Co-Ni-Al系強磁性型形状記憶合金の開発 (PDF:153KB)

Co-Ni-Al系強磁性型形状記憶合金
の開発
おいかわ かつなり
及川 勝成
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基礎素材研究部門
− 高速応答磁気駆動アクチュエータが実現可能に −
強磁性型形状記憶合金は、形状記憶効果の発現に
関連するマルテンサイト相（以下ではM相と称する）
が強磁性を示す合金である。近年、このような合金で
数%に及ぶ巨大な歪みが磁場により生じることが報
告され、新しいスマート材料として注目されている。
従来の形状記憶合金は、熱弾性型マルテンサイト
変態を示し、大きな変位は得られるが温度変化によ
り変位を制御するため、合金の冷却速度によりアク
チュエータの応答速度が律速され、高速応答に適さ
ない欠点があった。強磁性型形状記憶合金は、磁場に
より変位を制御でき、且つ、磁歪、電歪材料と比較し
て1、2桁大きな歪みが得られることから、高速応答が
可能な磁気駆動アクチュエータへの応用展開が期待
されている。
我々のグループでは、東北大学の石田研究室と共
同で、Co-Ni-Al 系合金において熱弾性型マルテンサ
イト変態（以下では M 変態と称する）を示す、強磁性
型形状記憶合金を新たに発見した（図１）。これまで
にも、Ni 2MnGa、Ni 2MnAl合金などで強磁性型形状記
変態点が低いなどの欠点があり、研究として注目さ
れるが工業用材料の対象とはならなかった。
今回開発した材料は、組成と組織の制御により熱
間・冷間での加工が可能となる。例えば、1300℃の熱
延で、直径 20mm のインゴットを厚さ 1.3mm まで加
工できる。また、2 段熱処理を行うと加工性が更に向
上し、冷延で厚さ 200µm のテープ形状にすることも
でき、従来の加工プロセスで製造できる。
図２に 29at.%Al 断面における温度 - 組成相図を示
す。I の領域では、強磁性状態でM変態を生じ、典型的
な強磁性型形状記憶合金となる。IIの領域は、M変態
温度がオーステナイト相とM相のキュリー点の中間
となり、M 変態（一次変態）により自発磁化が生じる
合金で学術的にも興味深い点である。M 変態温度、
キュリー温度は、Co と Al 濃度により -150 ∼ 150℃ま
で制御することが可能であり、この面からも実用性
に富むと言える。
今後は、磁気駆動アクチュエータ、歪みセンサーな
どへの実用化に向けた研究を進める予定である。
憶合金は報告されているが、脆くて加工ができない、
図１ Co-Ni-Al強磁性型形状記憶合金が示す形状記憶効果
（a）10℃で変形（b）加熱により形状が戻る
関連情報
・日経メカニカル 2001 年７月 70-71.
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AIST Today 2001.8
図２ 温度-組成相図