JPH03285066A - Surface treatment of shape memory alloy - Google Patents
Surface treatment of shape memory alloyInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は医療分野を中心に広く一般産業で利用される
形状記憶合金の表面処理方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for surface treatment of shape memory alloys, which is widely used in general industry, mainly in the medical field.
（従来の技術）
５０％Ｔｉ−５０％Ｎ１合金（以下、Ｔ１Ｎｉ合金とい
う）を代表とする形状記憶合金は、人工歯根、整形外科
インブラントなどの材料としＣ医療分野を中心に広く一
般産業で利用されている。(Prior art) Shape memory alloys, represented by 50% Ti-50% N1 alloy (hereinafter referred to as T1Ni alloy), are widely used in general industry, mainly in the medical field, as materials for artificial tooth roots, orthopedic implants, etc. It's being used.
しかし、医療分野では人間の体液が塩化ナトリュウム（
ＮａＣ１）などのイオンを含む高腐食性溶液であるため
、この環境下でＴ１Ｎｉ合金を使用すると、合金成分で
あるＮｉのイオンが溶出するようになる。Ｎｉイオンは
微量でもアレルギーや腫瘍などの生体為害作用や組織刺
激性をもっている。However, in the medical field, human body fluids are treated with sodium chloride (
Since it is a highly corrosive solution containing ions such as NaC1), if the T1Ni alloy is used in this environment, the ions of Ni, which is an alloy component, will elute. Even in minute amounts, Ni ions have harmful effects on organisms such as allergies and tumors, and are irritating to tissues.
そこで、Ｎｉイオンの溶出を抑制するために、従来はイ
オンブレーティング装置や化学的気相蒸着装置を用いて
、ＴｉＮ、Ｔ１ＣＮなどの薄膜をＴ１Ｎｉ合金の表面に
被覆していた。Therefore, in order to suppress the elution of Ni ions, the surface of the T1Ni alloy has conventionally been coated with a thin film of TiN, T1CN, etc. using an ion blating device or a chemical vapor deposition device.
第５図は従来のイオンブレーティング装置を示すもので
、同図において、３１は形状記憶合金であるＴ１Ｎｉ合
金の基板、３２はＴｉ金属蒸発源ハース、３３は真空ポ
ンプ、３４は蒸発させるＴｉ金属、３５はホローカソー
ド電子銃、３６はホローカソード電子銃３５とＴｉ金属
蒸発源ハース３２に印加する放電用電源、３７は電子ビ
ーム、３８はＮ、ガスを流すノズル、３９は一部イオン
化されたＮ、ガス、４０は基板に印加するバイアス電源
、４１は真空容器である。第６図（ａｌおよび（ｂｌは
形状記憶合金であるＴ１Ｎｉ合金の基板３ＩにＴｉまた
はＴｉＮ薄膜４２を被覆したときの膜構造を示しており
、特に、第６図１８１は薄膜形成後の状態を示し、第６
図１８１は形状回復処理後の状態を示している。FIG. 5 shows a conventional ion blating device, in which 31 is a substrate of T1Ni alloy which is a shape memory alloy, 32 is a Ti metal evaporation source hearth, 33 is a vacuum pump, and 34 is a Ti metal to be evaporated. , 35 is a hollow cathode electron gun, 36 is a discharge power supply applied to the hollow cathode electron gun 35 and the Ti metal evaporation source hearth 32, 37 is an electron beam, 38 is a nozzle for flowing N gas, and 39 is a partially ionized N gas, 40 a bias power supply applied to the substrate, and 41 a vacuum container. FIG. 6 (al and (bl) show the film structure when a Ti or TiN thin film 42 is coated on a substrate 3I of T1Ni alloy, which is a shape memory alloy. In particular, FIG. 6 181 shows the state after the thin film is formed. Show, 6th
FIG. 181 shows the state after shape recovery processing.
次に、第５図に示されるイオンブレーティング装置ニよ
って、Ｔｊココ−ィングする手順について説明する。Next, a procedure for performing Tj cocoing using the ion blating apparatus shown in FIG. 5 will be explained.
まず、真空容器４１を真空ポンプ３３で真空排気した後
、ホローカソード電子銃３５に放電用Ａｒガスを流しな
がら、ホローカソード電子銃３５とハース３２との間に
、数ｌＯ〜１ｏｏｖの直流電圧を放電用電源３６で印加
すると、放電が開始される。そのとき、ホローカソード
電子銃３５内でのホローカソード放電により生成する多
量の電子ビーム３７はＴｉ金属蒸発源ハース３２内のＴ
ｌ金属３４に照射され、その電子衝撃による加熱により
、Ｔｉ金属３４は溶解され、Ｔｉ蒸気を発生する。この
Ｔｉ蒸気は電子ビーム３７およびホローカソード放電に
より形成されるＡｒイオンとの衝突により、その一部が
イオン化されるようになる。形状記憶合金であるＴ１Ｎ
ｉ合金の基板３１には、数１０Ｖの負の直流バイアス電
圧がバイアス電源４０によって印加されているので、イ
オン化されたＴｉイオンビームは加速され、Ｔｉ中性ビ
ームと共にＴ１Ｎｉ合金の基板３Ｉに入射し、Ｔ１Ｎｉ
合金の基板３１の表面にＴ１膜を形成する。ＴｉＮ膜を
形成する場合、ノズル３８よりＮ２ガスを同時に流すが
、このＮ２ガスはＴｉ蒸気と同じように、その一部がイ
オン化され、Ｔ１Ｎｉ合金の基板３１の表面にＮ、中性
ビームと共に入射し、そこで同時に入射するＴ１イオン
ビームおよびＴｉ中性ビームと反応して、ＴｉＮ膜を形
成するようになる。First, after evacuating the vacuum container 41 with the vacuum pump 33, a DC voltage of several 1O to 1oOV is applied between the hollow cathode electron gun 35 and the hearth 32 while flowing Ar gas for discharge into the hollow cathode electron gun 35. When applied by the discharge power source 36, discharge is started. At that time, a large amount of electron beam 37 generated by hollow cathode discharge in the hollow cathode electron gun 35 is transmitted to the T in the Ti metal evaporation source hearth 32.
The Ti metal 34 is irradiated and heated by the electron impact, which melts the Ti metal 34 and generates Ti vapor. Part of this Ti vapor becomes ionized by collision with the electron beam 37 and Ar ions formed by hollow cathode discharge. T1N, a shape memory alloy
Since a negative DC bias voltage of several tens of V is applied to the i alloy substrate 31 by the bias power supply 40, the ionized Ti ion beam is accelerated and enters the T1Ni alloy substrate 3I together with the Ti neutral beam. , T1Ni
A T1 film is formed on the surface of the alloy substrate 31. When forming a TiN film, N2 gas is simultaneously flowed from the nozzle 38, but like the Ti vapor, a part of this N2 gas is ionized and is incident on the surface of the T1Ni alloy substrate 31 together with N and neutral beams. Then, it reacts with the simultaneously incident T1 ion beam and Ti neutral beam to form a TiN film.
（発明が解決しようとする課題）
第５図に示されるイオンブレーティング装置によって、
コーティングした後の膜構造を第６図１８１に示してい
るが、コーティングされたＴｉまたはＴｉＮ薄膜４２は
Ｔ１Ｎｉ合金の基板３１の表面上に、単に堆積するか、
バイアスによるイオン衝撃や熱拡散によって、Ｔ１Ｎｉ
合金の基板３１の表面層と僅かなミキシングが行なわれ
ているかである。そのため、Ｔ１またはＴｉＮ薄膜４２
と基板３１の表面とには明確な界面が存在し、基板３１
との密着性はあまり良くない。また、形状記憶回復処理
後の状態を第６図ｆｂｌに示しているが、形状記憶合金
は形状記憶回復処理において相変態をするため、２〜６
％もの大きい変形（±）をするようになる。したがって
、従来の方法によって形成された薄膜は基板３１との密
着性が悪いため、形状記憶回復処理において発生する変
形に耐えられず、第６図ｆｂｌに示すように、薄膜にク
ラックが入ったり、剥離が起きたりして、耐食性向上の
ためのコーテイング膜としての役割を果たすことが出来
ないという問題があった。(Problem to be solved by the invention) The ion blating device shown in FIG.
The film structure after coating is shown in FIG. 6 181, and the coated Ti or TiN thin film 42 is either simply deposited on the surface of the T1Ni alloy substrate 31 or
Due to ion bombardment and thermal diffusion due to bias, T1Ni
There is a slight mixing with the surface layer of the alloy substrate 31. Therefore, T1 or TiN thin film 42
There is a clear interface between the surface of the substrate 31 and the surface of the substrate 31.
Adhesion is not very good. In addition, the state after the shape memory recovery treatment is shown in Figure 6fbl, but since shape memory alloys undergo phase transformation during the shape memory recovery treatment,
It becomes deformed as large as % (±). Therefore, since the thin film formed by the conventional method has poor adhesion to the substrate 31, it cannot withstand the deformation that occurs during the shape memory recovery process, and as shown in FIG. There was a problem that peeling occurred and the coating film could not function as a coating film for improving corrosion resistance.
この発明の目的は、従来の問題を解決して、形状記憶合
金の基板に密着性の良い薄膜ないし表面層を形成して、
コーテイング膜としての役割を果たし得る形状記憶合金
の表面処理方法を提供することにある。The purpose of this invention is to solve the conventional problems and form a thin film or surface layer with good adhesion on a shape memory alloy substrate.
An object of the present invention is to provide a method for surface treatment of a shape memory alloy that can serve as a coating film.
（発明が解決しようとする課題）
上記目的を達成するために、第１発明の形状記憶合金の
表面処理方法は、高速イオンビームを形状記憶合金の表
面に照射し、その表面層をミキシングすることによって
、イオンビームおよび形状記憶合金の構成元素より構成
される密着性の良い表面層を形成するものである。第２
発明の形状記憶合金の表面処理方法は、高速イオンビー
ムを予め薄膜を表面被覆した形状記憶合金の表面に照射
し、薄膜と形状記憶合金の界面およびその近傍をミキシ
ングすることによって、薄膜と形状記憶合金の構成元素
あるいはこれらにイオンビームの構成元素を含めて構成
した密着性の良い表面層を形成するものである。第３発
明の形状記憶合金の表面処理方法は、金属元素や化合物
を蒸着させながら、同時に、高速イオンビームを形状記
憶合金の表面に照射し、蒸着膜と形状記憶合金をミキシ
ングすることによって、蒸着膜と形状記憶合金の構成元
素あるいはこれらにイオンビームの構成元素を含めて構
成した密着性の良い表面層を形成するものである。第４
発明は、上記第１発明、第２発明または第３発明の形状
記憶合金の表面処理方法において、既に形成されている
表面層の上に、その後引き続いて、この表面層と同種ま
たは異種の薄膜を堆積させて、密着性を良くしたもので
ある。(Problems to be Solved by the Invention) In order to achieve the above object, the method for surface treatment of a shape memory alloy of the first invention includes irradiating the surface of the shape memory alloy with a high-speed ion beam and mixing the surface layer. This forms a surface layer with good adhesion that is made of the ion beam and the constituent elements of the shape memory alloy. Second
The surface treatment method for a shape memory alloy according to the invention involves irradiating a high-speed ion beam onto the surface of a shape memory alloy whose surface has been coated with a thin film in advance, and mixing the interface between the thin film and the shape memory alloy and its vicinity. A surface layer with good adhesion is formed of the constituent elements of the alloy or the constituent elements of the ion beam. The surface treatment method for a shape memory alloy according to the third invention involves depositing a metal element or compound while simultaneously irradiating the surface of the shape memory alloy with a high-speed ion beam to mix the deposited film and the shape memory alloy. A surface layer with good adhesion is formed by the film and the constituent elements of the shape memory alloy, or by including the constituent elements of the ion beam. Fourth
The invention provides a method for surface treatment of a shape memory alloy according to the first, second, or third invention, in which a thin film of the same type or different type as the surface layer is subsequently formed on the already formed surface layer. It is deposited to improve adhesion.
（作用）
この発明に関する形状記憶合金の表面処理方法において
は、形状記憶合金の表面に照射された高速イオンビーム
と、形状記憶合金の格子原子との衝突により、形状記憶
合金の表面層内、蒸着膜・被覆膜との界面およびその近
傍で激しいミキシングが生じるようになる。その結果、
これらの表面層と形状記憶合金との間で化学組織が連続
的に変化して、明確な界面が消滅して、極めて密着性の
よい表面層が形成されるようになる。そのため、形状記
憶合金の形状回復処理に伴う大きな変形に際しても、表
面層が形状記憶合金より剥離したり、あるいは表面層内
にクラックが入ったりすることがなくなる。(Function) In the surface treatment method for a shape memory alloy according to the present invention, a high-speed ion beam irradiated onto the surface of the shape memory alloy collides with the lattice atoms of the shape memory alloy, causing vapor deposition within the surface layer of the shape memory alloy. Severe mixing occurs at and near the interface with the film/coating film. the result,
The chemical structure between these surface layers and the shape memory alloy changes continuously, the clear interface disappears, and a surface layer with extremely good adhesion is formed. Therefore, even when the shape memory alloy undergoes large deformation due to shape recovery treatment, the surface layer will not peel off from the shape memory alloy or cracks will occur within the surface layer.
表面層の密着性向上のメカニズムは上記の通りであるが
、形状記憶合金の構成元素以外の元素の形状記憶合金表
面への供給法に差異がある。即ち、第１発明では形状記
憶合金とともにミキシングされる元素は高速イオンビー
ム自体である。第２発明では予め薄膜を表面被覆した形
状記憶合金の表面に高速イオンビームを照射するので、
薄膜と形状記憶合金の界面およびその近傍において形状
記憶合金の構成元素と高速イオンビームとがミキシング
されるようになる。その際、高速イオンビーム自体は、
ミキシング後、形成される表面層の構成元素となる場合
もある。第３発明では金属元素や化合物を蒸着させなが
ら、同時に、高速イオンビームを形状記憶合金の表面に
照射し、蒸着膜と形状記憶合金をミキシングするもので
あるがら、その際、高速イオンビーム自体は、ミキシン
グ後、形成される表面層の構成元素となる場合もある。The mechanism for improving the adhesion of the surface layer is as described above, but there is a difference in the method of supplying elements other than the constituent elements of the shape memory alloy to the surface of the shape memory alloy. That is, in the first invention, the element mixed together with the shape memory alloy is the high speed ion beam itself. In the second invention, the surface of the shape memory alloy whose surface has been coated with a thin film is irradiated with a high-speed ion beam.
The constituent elements of the shape memory alloy and the high speed ion beam come to be mixed at and near the interface between the thin film and the shape memory alloy. At that time, the high-speed ion beam itself is
After mixing, it may become a constituent element of the surface layer formed. In the third invention, the surface of the shape memory alloy is irradiated with a high-speed ion beam while the metal element or compound is being vapor-deposited, thereby mixing the vapor-deposited film and the shape-memory alloy. , may become a constituent element of the surface layer formed after mixing.
第４発明は、既に形成されている表面層の上に、その後
引き続いて、この表面層と同種または異種の薄膜を堆積
させるもので、形状記憶合金の変態による大きな変形に
伴う応力の緩和は、密着性の良い下地層で行なわれるた
め、下地層とその上に積層される膜の密着性はそれほど
強くなくてもよい。The fourth invention is to deposit a thin film of the same kind or a different kind as the surface layer on the surface layer that has already been formed. Since this is performed using a base layer with good adhesiveness, the adhesiveness between the base layer and the film laminated thereon does not need to be so strong.
（実施例）
以下、この発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。(Embodiments) Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図はこの発明の実施例に使用するための装置を示し
ており、同図において、１は成膜室、２は形状記憶合金
であるＴｊＮｉ合金の基板、３はＴｉ金属蒸発源ハース
、４は蒸発したＴｉ金属ビーム、５はイオンビーム源、
６は高速Ｔｉイオンビーム、７は基板ホルダ、８は真空
ポンプ、９は蒸発されるＴ１金属、１０は電子ビーム加
熱源である。FIG. 1 shows an apparatus for use in an embodiment of the present invention, in which 1 is a film forming chamber, 2 is a substrate of TjNi alloy which is a shape memory alloy, 3 is a Ti metal evaporation source hearth, 4 is an evaporated Ti metal beam, 5 is an ion beam source,
6 is a high-speed Ti ion beam, 7 is a substrate holder, 8 is a vacuum pump, 9 is T1 metal to be evaporated, and 10 is an electron beam heating source.
次に、第１図に示される装置を使用して、発明の第１実
施例について説明する。Next, a first embodiment of the invention will be described using the apparatus shown in FIG.
まず、成膜室ｌを真空ポンプ８で真空排気した後、形状
記憶合金であるＴ１Ｎｉ合金の基板２を３００℃まで加
熱する。基板２が所定の温度に到達した後、Ｔ１金属蒸
発源ハース３内のＴｉ金属９を電子ビーム加熱源１０で
加熱して、ＴＩ金属の蒸発を開始させる。蒸発した中性
のＴｉ金属ビーム４はイオンビーム源５よりの数ｋｅＶ
〜数１００ｋｅＶのエネルギをもった高速Ｔ１イオンビ
ーム６とともに基板２に照射される。基板２の表面に照
射された中性のＴｉ金属ビーム４は高速Ｔｉイオンビー
ム６により基板２表面上にＴｉリッチなＴ ｉ Ｎ ｉ
ｌ−Ｘ （Ｘ・０〜ｌ）合金層を形成していく。なお
、この際のイオンビーム電流密度は約ｌＯμＡ／ｃｔｊ
、Ｔｊ金属蒸着速度は約２人／ｓｅｃであった。First, the film forming chamber 1 is evacuated by the vacuum pump 8, and then the substrate 2 of T1Ni alloy, which is a shape memory alloy, is heated to 300°C. After the substrate 2 reaches a predetermined temperature, the Ti metal 9 in the T1 metal evaporation source hearth 3 is heated by the electron beam heating source 10 to start evaporation of the Ti metal. The evaporated neutral Ti metal beam 4 has a power of several keV from the ion beam source 5.
The substrate 2 is irradiated with a high-speed T1 ion beam 6 having an energy of ~100 keV. The neutral Ti metal beam 4 irradiated onto the surface of the substrate 2 causes Ti-rich TiNi to be formed on the surface of the substrate 2 by the high-speed Ti ion beam 6.
A l-X (X·0 to l) alloy layer is formed. Note that the ion beam current density at this time is approximately 1OμA/ctj
, Tj metal deposition rate was about 2 persons/sec.
このようにしてＴｉイオンビームを約ｌＸｌ０”１ｏｎ
ｓ／ｃａｒまで照射し、約０．３μｍの合金層が形成さ
れる。合金層の化学組成は表面に近い程Ｔｉ濃度が高く
なっており、その表面ではほぼ純Ｔ１である。In this way, the Ti ion beam is
Irradiation is performed up to s/car, and an alloy layer of about 0.3 μm is formed. The chemical composition of the alloy layer is such that the closer it is to the surface, the higher the Ti concentration is, and the surface is almost pure T1.
その次に、発明の第２実施例について説明する。Next, a second embodiment of the invention will be described.
第２実施例では第１実施例と同様の手順で中性のＴｉ金
属ビーム４および高速Ｔ１イオンビーム６を照射した後
、Ｔｉ蒸着速度は約１０人／ｓｅｃに増加して、Ｔｉ蒸
着を続け、最終的に膜の厚さを１〜５μｍにする。第２
図１８＋はこのようにして形状記憶合金であるＴ１Ｎｉ
合金上に得られたＴ１膜の構造を示している。同図にお
いて、１１は形状記憶合金であるＴ１Ｎｉ合金の基板、
１２はＴ１Ｎｉ＋ Ｘ合金層で、基板１１との間に明確
な界面は存在していない。Ｔ３は引き続いて行ったＴｉ
蒸着により得られたＴｉ金属層である。同図は形状記憶
回復後の状態を示しているが、表面層の基板への密着性
が極めて優れているため、ＴｉＮ１１ｗ合金層１２やＴ
ｉ金属層１３にクラックや剥離は生じていない。この効
果をＮａＣｊ！水溶液中で耐食性を調べることにより定
量的に評価した結果の例を第３図および第１表に示して
いる。その試験には第２図（ｂ）の形状記憶処理後の変
形した試料を、電解溶液として３７℃、０．９％ＮａＣ
１水溶液中に浸し、アノード電極として、定電位法によ
りアノード分極曲線を測定した。その結果得られたアノ
ード分極曲線が第３図である。アノード電位を順次増加
していくと、ある点、例えば、図中の■、■で、アノー
ド電流が急激に増加を始めるが、この点でアノード電極
（ＴｉＮｉ合金）より、合金中のＮｉがＮ ｉ ”イオ
ンとして、電解溶液中に溶出し、アノード電極の腐食が
開始する。In the second example, after irradiating with a neutral Ti metal beam 4 and a high-speed T1 ion beam 6 in the same procedure as in the first example, the Ti deposition rate was increased to about 10 people/sec, and Ti deposition was continued. , the final film thickness is 1 to 5 μm. Second
Figure 18+ shows the shape memory alloy T1Ni in this way.
The structure of the T1 film obtained on the alloy is shown. In the figure, 11 is a substrate of T1Ni alloy, which is a shape memory alloy;
12 is a T1Ni+X alloy layer, and there is no clear interface between it and the substrate 11. T3 continued with Ti
This is a Ti metal layer obtained by vapor deposition. The figure shows the state after shape memory recovery, and since the adhesion of the surface layer to the substrate is extremely excellent, the TiN11w alloy layer 12 and the T
No cracks or peeling occurred in the i-metal layer 13. NaCj this effect! Examples of quantitative evaluation results obtained by examining corrosion resistance in an aqueous solution are shown in FIG. 3 and Table 1. In this test, the deformed sample after shape memory treatment shown in Figure 2(b) was heated with 0.9% NaCl as an electrolytic solution at 37°C.
1 immersed in an aqueous solution and used as an anode electrode, the anode polarization curve was measured by constant potential method. The anode polarization curve obtained as a result is shown in FIG. As the anode potential is increased sequentially, the anode current starts to increase rapidly at a certain point, for example, ■ and ■ in the figure, but at this point the Ni in the alloy is more i'' ions are eluted into the electrolytic solution and corrosion of the anode electrode begins.
図中の■、■に対応するアノード電位がＢｒｅａｋｄｏ
ｗｎ電圧と呼ばれ、耐食性の目安、即ち、この例では、
Ｔ１Ｎｉ合金表面に形成された表面層のクラックや剥離
の目安となる数字である。この数字は大きい程優れてい
る。第１表に各種条件で表面層を形成したＴ１Ｎｉ合金
のＢｒｅａｋｄｏ ｗ ｎ電圧の値を示す。同表より判
るようにこの実施例は形状記憶合金の表面処理法として
有効なことが判る。同表には参考のため、従来の第５図
に示されるイオンプレーテング装置で形成したＴ１被覆
膜の例を示しているが、それはクランクや剥離が生じ、
保護膜として機能していないことが判る。The anode potential corresponding to ■ and ■ in the figure is Breakdo.
It is called wn voltage and is a measure of corrosion resistance, that is, in this example,
This number is a guideline for cracking and peeling of the surface layer formed on the surface of the T1Ni alloy. The higher this number, the better. Table 1 shows the values of the breakdown voltage of T1Ni alloys with surface layers formed under various conditions. As can be seen from the table, this example is effective as a surface treatment method for shape memory alloys. For reference, the table shows an example of a T1 coating film formed using the conventional ion plating apparatus shown in FIG.
It can be seen that it does not function as a protective film.
第１表
更にその次に、上記実施例の他に、形状記憶合金の表面
処理方法には、高速イオンビームを形状記憶合金の表面
に照射し、その表面層をミキシングすることによって、
イオンビームおよび形状記憶合金の構成元素より構成さ
れる密着性の良い表面層を形成するものもある。第４図
（ａｌはその方法により形成されたもので、図中、６は
高速イオンビーム、１１は形状記憶合金の基板、１４は
イオン注入により形成された表面層である。Table 1 Furthermore, in addition to the above-mentioned examples, the surface treatment method for shape memory alloys includes irradiating the surface of the shape memory alloy with a high-speed ion beam and mixing the surface layer.
Some form a surface layer with good adhesion composed of the ion beam and the constituent elements of the shape memory alloy. FIG. 4 (Al indicates the material formed by this method; in the figure, 6 is a high-speed ion beam, 11 is a shape memory alloy substrate, and 14 is a surface layer formed by ion implantation.
また、その他に、形状記憶合金の表面処理方法には、高
速イオンビームを予め薄膜を表面被覆した形状記憶合金
の表面ｌこ照射し、薄膜と形状記憶合金の界面およびそ
の近傍をミキシングすることによって、薄膜と形状記憶
合金の構成元素あるいはこれらにイオンビームの構成元
素を含めて構成した密着性のよい表面層を形成するもの
もある。In addition, another method for surface treatment of shape memory alloys is to irradiate the surface of a shape memory alloy whose surface has been coated with a thin film with a high-speed ion beam, and to mix the interface between the thin film and the shape memory alloy and the vicinity thereof. In some cases, a surface layer with good adhesion is formed by including constituent elements of a thin film and a shape memory alloy, or constituent elements of an ion beam.
第４図（ｂｌはその方法により形成されたもので、高速
イオンビーム６を予め薄膜１５を表面被覆した形状記憶
合金の基板１１に照射し、薄膜と形状記憶合金の基板１
１の界面およびその近傍をミキシングしたものを示して
いる。なお、第４図（Ｃ１は上記第１実施例によるもの
で、図中、４は蒸発したＴｉ金属ビーム、１６は第１実
施例の方法によって形成される表面層である。第４図ｔ
ｄｌは上記第２実施例によるもので、図中、１７は中性
のＴｉ金属ビーム、１８は下地層、１９はその下地層１
８の上に形成された薄膜である。FIG. 4 (bl is the one formed by this method, in which a high-speed ion beam 6 is irradiated onto a shape memory alloy substrate 11 whose surface is coated with a thin film 15 in advance, and the thin film and shape memory alloy substrate 11 are coated with a thin film 15.
This figure shows the mixing of the interface of No. 1 and its vicinity. In addition, in FIG. 4 (C1 is the one according to the first embodiment, in the figure, 4 is the evaporated Ti metal beam, and 16 is the surface layer formed by the method of the first embodiment.
dl is according to the second embodiment, and in the figure, 17 is a neutral Ti metal beam, 18 is an underlayer, and 19 is the underlayer 1.
This is a thin film formed on top of 8.
ところで、上記各実施例では、基板の表面に形成される
下地層、表面層はそれぞれＴ１Ｎｉ＋−ｘ合金および純
Ｔｉであるが、用途により、Ｔａ。Incidentally, in each of the above embodiments, the base layer and the surface layer formed on the surface of the substrate are made of T1Ni+-x alloy and pure Ti, respectively, but Ta may be used depending on the purpose.
Ｃｒ、Ａｕ、Ａｉ’％Ｃａなどの様々な金属の単元素か
らなる膜や、ＴｉＮ１ＴｉＯｘ 、Ａｆｔ Ｏｓ、Ｃａ
Ｏ１Ｐ、０．などの様々な化合物であってもよい。改善
できる形状記憶合金の表面特性は、耐食性、生体適合性
、耐酸化性、耐磨耗性、硬度特性など様々である。また
、それに合わせて用いられる高速イオンビームや中性粒
子ビームは、ＴｉイオンビームやＴｉ中性ビーム以外に
、Ｓｉ、Ｔａ、Ｃｒ、Ａ１１Ｃａ、Ｐなどのイオンビー
ムや中性粒子ビーム、その他Ｎ、、Ａｒなどのガス種の
イオンビームを用いることができる。Films made of single elements of various metals such as Cr, Au, Ai'%Ca, TiN1TiOx, Aft Os, Ca
O1P, 0. It may be a variety of compounds such as. The surface properties of shape memory alloys that can be improved include corrosion resistance, biocompatibility, oxidation resistance, abrasion resistance, and hardness properties. In addition to Ti ion beams and Ti neutral beams, the fast ion beams and neutral particle beams used for this purpose include Si, Ta, Cr, A11Ca, P, etc. ion beams and neutral particle beams, and other N, An ion beam of a gas species such as , Ar, or the like can be used.
更に、上記各実施例では、基板加熱温度、イオンビーム
電流密度、イオンビーム照射量、中性粒子ビーム蒸着速
度をそれぞれ３００℃、約ｌＯμΔ／ｃｄ、約Ｉ Ｘ
１０ ” ｉ ０ｎ Ｓ／ｃｒｌ、 ２人／ ｓ ｅＣ
およびｌＯ人／ ｓ ｅ ｃとしたが、目的に応じて、
適宜変えることが出来ることはいうまでもない。Further, in each of the above embodiments, the substrate heating temperature, ion beam current density, ion beam irradiation amount, and neutral particle beam evaporation rate were set to 300°C, approximately 1OμΔ/cd, and approximately IX.
10” i0n S/crl, 2 people/s eC
and 10 people/sec, but depending on the purpose,
Needless to say, it can be changed as appropriate.
更にその上、上記各実施例では、形状記憶合金としてＴ
１Ｎｉ合金を用いたが、その他の形状記憶合金、例えば
Ｃｕ−Ｚｎ−Ａ１合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−
Ｐｄ合金、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金など様々な合金に適用
可能である。Furthermore, in each of the above embodiments, T is used as the shape memory alloy.
1Ni alloy was used, but other shape memory alloys such as Cu-Zn-A1 alloy, Cu-Al-Ni alloy, Fe-
It is applicable to various alloys such as Pd alloy and Fe-Mn-Si alloy.
（発明の効果）
この発明は、高速イオンビームを用いることにより、形
状記憶合金の基板に照射されたイオンビームと格子原子
との衝突により、形状記憶合金の基板表面層内および蒸
着膜・被覆膜との界面やその近傍で、激しいミキシング
が生じ、その結果、これらの表面層と基板との間で化学
組成が連続的に変化し、明確な界面が消失して、極めて
密着性の良い表面層が形成されるようになる。したがっ
て、形状記憶合金の形状回復処理に伴う大きな変形が起
きても、表面層が基板より剥離したり、クラックが発生
したりすることがなくなる。(Effects of the Invention) This invention uses a high-speed ion beam to cause collisions between the ion beam irradiated on the shape memory alloy substrate and lattice atoms to cause damage to the inside of the shape memory alloy substrate surface layer and the deposited film/coating. Intense mixing occurs at and near the interface with the membrane, resulting in continuous changes in the chemical composition between these surface layers and the substrate, resulting in the disappearance of well-defined interfaces and the formation of highly adhesive surfaces. A layer begins to form. Therefore, even if a large deformation occurs due to the shape recovery treatment of the shape memory alloy, the surface layer will not peel off from the substrate or cracks will occur.
第１図はこの発明の実施例に使用される装置の構成図、
第２図（ａ）はこの発明の第２実施例によって形成され
た形状記憶合金であるＴｉＮｊ合金上に得られたＴｉ膜
の構造を示す説明図、第２図（ｂ）は形状記憶合金であ
るＴ１Ｎｉ合金を変形させたときの状態を示す説明図、
第３図はこの発明の効果であるＴ１Ｎｉ合金のアノード
分極曲線を示すグラフ、第４図ｉａｌ〜ｌｄｌはこの発
明の各実施例による形状記憶合金の基板表面層内および
蒸着膜・被覆膜との界面やその近傍における状態を示す
ための説明図である。第５図は従来のイオンブレーティ
ング装置を示す構成図、第６図＋ａ＋、（ｂｌは従来の
方法によって形成された形状記憶合金上の膜構造を示す
説明図である。
図中、
・形状記憶合金であるＴ１Ｎｉ合金の
基板
・ＴＩ金属蒸発源ハース
・Ｔｉ金属ビーム
・イオンビーム源
・高速Ｔｉイオンビーム
・形状記憶合金の基板
・Ｔ ｊＮ ！＋−ｘ合金層
・Ｔｉ金属層
・イオン注入により形成された表面層
・予め形状記憶合金の基板の表面に
被覆された薄膜
・表面層
・中性のＴｉ金属ビーム
・下地層
・下地層の上に形成された薄膜FIG. 1 is a configuration diagram of an apparatus used in an embodiment of the present invention;
FIG. 2(a) is an explanatory diagram showing the structure of a Ti film obtained on a TiNj alloy, which is a shape memory alloy formed according to the second embodiment of the present invention, and FIG. An explanatory diagram showing a state when a certain T1Ni alloy is deformed,
FIG. 3 is a graph showing the anode polarization curve of T1Ni alloy, which is an effect of the present invention, and FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram for showing the state at the interface and its vicinity. FIG. 5 is a block diagram showing a conventional ion blating device, and FIG. Substrate of T1Ni alloy, Ti metal evaporation source hearth, Ti metal beam, ion beam source, high-speed Ti ion beam, shape memory alloy substrate, T jN !+-x alloy layer, Ti metal layer, formed by ion implantation・Thin film coated on the surface of the shape memory alloy substrate in advance ・Surface layer ・Neutral Ti metal beam ・Underlayer ・Thin film formed on the underlayer
Claims (4)
その表面層をミキシングすることによって、イオンビー
ムおよび形状記憶合金の構成元素より構成される密着性
の良い表面層を形成する形状記憶合金の表面処理方法。1. Irradiate the surface of the shape memory alloy with a high-speed ion beam,
A method for surface treatment of a shape memory alloy, which forms a surface layer with good adhesion composed of an ion beam and constituent elements of the shape memory alloy by mixing the surface layer.
憶合金の表面に照射し、薄膜と形状記憶合金の界面およ
びその近傍をミキシングすることによって、薄膜と形状
記憶合金の構成元素あるいはこれらにイオンビームの構
成元素を含めて構成した密着性の良い表面層を形成する
形状記憶合金の表面処理方法。2. A high-speed ion beam is irradiated onto the surface of a shape memory alloy whose surface has been coated with a thin film in advance, and by mixing the interface between the thin film and the shape memory alloy and its vicinity, the ion beam is applied to the constituent elements of the thin film and the shape memory alloy, or to the composition of the ion beam. A surface treatment method for shape memory alloys that forms a surface layer with good adhesion that includes elements.
イオンビームを形状記憶合金の表面に照射し、蒸着膜と
形状記憶合金をミキシングすることによって、蒸着膜と
形状記憶合金の構成元素あるいはこれらにイオンビーム
の構成元素を含めて構成した密着性の良い表面層を形成
する形状記憶合金の表面処理方法。3. While vapor-depositing metal elements and compounds, a high-speed ion beam is simultaneously irradiated onto the surface of the shape memory alloy to mix the vapor-deposited film and the shape-memory alloy. A surface treatment method for a shape memory alloy that forms a surface layer with good adhesion that includes constituent elements.
方法において、既に形成されている表面層の上に、その
後引き続いて、この表面層と同種または異種の薄膜を堆
積させて、密着性を良くした形状記憶合金の表面処理方
法。4. In the method for surface treatment of a shape memory alloy according to claim 1, 2 or 3, a thin film of the same type or different type as the surface layer is subsequently deposited on the already formed surface layer to improve adhesion. Improved surface treatment method for shape memory alloys.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8724190A JPH03285066A (en) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | Surface treatment of shape memory alloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8724190A JPH03285066A (en) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | Surface treatment of shape memory alloy |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03285066A true JPH03285066A (en) | 1991-12-16 |
Family
ID=13909320
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8724190A Pending JPH03285066A (en) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | Surface treatment of shape memory alloy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03285066A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0525179A (en) * | 1991-07-17 | 1993-02-02 | Mitsui Toatsu Chem Inc | Method for halogenating phthalocyanine and halogenated alkoxyphthalocyanine |
| US6957624B2 (en) | 2000-12-29 | 2005-10-25 | Intel Corporation | Apparatus and a method for forming an alloy layer over a substrate |
| CN100462473C (en) * | 2007-04-11 | 2009-02-18 | 北京航空航天大学 | Medical TiNi shape memory alloy sputtered by TiTaCo composite film on surface and its production |
-
1990
- 1990-03-31 JP JP8724190A patent/JPH03285066A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0525179A (en) * | 1991-07-17 | 1993-02-02 | Mitsui Toatsu Chem Inc | Method for halogenating phthalocyanine and halogenated alkoxyphthalocyanine |
| US6957624B2 (en) | 2000-12-29 | 2005-10-25 | Intel Corporation | Apparatus and a method for forming an alloy layer over a substrate |
| CN100462473C (en) * | 2007-04-11 | 2009-02-18 | 北京航空航天大学 | Medical TiNi shape memory alloy sputtered by TiTaCo composite film on surface and its production |
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