形状記憶合金

概要

ある温度以下で変形させても、加熱するだけで変形前の元の形状に戻ってしまう金属を形状記憶合金と呼ばれております。この不思議な性質を持つ合金は、温度センサー、アクチュエーターならびに締付け冶具等に機能材料として利用されております。
またこの金属はゴムの様に曲げたり伸ばしたりしても、その変形力を除くと変形前の形状に回復する超弾性と呼ばれる性質も持っております。この大きな変形にも形状回復する特性を生かして生活関連商品、電機製品、医療分野に応用されております。

現在このような形状記憶特性・超弾性を持つ合金は数十種類にも及びますが、形状回復応力、耐久性、耐食性に優れた合金はNi-Ti合金です。
KTS-SMアロイは、このように形状記憶合金・超弾性合金としては最も信頼性のあるNi-Ti系合金であり、長年培ったチタンおよびチタン合金の溶解、加工技術から生まれたものです。

特徴

形状記憶合金・超弾性合金

形状記憶効果および超弾性は熱弾性型マルテンサイト変態によるもので、形状記憶効果は温度変化による母相(オーステナイト)からマルテンサイト相への相変態および逆変態、超弾性は母相の状態で負荷応力による応力誘起マルテンサイト相へ相変態、除荷による逆変態により発現します。

具体的な挙動を応力-ひずみ曲線を用いて説明すると

  1. (1)通常の金属材料は弾性域内では変形応力と比例関係にありますが、さらに弾性域を越えた変形を与えると降伏域に入ります。降伏域に入った後に応力を除いても永久変形が残ります。
  2. (2)形状記憶効果も低温相のマルテンサイト相で変形すると、通常の金属と同様に降伏域以降に除荷しても見かけ上の変形は残りますが、母相状態になる変態温度以上に加熱することでひずみはゼロになり元の状態に戻ります。
  3. (3)超弾性も通常の金属と同様に降伏は起こりますが、除荷時には負荷時と逆の現象を起こし元の状態に戻ります。NiTi超弾性材合金は見かけ上8%程度のひずみまで変形しても元の状態に戻ります。

KSM-SMアロイの基本物性値

密度 6.4~6.5[g/cm3]
比熱 0.3[kJ/(kg・K)]
電気抵抗 0.5~1.1[10-6Ω・m]
熱伝導度 21[W/(m・K)]
線膨張係数 10[10-6/K]
横弾性定数 マルテンサイト相 5~10[GPa]
オーステナイト相 15~25[GPa]
縦弾性定数 マルテンサイト相 15~30[GPa]
オーステナイト相 50~70[GPa]
硬度 マルテンサイト相 180~300[Hv]
オーステナイト相 300~400[Hv]
破断応力 マルテンサイト相 700~1000[MPa]
オーステナイト相 1200~1500[MPa]
伸び マルテンサイト相 ~30[%]
オーステナイト相 ~20[%]

合金系

KTS−SMアロイは形状記憶特性、超弾性の特性に応じて、多種類の合金系を揃えております。

効果 合金系 変態温度
(℃)
回復歪
(%)
温度
ヒステリシス
(℃)
温度
サイクル
特性
応用事例
形状
記憶
効果
NiTi
NiTi-Co
-20~70 1 2~3 >1,000,000 センサ・アクチュエータ
(長寿命)
NiTi-Cu 40~80 5~6 10~15 <50,000 センサ・アクチュエータ
(大ストローク)
NiTi -10~100 6~8 20~40 <100 コネクタ
継手
超弾性 NiTi
NiTi-Co,V,Cr
6~8 各種ばね素子

KSM-SMアロイの特長

大きな形状記憶、回復応力

大きな形状回復量、回復力が得られます。

優れた耐食性・耐磨耗性

チタン、チタン合金とほぼ同等の耐食性を有しております。またチタン、ニッケル合金等の耐磨耗性材料と比較して、非常に優れた耐磨耗性を有しております。

一貫製造体制による品質保証

母材溶解から形状記憶処理を施した最終製品まで一貫製造体制を取ることにより完全な品質保証体制を目指しております。

高精度のデバイス設計

蓄積したデータによりお客さまのニーズに合わせたデバイスの設計、試作からご相談に応じます。

多様な形状

丸線、角線、極細線(φ0.02mm~)、リボン、コイルばね、3次元形状等、多種多様な形状を提供できます。

極細線

極薄板

ワイヤー

各種ばね

製品紹介

KSM-SMアロイの応用分野

  形状記憶合金 超弾性合金
家電 コーヒーメーカー 携帯電話用アンテナ
工業機器 パイプ継手 防火ダンパー  
住宅設備 混合水栓 ガス給湯器水量調整弁
床下換気口 浄水器高温遮断弁
 
輸送機器 燃料蒸発ガス排出制御装置  
装身品   ブラジャーワイヤー メガネフレーム
肩パッドワイヤー ペチコート アクセサリー
医療機器 人工歯根 歯列矯正ワイヤー ガイドワイヤー
趣味 玩具 スピナーベイト 中通しワイヤー

メガネフレーム

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