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JP3881741B2 - ＮｉＭｎＧａ合金 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として通常の生活環境温度近傍でマルテンサイト変態に伴う逆変態終了温度並びにキューリー温度を所定の範囲で任意に設定でき、外部磁場によりその環境温度で形状記憶効果を示すＮｉＭｎＧａ合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＴｉＮｉ合金やＣｕＺｎ合金等の形状記憶合金は、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及び超弾性を示すことが知られている。ここでの形状記憶効果とは、マルテンサイト相で外部応力によって受けた変形が母相に逆変態すると同時に回復することを示している。殊にＴｉＮｉ合金は最も性能の優れた形状記憶合金として知られており、例えば住宅の換気口，エアコン，炊飯器，シャワーバルブ，メガネフレーム，携帯電話アンテナ等に幅広く使用されている。
【０００３】
ところで、Ｎｉ２ＭｎＧａ合金もマルテンサイト変態を示すが、このＮｉ２ＭｎＧａ合金の場合は一般に低温相からホイスラー型の高温相に逆変態する時に常磁性から強磁性に変わることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したＮｉ２ＭｎＧａ合金の場合、低温相から高温相に逆変態する時に常磁性から強磁性に変わる性質を有しているが、現状では逆変態終了温度を変える術が見い出されていないため、通常の生活環境温度近傍での機能素子，例えば形状記憶合金として利用することができないという難点がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、通常の生活環境温度近傍でマルテンサイト変態に伴う逆変態終了温度並びにキューリー温度を持ち、形状記憶合金へ適用可能なＮｉＭｎＧａ合金を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、化学組成式Ｎｉ２＋ＸＭｎ１−ＸＧａ（但し、０．１０≦Ｘ≦０．３０［モル］）で表わされるＮｉＭｎＧａ合金であって、マルテンサイト変態に伴う逆変態終了温度が−２０℃以上を示すと共に、外部磁場によってマルテンサイト変態の逆変態誘起に伴って形状が変化するＮｉＭｎＧａ合金が得られる。
【０００７】
又、本発明によれば、上記ＮｉＭｎＧａ合金において、ＮｉＭｎＧａ合金は、逆変態終了温度を−２０℃〜５０℃の範囲で任意に設定できると共に、キューリー温度を６０℃〜８５℃の範囲で任意にできるＮｉＭｎＧａ合金が得られる。
【０００８】
【作用】
本発明のＮｉＭｎＧａ合金は、Ｎｉ及びＭｎの組成比を変えることで逆変態終了温度を所定の範囲で任意に変えることができ、又マルテンサイト変態に起因した形状記憶効果を示すことを見い出したものである。即ち、本発明のＮｉＭｎＧａ合金は、化学組成式Ｎｉ２＋ＸＭｎ１−ＸＧａで表わされるＮｉＭｎＧａ合金における組成比パラメータＸ［モル］を０．１０≦Ｘ＜０．３０の範囲で選ぶことによって、マルテンサイト変態に伴う逆変態終了温度を−２０℃〜５０℃の範囲で任意に設定でき、同時にキューリー温度を６０℃〜８５℃の範囲で任意にできる。しかも、このＮｉＭｎＧａ合金は、外部磁場によってマルテンサイト変態の逆変態を誘起させることで予め受けた歪みの解放を起こさせる形状記憶効果を示す。従って、このＮｉＭｎＧａ合金は、通常の生活環境温度近傍でマルテンサイト変態に伴う逆変態終了温度及びキューリー温度を持つという新しい機能が付加されるため、例えば形状記憶合金等として通常の生活環境下で様々な分野での利用が可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に実施例を挙げ、本発明のＮｉＭｎＧａ合金について詳細に説明する。最初に、本発明のＮｉＭｎＧａ合金の概要を簡単に説明する。本発明は、Ｎｉ２ＭｎＧａ合金におけるＮｉ及びＭｎの組成比を変えることで逆変態終了温度を所定の範囲で任意に変えることができ、しかもマルテンサイト変態に起因した形状記憶効果を示すことを見い出したものである。
【００１０】
具体的に云えば、本発明のＮｉＭｎＧａ合金は、化学組成式Ｎｉ２＋ＸＭｎ１−ＸＧａで表わされるＮｉＭｎＧａ合金における組成比パラメータＸ［モル］を０．１０≦Ｘ＜０．３０の範囲とする。これによって、マルテンサイト変態に伴う逆変態終了温度Ａｆを−２０℃〜５０℃の範囲で任意に設定でき、同時にキューリー温度Ｔｃを６０℃〜８５℃の範囲で任意にできる。しかも、このＮｉＭｎＧａ合金は、外部磁場によってマルテンサイト変態の逆変態を誘起させることで予め受けた歪みの解放を起こさせる形状記憶効果を示す。
【００１１】
そこで、以下はこうしたＮｉＭｎＧａ合金をその製造方法を合わせて具体的に説明する。
【００１２】
先ず化学組成式Ｎｉ２＋ＸＭｎ１−ＸＧａで表わされるＮｉＭｎＧａ合金における組成比パラメータＸ［モル］をそれぞれ変えて総計１０種のＮｉＭｎＧａ合金を用意した。
【００１３】
次に、これらのＮｉＭｎＧａ合金をアルゴンアーク法で溶解，鋳造した後、粉砕して各種ＮｉＭｎＧａ合金粉末とした。更に、これらのＮｉＭｎＧａ合金粉末を２５０メッシュ以下で篩にかけたものをプレスして８００℃×４８時間の条件下で焼結を行った後、口径φ５ｍｍの棒状サンプルとした。
【００１４】
そこで、得られた棒状サンプルの各種ＮｉＭｎＧａ合金に関して、逆変態終了温度Ａｆ及びキューリー温度Ｔｃを測定したところ、表１に示すような結果（ＮｉＭｎＧａ合金の組成比パラメータＸの具体的数値並びにその場合の化学組成式を含む）となった。
【００１５】
【表１】
Figure 0003881741
【００１６】
表１からは、組成比パラメータＸ［モル］を０〜０．０５の範囲とした試料Ｎｏ．１〜３の比較例のものは、逆変態終了温度Ａｆが−５０℃〜−３３℃の範囲にあり、キューリー温度Ｔｃが９８℃〜１０５℃の範囲にあって、逆変態終了温度Ａｆ及びキューリー温度Ｔｃが生活環境温度近傍からやや外れているのに対し、組成比パラメータＸ［モル］を０．１０〜０．３０の範囲とした試料Ｎｏ．４〜８の実施例のものは、逆変態終了温度Ａｆが−２０℃〜５０℃の範囲にあり、キューリー温度Ｔｃが５７℃〜８５℃の範囲にあって、逆変態終了温度Ａｆ及びキューリー温度Ｔｃが生活環境温度近傍にあることが判る。又、組成比パラメータＸ［モル］を０．４０〜０．５０の範囲とした試料Ｎｏ．９〜１０の比較例のものは、逆変態終了温度Ａｆが−５０℃〜−３０℃の範囲にあり、キューリー温度Ｔｃが９０℃〜１００℃の範囲にあるため、この場合も逆変態終了温度Ａｆ及びキューリー温度Ｔｃが生活環境温度近傍からやや外れていることが判る。
【００１７】
次に、上述した製造工程を経て得られた各種ＮｉＭｎＧａ合金によるサンプルを約−２００℃の液体窒素を用いて１０度程度曲げた後、全部のサンプルを逆変態終了温度Ａｆ以上となる約７０℃の温水に入れ、それぞれの形状変化を観察して形状記憶効果の是非を調べた。
【００１８】
この結果、試料Ｎｏ．４〜８の実施例のものは、曲げ１０度に対して２〜３度の形状回復を示したのに対し、試料Ｎｏ．１〜３及び試料Ｎｏ．９〜１０の比較例のものは何れも殆ど形状回復を示さなかった。
【００１９】
更に、約２０℃の室温で逆変態終了温度Ａｆが５０℃の試料Ｎｏ．５のサンプルに外部から磁場を印加することで、逆変態が誘起されたか否かを調べた。この結果、上述した場合と同様に曲げ１０度に対して２〜３度の形状回復を示し、変態が誘起されることが判った。因みに、同様な実験を約−６０℃のドライアイスアルコール液を用いて試料Ｎｏ．３の比較例のものと試料Ｎｏ．４及び試料Ｎｏ．８の実施例のものとについて行ったところ、同様に外部磁場の印加によって変態が誘起され、それに伴って若干の形状変化を示すことが確認できた。
【００２０】
以上の結果により、試料Ｎｏ．４〜８の実施例のものは、おおよそ逆変態終了温度Ａｆ及びキューリー温度Ｔｃが生活環境温度近傍にあり、外部磁場によってマルテンサイト変態の逆変態を誘起させることで予め受けた歪みの解放を起こさせる形状記憶効果を示すことが判った。
【００２１】
【発明の効果】
以上に述べた通り、本発明のＮｉＭｎＧａ合金によれば、Ｎｉ２ＭｎＧａ合金におけるＮｉ及びＭｎの組成比を変えることにより、従来に無い新規な材料としての特性，即ち、通常の生活環境温度近傍でマルテンサイト変態に伴う逆変態終了温度及びキューリー温度を所定の範囲で任意に変え得るようになると共に、外部磁場を印加することによってマルテンサイト変態の逆変態を誘起させて形状記憶効果を示すようになり、しかも逆変態終了温度及びキューリー温度の相互の温度差が近いため、例えば形状記憶合金等として通常の生活環境下で様々な分野での利用が可能になる。

Claims (2)

  1. 化学組成式Ｎｉ２＋ＸＭｎ１−ＸＧａ（但し、０．１０≦Ｘ≦０．３０［モル］）で表わされるＮｉＭｎＧａ合金であって、マルテンサイト変態に伴う逆変態終了温度が−２０℃以上を示すと共に、外部磁場によってマルテンサイト変態の逆変態誘起に伴って形状が変化することを特徴とするＮｉＭｎＧａ合金。
  2. 請求項１記載のＮｉＭｎＧａ合金において、前記ＮｉＭｎＧａ合金は、前記逆変態終了温度を−２０℃〜５０℃の範囲で任意に設定できると共に、キューリー温度を６０℃〜８５℃の範囲で任意に設定できることを特徴とするＮｉＭｎＧａ合金。
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