形状記憶合金 (けいじょうきおくごうきん) [k39]

チタンとニッケルの合金で、「ニチノール」と呼ばれるNi55%-Ti45%の合金が有名です。

よく似た成分系で、「超弾性合金」があります。

形状記憶合金は、変形後に少し温度を与えると元の形状に復元するものですが、超弾性合金は、外力を取り去ると、元の形状に戻る性質があります。

形状記憶合金では、低温ではオーステナイトで、変形させるとマルテンサイト相になり、それを温度を上げるとオーステナイトになって元の形状に戻る性質から、温度差を利用して作動するアクチュエーターやバネなど、いろいろなものに使用されています。


形状記憶効果や超弾性効果のある合金は、Ni-Ti合金の他、Ni量を調整したり、CoやCuなどを加えた合金にするものが多く、それを塑性変形させた後に-30℃から100℃程度の適当な温度でもとの形状に回復します。これを形状記憶と言っています。

この合金に対する事前の熱処理は、500℃程度から水冷しておき、その状態のものを変形させて所定の温度(回復温度)にすると、変形前の状態に戻ります。

例えば線材などでバネなどを作るとすると、①バネ形状に加工(必要な場合は650℃程度で焼きなましする場合もある) → ②熱処理(450-500℃に加熱後に急冷) → ③製品 → ④変形を加えると変形する → ⑤回復温度に加熱すると元の形状に戻る(合金成分によって回復温度は異なりますが、-10℃~100℃程度)で、④と⑤を繰り返して使用します。

当社では加熱中の酸化を防ぐためにソルトバスで加熱して急冷していますが、炉から取り出して急冷するほうがいいようなので、短時間加熱であれば空気中での加熱でも問題ないでしょう。

温度保持は、しっかりと指定の温度になっておれば特に長い温度保持は不要です。


Amazonや楽天の商品記事を見ると、線材としていろいろな商品が販売されているようです。

 →楽天で形状記憶合金をみる  →アマゾンで形状記憶合金をみる

バネやアクテュエーターなどの実験をするのであれば、比較的手頃な価格で細い線材が販売されています。なにかに加工して応用してみるのもいいかもしれません。

回復温度を超えた高い温度に加熱したり、変形が大きすぎると元に戻らなくなるので注意が必要です。また、回復温度や回復状態についてなどで、ある程度の試行錯誤が必要になりますが、試してみるのもいいかもしれません。



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