新しいB2型強磁性形状記憶合金の開発と多機能素子への展開

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555181
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 貝沼 亮介 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20202004)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 及川 勝成 産業総合技術研究所東北センター, 主任研究員 ; 大沼 郁雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20250714) ; 石田 清仁 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (20151368)
• Keywords: マルテンサイト変態 / 規磁気変態 / 強磁性形状記憶材料 / Co-Ni-Al基合金 / センサー / スマート材料

Research Abstract

形状記憶材料は温度を感知するセンサー機能と機械的仕事を行う駆動素子の両面を兼ね備えたスマート材料の代表例である。しかし、形状記憶効果を駆動素子として利用する場合、温度変化により応力や歪の制御をするため素子内部での熱の出入りが反応速度を決定付け、特に入力信号に対し高速応答する能力に欠けていた。近年、Ni-Mn-GaやFe-Pd系などの強磁性形状記憶合金において、熱の代わりに磁場により歪を制御できることが報告され注目を集めている。ごく最近、申請者らは今までに報告の無いCo-Ni-Al系B2合金が強磁性形状記憶材料として優れた特徴を有することを世界に先駆けて見い出した。本研究は、Co-Ni-Al系合金の磁気及びマルテンサイト変態温度等の基礎物性を調査し、磁気、応力、温度で制御可能な新しい新しいタイプの多機能形状記憶素子を開発することを目的とする。
本年度は、できるだけ広い組成範囲に渡るCo-Ni-Al合金の実験を行い、以下のような結果が得られた。
(a)マルテンサイト変態温度、キュリー温度の決定
B2相におけるマルテンサイト変態温度、キュリー温度を示差走査熱量計(DSC)、熱膨張計(DL)により明らかにした。特に、キュリー温度は、母相とマルテンサイト相との間で約50℃異なることがVSM測定により明かとなった。以上の結果から、組成を選ぶことにより、常磁性の母相から強磁性のマルテンサイト相への変態を示す合金が得られた。
(b)結晶構造の決定及び組織観察
様々な時効処理を行った試料について、X線回折(XRD〉、電子回折(ED)、分析電子顕微鏡(ATEM)により、母相やマルテンサイト相の結晶構造を明らかにした。その結果、母相は安定な規則bcc(B2)相であり、マルテンサイトはc/a軸比が約0.81のfct(L1 0)相であることが判明した。
本単相合金は非常に脆いが、不規則fcc相を第2相として析出きせる組織制御により、加工性の改善が認められた。

Research Products

• [Publications] K.Oikawa: "Promising Ferromagnetic Ni-Co-Al Shape Memory Alloy System"Applied Physics Letters. 79・20. 3290-3292 (2001)
• [Publications] K.Oikawa: "Phase Equilibria and Phase Transformations in New B2-type Ferromagnetic Shape Memory Alloys of Co-Ni-Ga and Co-Ni-Al Systems"Materials Transactions. 42・11. 2472-2475 (2001)