JPH101761A

JPH101761A - ニッケルチタン合金材の製造方法

Info

Publication number: JPH101761A
Application number: JP15265496A
Authority: JP
Inventors: 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
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1996-06-13
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 1998-01-06

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、チタン及びアルミニウムの３
枚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、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５７−４３
３６５号、「塑性と加工」（日本塑性加工学会誌、第２
９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５７−４３３６５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、ニッケルシート材、チタンシート材、
及び第３の元素による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方法にしている。

【０００８】この方法によれば、第３の元素によるシー
ト材によりＮｉ−Ｔｉ合金材の変態温度の調整が行え、
減面加工及び冷間加工によりボイドの発生が防止され
（これにより曲げ耐久性が向上する）、続く拡散加熱に
よってＮｉ及びＴｉの損失がなくなる。この結果、当初
に予定した組成から製品状態の組成にずれが生じないよ
うにすることができる。

【０００９】前記第３の元素によるシート材は、Ａｌ、
Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ａｕのいず
れかの元素で構成されたものを用いることができる。こ
れによれば、用途、目的等に応じて最適な素材を選択す
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】この金属材によれば、焼鈍状態で１０ｋｇ
ｆ／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４２．０〜５
１．５％、前記第３の元素が８％以下、残部がＴｉによ
る組成にすることができる。この組成によれば、第３の
元素によってＮｉ−Ｔｉ合金材の変態温度調整が行え、
所望の組成を得ることができるので、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、ニッケルシー
ト、チタンシート及びアルミニウム（Ａｌ）シートの３
枚を重ね巻きして積層複合体１が作られる（処理１０
１）。積層複合体１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Ｎ
ｉが４２．０〜５１．５％、前記第３の元素が８％以
下、残部がＴｉ）に見合うシート板厚の材料を用い。ま
た、積層回数は製品（パイプ継手、携帯電話のアンテナ
材等）の太さ（径）に見合ったものにする。

【００１２】なお、アルミニウムを第３添加元素として
添加する理由は、Ｎｉ−Ｔｉ２元素系合金の変態温度調
整を行うためである。なお、アルミニウムに代えて、例
えば、Ｖ（バナジウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｎ（マン
ガン）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｃｕ（銅）、
Ｎｂ（ニオブ）、Ａｕ（金）の内の１つを用いることが
できる。

【００１３】積層複合体１を母材として、この積層複合
体１の表面にＣｕ層２が設けられる（処理１０２）。Ｃ
ｕ層２は、積層複合体１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２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）。この段階でＴｉ−Ｎｉ−Ａｌ合金材が得られ
る。

【００１４】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％以上の冷間加工を
施し（処理１０６）た後、例えば２００〜６００℃の温
度範囲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。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及び時効熱処理
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。

【００１５】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材にす
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。

【００１６】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。また、拡散段階では、ニッケルに比べてチタン
の拡散速度が早く、チタン材の存在していた部分に拡散
によってボイドが発生する。このボイドは拡散加熱処理
後に線材を減面加工することにより大部分は消失する
が、線材の曲げ繰り返し特性はボイドのない線材に比べ
て低い特性になる。しかし、減面加工を施すことによ
り、拡散加熱処理における拡散時間を短くすることがで
き、また、濃度の不均一をなくすことにより目的とする
金属間化合物のみを生成することができる。更に、拡散
前のシート間距離を短くできることにより、拡散後に発
生するボイドの大きさが微小化され、結果として拡散後
の減面加工後においてもボイドの痕跡を残さずに済み、
線材の曲げ繰り返し特性にも悪影響を及ぼさないという
相乗効果を得ることができる。

【００１７】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。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。（実施例１）板厚０．１ｍｍの工業用純ニッケルシー
ト、板厚０．１５４ｍｍの工業用純チタンシート、及び
板厚０．００３ｍｍの工業用純アルミニウムシートを重
ね巻きして積層複合体１を形成した。これを工業用純銅
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Ａ_S点を測定したところ、５．
１℃であった。

【００１９】（実施例２）板厚０．０９８ｍｍの工業用
純ニッケルシート、板厚０．１６ｍｍの工業用純チタン
シート、及び板厚０．００２ｍｍの工業用純Ｆｅシート
を重ね巻きして積層複合体１を形成した。これを工業用
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。そして、得られた線材についてＡ_S点を測
定したところ、１６．０℃であった。

【００２０】（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０．１５９ｍｍの工業用純チタンシート、及び板厚
０．００６ｍｍの工業用純アルミニウムシートを重ね巻
きして積層複合体１を形成した。これを工業用純銅管に
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。得られた線材ついてＡ_S点を測定したところ、７
７．７℃であった。

【００２１】なお、工程途中での減面加工を伸線して線
材を得るものとしたが、圧延にすれば、線材ではなく、
板材を製造することができる。また、Ｃｕ層２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２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。

【００２２】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明は、ニッケル
シート材、チタンシート材及び第３の元素によるシート
材の３枚シート材を積層状態に密巻きにして形成して積
層複合体を形成し、その厚みが所定値になるまで減面加
工し、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過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、変態温度の安定化、工程の合理
化による低コスト化が可能になる。

【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積層複合体２Ｃｕ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

【特許請求の範囲】

【請求項１】ニッケルシート材、チタンシート材、及び
第３の元素による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。
【請求項２】前記第３の元素によるシート材は、Ａｌ、
Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ａｕのいず
れかの元素で構成されて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。
【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。
【請求項４】前記ニッケルチタン合金材は、原子％でＮ
ｉが４２．０〜５１．５％、前記第３の元素が８％以
下、残部がＴｉによる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。
【請求項５】前記積層複合体は、シート材をニッケル又
はチタンの芯材の上に積層状に密巻して形成されること
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。