希土類元素添加による強磁性形状記憶合金の高機能化と巨大磁歪機構の解明

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560605
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 土谷 浩一 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (50236907)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 戸高 義一 豊橋技術科学大学, 工作センター, 助手 (50345956) ; 森井 浩一 大同特殊鋼(株), 技術開発研究所, 主任研究員 ; 大塚 秀幸 (独)物質/材料研究機構, 強磁場研究センター, 主管研究官 (10343857) ; 梅本 実 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (90111921)
• Keywords: 形状記憶合金 / 磁性材料 / マルテンサイト変態 / 磁気変態 / キュリー温度 / 希土類元素

Research Abstract

強磁性形状記憶合金のマルテンサイト相(以下M相)では磁場による双晶変形(バリアント再配列)が起こり数%もの磁場誘起歪みが発生する(双晶磁歪)。この機構による発生応力を高くするにはM相の磁化及び結晶磁気異方性が高く,かつ双晶変形応力が低い必要がある。さらに動作温度域を広くするにはM変態温度が高いことが必要である。
本研究ではNi-Mn-Ga合金について希土類元素の添加が相変態温度と飽和磁化に与える影響について調べた。Ni-Mn-Ga合金にSm, Nd, Tb, Gdを添加した合金をアーク溶解で作製し,均質化処理後水焼入れした。各インゴットについてDSC測定による変態温度の測定,VSMによる磁化測定,SEM・TEMによる組織観察,圧縮試験を行った。
その結果,Sm, Nd, Tbを添加した合金では相変態温度は3元系合金とほぼ同じ価電子濃度への依存性を示した。しかしGdを添加した合金では変態温度,特にキュリー温度の低下が見られた。
また,希土類元素を添加した合金の多結晶体は3元系合金よりも大きな圧縮歪みを示し,希土類元素添加はNi-Mn-Ga合金多結晶の機械的性質を改善することが明らかになった。SEMによる組織観察の結果より,希土類添加合金では,希土類元素を多く含有する析出物が凝固方向に平行に,結晶粒界・亜粒界にそって析出していた。これらの析出物の存在が機械的特性に影響を与えていると考えられる。

Research Products

• [Publications] K.Tsuchiya, A.Tsutsumi, H.Ohtsuka, M.Umemoto: "Modification of Ni-Mn-Ga Ferromagnetic Shape Memory Alloy by Addition of Rare Earth Elements"Mater.Sci.Eng., A. (To be published). (2004)
• [Publications] K.Tsuchiya, T.Nojiri, H.Ohtsuka, M.Umemoto: "Effect of Co and Ni on Martensitic Transformation and Magnetic Properties in Fe-Pd Ferromagnetic Shape Memory Alloys"Mater.Trans.. 44. 2499-2502 (2003)
• [Publications] K.Tsuchiya, A.Tsutsumi, N.Ina, M.Umemoto, H.Ohtsuka: "Effect of Rare-Earth Elements Addition on Properties of Ni-Mn-Ga Ferromagnetic Shape Memory Alloys"Trans.Mater.Res.Soc.Japan. 28. 269-270 (2003)
• [Publications] 掛下知行, 土谷浩一, 及川勝成: "磁場誘起巨大歪みを示す強磁性形状記憶合金の開発"ふぇらむ. 8. 140-142 (2003)