JPS59219443A - 多変化型形状記憶合金及びその製造法 - Google Patents

多変化型形状記憶合金及びその製造法

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JPS59219443A
JPS59219443A JP9450283A JP9450283A JPS59219443A JP S59219443 A JPS59219443 A JP S59219443A JP 9450283 A JP9450283 A JP 9450283A JP 9450283 A JP9450283 A JP 9450283A JP S59219443 A JPS59219443 A JP S59219443A
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shape
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alloy
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Katsuji Kusaka
草加 勝司
Takasumi Shimizu
孝純 清水
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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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】 本発明は、多変化型形状記憶合金及びその製造法に係り
、特に形状回復形態か複数に変化する、換言すれば温度
変化によって元の形状に回復する時、−挙にその形状に
回復するのではなく、段階的に或いは連続的に形状変化
するようにした、形状記憶合金並びにその製造方法に関
するものである。
近年、ユニークな機能性材料として注目を浴びている形
状記憶合金は、一般に熱弾性型マルテンサイ1−変態を
起ごず形状記憶合金合金−Cあって、臨界温度に加熱さ
れると、以前の低い温度における形状から、その合金の
元の形状に復元し始めるか、或いは復元しようとする素
材のことである。そし′ζ、このような合金歯材は臨界
温度、つまり変態(熱弾性型マルテンサイI−変態)温
度と呼ばれる温度で開始する相変化をするのか特徴であ
り、そのような合金累月としては、従来からN +−1
″i。
N1−−ΔA、C,u−Zri系、Cu−Δβ−Ni等
の形状記1.1合金素月か知られCいる。
とごろで、このような従来からの形状記憶合金+A利は
、何れも熱力向、例えば冒温方向若しくは降温方向に対
して一変形、例えは直線状態から湾曲乃仝は屈曲状態、
またはその逆方向に変形するだのであるため、そのよう
な月)’−1を用いてスイ。
千等を構成すると、熱によって該形状記憶合金か一変形
し、ON→OFF、OFF−ONの一変化のみか惹起さ
れることとなる。もし、この場合、熱力向に対し−C二
変形、或いはそれ以上に変形する形状記1q合金からな
るトハ応答作動子があれば、ON−OF F→ON 、
 OF F −ON−→ON等と複数に変化するスイ・
7チを構成することが出来、極めて有用なスイッチ作動
を行なわ・已得ることとなる。
マタ、ON、OFF作動のバルブにあっても、その弁体
を作動−uしめるハネとして熱方向に対して複数の変形
乃至は連続的な変形形態を取り(4る形状記憶合金から
成るものを使用することが出来れば、周囲の温度変化に
よってON、OI”Fばがりでな(、その流量を調節し
く7るバルブとしでも使用し得る利点が生ずるのである
本発明は、かかる事情を背景にしC為されたものであっ
て、その目的とするところは、温度変化による元の形状
への回復に際して、複数の形状回復形態をとって多様に
変化する、形状記憶合金及びその時造法を提供すること
にある。
そして、この目的を達成するために、本発明にあっては
、熱弾性型マルテンサイト変態を起こす形状記憶合金に
おいて、その一つの形状内に変態温度の異なる部分を設
G〕、温度変化により形状回復するに際して、複数の形
状回復形態を取り得るようにしたのである。
このように、かかる本発明に従う形状記憶合金にあって
は、一つの形状内に一体的にマルテンサ・イト変態’l
+!!、度の異なる部分が形成されているところから、
それぞれの異なる変態温度に応して、それぞれの部分か
形状記1,0劾果を発揮しく逆変態を惹起し)、以て−
・りの一体的な部Hにおいて、その形状の一部分に前記
各逆変態に従う形状回復形態を現出ゼしめ、5これによ
り複数の形状内(夏形態を取ることとなるのである。
因みに、第1図には、本発明に従う多変化型形状記1.
1合金から成るコイルスプリングの形状変化形態がモデ
ル的に示されている。この第1図において、スプリング
2の左半分と右半分とは(図において)、マルテンザイ
ト変態温度(Ms)が異なゲ(おり(例えば左側部分か
低く、右側部分が高いlvl sをT=jするようにさ
れている)、そしてかかるスプリング2か、通富の手法
に従って記1、a処理<a> された後、変形せしめら
れ(b)、そしてこの変形されたものに対して加熱が行
なわれると、まず低いMS点を超えるように加熱せしめ
る(C)工程において、スプリング2の左半分の部分が
逆変態を惹起して、記i1させられた元の形状を回復す
るのである。さらに、加熱が続りられて、高いMs点を
超えるように加熱する(d)工程においては、右半分の
スプリング部分にも変形が惹起されて、元の記憶形状を
回復し、全体としても元の記憶された形状に戻ることと
なるのである。
このように、一つの形状内に変態’IA!1度二MSが
異なる部分を有することにより、温度変化に従う元の記
憶形状への回復に際して、?Mfiの形状回復形態か惹
起されるようになるのである。
また、第2図には、本発明に従う形状記1意合金をスイ
ッチに適用した一例が示されており、そごにおいて、4
は、本発明に従う形状記1意合金からなるスイッチ素子
であり、通當の記憶処理(a)が施され、そして変形さ
れた(b)スイッチ;も子4は、温度の上昇に伴って、
その形状の一部う(の変態温度:MSの違いによって、
それぞれ(C)。
(d)工程の如く、異なる形状回復形態をとり、以て各
接点6に接続−Uしめられるようになるのである。この
ように、温度の上昇に従って、スイッチ素イ4は複数の
形状回復形態を取り得るとごろから、温度に従って複数
の作動態様を行なわせ得るのである。
ここにおいて、かかる本発明に用いられる形状記憶合金
とは、熱弾性型マルテンサイト変態を起こす合金材料で
あって、例えば’l’1−Ni、Ni−Al!、Cu−
Zn、Cu−Zn−X (X=S i。
Sn、A6.Ga)、Cu−Al2−Ni等の公知の各
種のものを挙げることが出来、そしてこのような合金組
成の形状記憶合金において、その合金成分の一部のもの
か(二成分系合金の場合はそのうちの一成分が、また三
成分系の場合はそのうちの一成分若しくは二成分が)、
該形状比1.a合金から成る所定形状の物体において、
場所的に部分的に不均一とされることにより、換言すれ
ば一般に不均一な合金組成の部分が形状記憶合金材料(
物体)内に形成されることにより、一つの形状内におい
てマルテンサイト変態温度:MSの異なる部分が形成さ
れるのである。
なお、このマルテンサイト変態温度: M s ハ、か
かる形状記憶合金から成る物体の長手方向、或いは幅方
向において好適に変化せしめられるものであるが、また
その物体の厚さ方liJ Lこ変化せしめられたもので
あっても、何等差支えない。また、このような一つの形
状内に付与される変態温度の異なる部分は、該変態温度
が段階的に変化する部分として、或いは該変態温度が連
続的に変化する部分として、かかる形状記憶合金から成
る物体に形成されることとなるのである。
そして、このような一つの形状内に変態温度の異なる部
分を有する形状記憶合金(物体)は、その所定形状への
成形時に材質(合金組成)の異なる合金材料を用い°乙
一体的な形状の物体と為すことにより実現され得るもの
であるが、本発明に従う合金材料は、また次の如き手法
によって好適に製造することが可能である。
すなわち、その一つは、所定の形状比1.1効果を発現
し得る合金組成から成り、且つ所定形状が伺与された形
状記憶合金相れ1に刻して、その合金成分の一部のもの
に優先的に結合する元素を場所的に不均一に侵入せしめ
ることにより、熱弾性型マルテンサイト変態温度の異な
る領域を形成せしめる手法である。より具体的には、形
状記憶合金として、i’ i −N i合金を用いた場
合において、窒素や炭素等はその合金成分たる1゛iと
優先的に結合する元素であるところから、そのような形
状比1意合金利料を、場所的に不均一に浸炭処理或いは
窒化処理することにより(処理温度を異ならしめ 。
るごと等により)、その浸入せしめた元素にて形状記憶
合金成分の一方の成分(T+)と化合物を形成せしめて
、他力の成分(Ni)との合金組成を変化せしめるもの
であって、これによりマルテンサイト変態温度の異なる
部分が一つの形状内に効果的に形成され得るのである。
また、もう一つの自利な型造法としては、所定の形状比
1意効果を発現し得る合金組成の、所定形状を有する形
状比1意合金利料に対して、その合金成分の一部のもの
と固溶体をつくる少なくとも一種の元素を、場所的に不
均一に含有せしめることにより、熱弾性型マルテンサイ
ト変態温度の異なる領域を形成せしめるようにする手法
が採用される。より具体的には、例えばNiと′「iを
主成分とする形状記憶合金に、Niまたはi’ iと固
溶体をつくる一種以上の元素、例えばAl1.Si等が
不均一に添加、含有せしめられる手法である。このよう
な所定の元素の不均一な添加、含有は、そのような元素
を形状記憶合金材料の表面に付着させ、それを不均一に
加熱することにより、換言すれば場所的に加熱温度を異
ならしめて、該形状記憶合金材料内に浸透する前記元素
量を変化せしめること等によって行なうことが可能であ
る。そして、この浸透せしめられた元素は、合金材料内
において、合金成分(Niまたば′I″i)と固溶体を
形成し、以て合金組成が容易に変化せしめられることと
なり、それ故この浸透元素量を異ならしめることによっ
て、マルテンサイト変態温度の異なる領域が容易に形成
せしめられ得るのである。
なお、上記二つの方法は、形状記憶合金を加工し゛(所
定の素側形状(例えば、線月、棒祠、板+Aなと)に仕
上りだ後、実施し得るものであり、この点におい一〇優
れた特徴を自するものである。
そして、か(の如き各種の手法により製造される、本発
明に従う多変化型形状記憶合金は、その一つの形状内に
(=J与された変態温度の異なる部分の存在によって、
広い温度範囲にわたり、段階的に或いは連続的に、複数
の形状回(夏形態を現出するものであり、そしてこれに
よ、って、かかる形状記憶合金の用途を著しく拡大しH
Hだのである。例えは、その具体的な用途としては、温
度により流量をコンI・ロールする弁、或いは風量をコ
ントl」−ルするもの等、従来ON、OFF?作動、換
訂ずれば一変化形態で使用されていた形状記憶合金の用
途全体にねたつ′C適用され(畳るものであり、特に温
度変化(熱方向)に対して予変形する熱応答作動子とし
°C有利に用いられるものである。
以下に、本発明の実施例を示し、本発明を更に具体的に
明らかにするか、本発明がそれらの実施例の記載によっ
て何等の制約をも受IJるものではないこと、言うまで
もないところである。
実施例 I MS=35℃(Af=50℃)の変態点を自する、50
原子%Ni50原子%i’ i形状記憶合金利料を、溶
融したAβ浴を通過ゼしめるごとにより、その表面にA
!を:、+−ティングした。
ついで、かかるAβをコーティングした形状記憶合金利
料を、一端側か水冷され、他端側が900℃に加熱され
て、その間が連続した温度勾配をもって変化せしめられ
“ζいる炉内に入れ、5時間の熱処理を行なうことによ
り、A llを材料肉に浸透ゼしめて、長手方向に八で
の浸透量が連続的に変化する形状記憶合金)1料を得た
。なお、この熱処理炉内の雰囲気はAr (1気圧)で
あった。
かくしてiυられたΔβ浸透形状記↑5a合金にて、引
張型のコイルハネを製作し、3 (1(1”Cの/I!
!L度で3時間の記憶処理を行なった。
こうし°C記憶処理された形状記憶合金から成るコイル
バネを、室温状態で垂直に吊し、−ト端に所定の重錘を
伺りて、温度を変化させた場合にお&、する、かかるコ
イルハネの変化状態を調査し、その結果を第3図に示し
た。
第3図の結果から明らかなように、長手方向にΔaのl
d透尾を異ならしめた形状記憶合金合金から成るコイル
ハネは、広い温度範囲にわたり非直線的に変化が現れ、
複数の形状回復形態が惹起され得るものであることか認
められた。
実施例 2 2だ路側■て用いられた形状記憶合金合金材料と同様な
1、MS=35℃(Δf=50℃)の変態点を有−Jる
、50原J’ %6 N i−5Q原子%T i合金を
、N2雰囲気下において、炉温か片端では10 (10
℃に加):(シされ゛(jfllめられ、もう一方の端
部が水冷されて低十−1しめられ−Cいる炉内に装入し
、5時間の熱処理をfiなうことにより、長手方向に不
均一・な窒化処理を施した。
このようにして得られた、長手方向の一部分(一端側部
分)か窒化処理された形状記憶合金利料で、実施例1と
同様にしてコイルハネを作成し、333憶処理を施した
ものについて、その形状変化を評価したところ、窒化処
理の施されているハネ部分が、低温で元の形状に回復す
る一力、窒化処理が進行していないハネ部分は、より高
い温度において形状Dfi作用が現れ、全体として複数
の形状回復形態を取り得ることか認められた。
実施例 3 M s ・= 35℃(Af=50℃)の変態点を有す
る、50原子%N i −50原子%i” i 形状記
憶合金線月の一部に黒り1)を塗布し、これを、息空中
で900℃の温度に2時間加鉛5するごとにより、浸炭
処理を施した。
かく(7て得られた、部分的に浸炭処理されることによ
りCが浸入せしめられて、T iと(y先約に結合せし
められた部53は、浸炭処理されていない元の材料部分
に比べて変態点の低下か認められ、温度変化によって、
かかる材利か複数の形状回復形態を示す形状記憶合金利
料であることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、本発明に従う形状記憶合金材料の
形状変化形態を示す説明図であり、第3図は実施例1に
おいてi!Iられた、本発明に従う形状記1.α合金利
料の加熱温度に対する変位量を示すグラフである。 2:コイルスプリング 4:スイソチ素子 出願人 大同特殊鋼株式会社

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)熱弾性型マルテンザイト変他を起こす形状記憶合
    金であって、一つの形状内に変態温度の異なる部分を口
    し、複数の形状回復形態を惹起せしめる多変化型形状記
    憶合金合金。
  2. (2)前記マルテンサイト変態温度の異なる部分が、該
    変態温度が段階的に変化する部分として形成されている
    特許請求の範囲第1項記載の形状記憶合金。
  3. (3)前記マルテンサイト変態温度の異なる部分が、該
    変態温度が連続的に変化する部分として形成されている
    特許請求の範囲第1項記載の形状記憶合金。
  4. (4)所定の形状記憶効果を発現し得る合金組成の形状
    記憶合金材料に対して、その合金成分の一部のものニ1
    籠先的に結合する元素を場所的に不均一に侵入せしめる
    ことにより、熱弾性型マルテンサイト変態温度の異なる
    領域を形成せしめることを特徴とする多変化型形状記憶
    合金の製造法。
  5. (5)所定の形状記憶効果を発現し得る合金組成の形状
    記憶合金材料に対して、その合金成分の一部のものと固
    溶体を作る少なくとも1種の元素を場所的に不均一に含
    有せしめることにより、熱弾性型マルテンサイト変態温
    度の異なる領域を形成せしめることを特徴とする多変化
    型形状記憶合金の製造法。
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