多機能材・ホイスラー型強磁性体形状記憶合金の開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09555206
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 松本 實 東北大学, 素材工学研究所, 講師 (30006043)
• 研究分担者: 谷 順二 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006192) ; 高木 敏行 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20197065)
• キーワード: 多機能材 / 形状記憶合金 / マルテンサイト変態 / 強磁性体

研究概要

多機能材・ホイスラー型強磁性体形状記憶合金としてNi_2MnGaを取り上げ、その材料開発を行った。今年度はアーク熔解材、SPS焼結材およびスパッタ膜の作製とこれらの物性・材料特性を測定し、形状記憶効果を示す材料を開発することを最終目的とした。最終年度において目的とする材料を開発することができた。
1.アーク熔解バルク材の物性:FeまたはCo元素を添加し、その変態温度キューリー温度を測定した。これらの温度は添加元素により変化した。これらの現象は原子あたりの電子数で説明できた。Ni_2MnGaは強磁性の性質をもち、強磁性温度領域でマルテンサイト変態をする。この変態温度が磁場でどのように変化するかを調べた。0〜2Tの磁場まで磁場の増加とともにプレマルテンサイト変態温度は低下し、マルテンサイト変態温度は上昇した。2T以上5Tまではこれらの温度は一定値となり変わらなかった。
2.焼結法による飼料作製と物性:脆性を改善するため、粉末冶金の手法の1つであるプラズマ・スパーク・シンタリング(SPS法)によりアーク熔解後粉末化した試料を焼結した。結晶構造及び変態温度を測定し、バルク材との類似性を確認した。この材料の機械的特性を調べるため超音波法により変態温度の前後のヤング率を測定した。このSPS材料は1%程度までの引っ張りが可能で、バルク材に比べ脆性が改善された。
3.スパッタ膜の作製と物性および形状記憶効果:高周波電磁マグネトロン・スパッタリング装置を用い、ターゲット材および高周波電力を制御することにより、ポリビニールアルコール(PVA)基盤上に膜厚5μmのスパッタ膜を作製した。基盤からの剥離後、熱処理を行うことにより脆性の小さい膜を作製した。結晶構造及び変態温度を測定し、バルク材との類似性を確認した。磁気特性を測定し膜特有の温度変化を測定した。この膜の平面状の形状を90°曲げた後加熱すると、再び平面状の形状に自発的に戻り一方向形状記憶効果を示す材料を開発することができた。このNi_2MnGa膜を用いると強磁性をもつ形状記憶合金としてマイクロマシーンの中心部となるマイクロアクチュエータを作製することができる。

研究成果

• [文献書誌] 松本 實: "強磁性形状記憶合金Ni_<2+X>Mn_<1-X>Ga(X=0〜0.20)の磁気特性"第8回MAGDAコンファレンス. 171-174 (1999)
• [文献書誌] 三木 寛之: "強磁性形状記憶合金Ni_2MnGaの機械特性"第11回「電磁力関連のダイナミックス」シンポジウム講演論文集. 326-327 (1999)
• [文献書誌] 松本 實: "強磁性形状記憶合金Ni_2MnGaの磁場特性"日本機械学会1999年度年次大会講演論文集. 365-366 (1999)
• [文献書誌] Minoru Matsumoto: "Phase Transformation of Ni_<2+X>Mn_<1-X>D2Ga(X=0〜0.19)"Proc. Of Inter.Cont.on Solid-Solid Phase Transformation '99. 1124-1127 (1999)
• [文献書誌] Alexander N.Vasilev: "Structural and Magnetic Phase Transitions in Shape Memory Alloys Ni_<2+X>Mn_<1-X>Ga"Physical Review B. 59・2. 1113-1120 (1999)
• [文献書誌] Zheng Wang: "Effect of Grinding Stress on the Phase Transformation of Ni_<2+X>Mn_<1-X>Ga Powder"Mater. Trans. JIM. 40・4. 290-293 (1999)
• [文献書誌] Zheng Wang: "Phase Transformation of Ni_2MnGa made by the Spark Plasma Sintering Method"Mater, Trans. JIM. 40・5. 389-391 (1999)
• [文献書誌] Masaya Suzuki: "Fabrication and Characterization of Sputtered Ni_2MnGa Thin Film"Mater. Trans. JIM. 40・10. 1174-1177 (1999)
• [文献書誌] Minoru Matsumoto: "Magnetic Properties of Ni_2MnGa"J. Magn. Soc. Jpn.. 23・1,2. 415-417 (1999)
• [文献書誌] Nikolai Perov: "Magnetic Properties of Ni_<2+X>Mn_<1-X>Ga (Shape Memory Alloys)"J. Magn. Soc. Jpn. 23・1,2. 626-627 (1999)
• [文献書誌] Vladimir Khovailo: "Martensitic and Magnetic Transformation in Ni-Mn-Ga Alloys with Co and Fe Addition"東北大学流体科学研究所第11回研究発表会講演論文集. 57-61 (1999)
• [文献書誌] Minoru Matsumoto: "Phase Transformation of Heusler Type Ni_<2+X>Mn_<1-X>Ga (X=0〜0.19)"Materials Science and Engineering. A273-275. 326-328 (1999)
• [文献書誌] Igor Dikstein: "Phase Transformation in Intermetallic Compounds Ni-Mn-Ga with Shape Memory Effect"IEEE Transactions on Magnetics. 35・5. 3811-3813 (1999)
• [文献書誌] 松本 實: "非化学量論Ni_2MnGaの相変態に伴う比熱変化"東北大学素材工学研究所彙報. 55・1,2. 1-4 (1999)
• [文献書誌] Yanwei Ma: "Effect of High Magnetic Field on the Two-Step Martensitic-Phase Transition in Ni_2MnGa"Applied Physics Letters. 76・1. 37-39 (2000)
• [文献書誌] Zheng Wang: "Properties of Ni_2MnGa Shape Memory Alloy Prepared by Spark Plasma Sintering"Materials Science Forum. 327-328. 489-492 (2000)