線３及び曲線４は、
５０．５．５１．０．５２．０とＮｉ原子パーセント
が徐々に増え、Ｎｉ過剰値であるため９本発明による効
果が認められている。またＮｉ濃度の増加に伴い熱応動
温度が上昇しているのは１時効によって析出したＴｉ３
Ｎｉ４の量がＮｉ濃度の増加とともに多くなることに起
因するものである。
の効果は認められない。曲線２９曲線３及び曲線４は、
５０．５．５１．０．５２．０とＮｉ原子パーセント
が徐々に増え、Ｎｉ過剰値であるため９本発明による効
果が認められている。またＮｉ濃度の増加に伴い熱応動
温度が上昇しているのは１時効によって析出したＴｉ３
Ｎｉ４の量がＮｉ濃度の増加とともに多くなることに起
因するものである。
第１乃至第３の合金の試料とも６００℃以下の温度では
１００％の形状回復の熱応動は認められない。
１００％の形状回復の熱応動は認められない。
また表中のＭｓ点は、 ｓｏｏ’ｃの溶体化処理後。
示差走査熱量計によって求められた。なお、これらの形
状回復温度は、それぞれの合金ともほぼＭｓ十加℃であ
る。
状回復温度は、それぞれの合金ともほぼＭｓ十加℃であ
る。
第１乃至第４の合金は次のように製造された。
高周波真空溶解法によって得られた表１の化学組成の合
金を温度９００℃で２時間の均一化処理後、熱間ロール
、および冷間加工により、厚さ約０．２圏の短冊状試料
とした。これに、８００℃の溶体化処理を施し、直線の
形状記憶処理を行った。次に、水中で急冷してＴｉＮｉ
単相化処理を施す。続いてこの試料を９弾性領域下で、
２０調φのパイプに巻きつけ、 ４００℃で２時間の拘
束時効処理を行う。そののち１００℃、２００℃。
金を温度９００℃で２時間の均一化処理後、熱間ロール
、および冷間加工により、厚さ約０．２圏の短冊状試料
とした。これに、８００℃の溶体化処理を施し、直線の
形状記憶処理を行った。次に、水中で急冷してＴｉＮｉ
単相化処理を施す。続いてこの試料を９弾性領域下で、
２０調φのパイプに巻きつけ、 ４００℃で２時間の拘
束時効処理を行う。そののち１００℃、２００℃。
３００℃、４００６Ｃ，５００℃、６００℃、７００℃
の温度にそれぞれ２００〜３００″Ｃ／ｅｃのスピード
で急激に加熱し、各試料の形状回復する熱応動温度を調
べた。その結果を示したのが第１図である。第２図は９
表１の第４の合金の拘束時効処理温度を変えたものの形
状回復度曲線を示している。この図において９曲線４１
９曲線４２２曲線４３９曲線４４、曲線４５は、２０ｍ
φパイプに拘束し９時効温度を２５０．３００．４００
．５００，６００℃でそれぞれ２時間処理して、これら
の試料を曲記実施例に係る第１乃至第４の合金同様の方
法で、形状回復挙動を調べた結果である。この図から明
らかなように、３００〜５００℃の範囲の温度での時効
が顕著な効果を示し、２５０℃では時効が不十分なため
に、 Ｔｉ３Ｎｉ４の析出が十分ではなく。
の温度にそれぞれ２００〜３００″Ｃ／ｅｃのスピード
で急激に加熱し、各試料の形状回復する熱応動温度を調
べた。その結果を示したのが第１図である。第２図は９
表１の第４の合金の拘束時効処理温度を変えたものの形
状回復度曲線を示している。この図において９曲線４１
９曲線４２２曲線４３９曲線４４、曲線４５は、２０ｍ
φパイプに拘束し９時効温度を２５０．３００．４００
．５００，６００℃でそれぞれ２時間処理して、これら
の試料を曲記実施例に係る第１乃至第４の合金同様の方
法で、形状回復挙動を調べた結果である。この図から明
らかなように、３００〜５００℃の範囲の温度での時効
が顕著な効果を示し、２５０℃では時効が不十分なため
に、 Ｔｉ３Ｎｉ４の析出が十分ではなく。
６００℃では、溶体化処理温度に近いため、 Ｔｉ３Ｎ
ｉ４の析出量が少いためであることが判った。
ｉ４の析出量が少いためであることが判った。
このように本発明によれば、従来の形状記憶効果に不可
欠とされていたマルテンサイト変態を利用しない従来と
原理を異にする時効処理によって生成されるＮｉ過剰析
出物の母相内への拡散を利用したことで形状回復効果に
よる応動が行われる熱応動素子用合金が得られる。また
。
欠とされていたマルテンサイト変態を利用しない従来と
原理を異にする時効処理によって生成されるＮｉ過剰析
出物の母相内への拡散を利用したことで形状回復効果に
よる応動が行われる熱応動素子用合金が得られる。また
。
本発明のＴｔＮｉ形状記憶合金に限らず低合金系におい
ても本発明の原理は、適用可能である。
ても本発明の原理は、適用可能である。
まだ９本発明によれば実用上、高温での熱応動機能を有
し、さらに、高温での熱応動が定量的に把えられるため
、炉内温度、あるいは発熱による異常発生の温度等の測
定素子として使用できる。
し、さらに、高温での熱応動が定量的に把えられるため
、炉内温度、あるいは発熱による異常発生の温度等の測
定素子として使用できる。
第１図は本発明の実施例に係る合金を８００℃で溶体化
処理後、４００℃で２時間拘束時効を行った試料の形状
回復率と加熱温度の関係を示している。 第２図は本発明の実施例に係る合金４を８００°Ｃで溶
体化処理後、異なる温度でそれぞれ拘束時効を行った試
料の形状回復率と加熱温度の関係を示している。
処理後、４００℃で２時間拘束時効を行った試料の形状
回復率と加熱温度の関係を示している。 第２図は本発明の実施例に係る合金４を８００°Ｃで溶
体化処理後、異なる温度でそれぞれ拘束時効を行った試
料の形状回復率と加熱温度の関係を示している。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、Ｎｉ５０．３〜５３．０原子パーセント、残部Ｔｉ
よりなる化学組成を有する合金であって、該合金の溶体
化により所定形状を呈してなることを特徴とする高温熱
応動素子用合金。 ２、Ｎｉ過剰ＴｉＮｉ合金を該合金の溶体化温度で溶体
化して形成される第１の形状と、上記第１の形状を呈す
る上記合金を当該合金の弾性域内で拘束し、時効処理を
施して、上記合金の母相と整合を有するＮｉ過剰相を異
方性析出させることにより形成される第２の形状とを有
し、上記第２の形状を呈する上記合金を実質的に上記Ｎ
ｉ過剰析出相の析出温度以上で急加熱して上記Ｎｉ過剰
析出相を上記母相に溶け込ますことにより上記第１の形
状に回復することを特徴とする高温熱応動素子。 ３、特許請求の範囲第２項に記載された高温熱応動素子
において、上記Ｎｉ過剰析出相を析出させ、第１の形状
に回復する温度は６００℃以上であることを特徴とする
高温熱応動素子。 ４、特許請求の範囲第２項又は第３項に記載された高温
熱応動素子において、上記溶体化温度は８００〜１１０
０℃の範囲内であることを特徴とする高温熱応動素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63000092A JP2631989B2 (ja) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | 高温熱応動素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63000092A JP2631989B2 (ja) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | 高温熱応動素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01177329A true JPH01177329A (ja) | 1989-07-13 |
| JP2631989B2 JP2631989B2 (ja) | 1997-07-16 |
Family
ID=11464473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63000092A Expired - Lifetime JP2631989B2 (ja) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | 高温熱応動素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2631989B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119634751A (zh) * | 2023-09-15 | 2025-03-18 | 中国科学院金属研究所 | 一种提高4D打印TiNi基形状记忆合金超弹性能的方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5928548A (ja) * | 1982-08-06 | 1984-02-15 | Kazuhiro Otsuka | 超弾性、非可逆形状記憶性Ｎｉ−Ｔｉ基合金材とその製造方法 |
-
1988
- 1988-01-05 JP JP63000092A patent/JP2631989B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5928548A (ja) * | 1982-08-06 | 1984-02-15 | Kazuhiro Otsuka | 超弾性、非可逆形状記憶性Ｎｉ−Ｔｉ基合金材とその製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119634751A (zh) * | 2023-09-15 | 2025-03-18 | 中国科学院金属研究所 | 一种提高4D打印TiNi基形状记忆合金超弹性能的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2631989B2 (ja) | 1997-07-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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