JP3881741B2 - NiMnGa合金 - Google Patents
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Description
【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】
【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)
- 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。
- 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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