(57)【要約】【課題】薄板の製造が容易で、組成の均一化を容易に達成することができ、特にナノテクノロジーで用いられる成形性の高い材料として好適な高減衰能Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金の製造法を提供する。【解決手段】Ｔｉ板とＮｉ−Ｃｕ板を交互に重ねた積層材を作製し、作製した積層材を熱拡散処理して一様化し、一様化した積層材に対し水素を添加して高減衰能Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金を製造する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔｉ板とＮｉ−Ｃｕ板を交互に重ねた積層材を作製し、作製した積層材を熱拡散処理して一様化し、一様化した積層材に対し水素を添加することを特徴とする高減衰能Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金の製造法。
【請求項２】
積層材の作製を、Ｔｉ板とＮｉ−Ｃｕ板を交互に重ね、熱間圧延後冷間圧延を行うことで実施する請求項１記載の高減衰能Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金の製造法。
【請求項３】
熱拡散処理を実施後水焼き入れを行う請求項１または２記載の高減衰能Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金の製造法。
【請求項４】
水素の添加を電解チャージにより行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の高減衰能Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金の製造法。
【請求項５】
水素を添加される積層材の組成が、Ｔｉ：５０〜５３％、Ｎｉ：２７〜４５％、Ｃｕ：５〜２０％である請求項１〜４のいずれか１項に記載の高減衰能Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金の製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高減衰能を有するＴｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金の製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、制振合金としては、機械的強度が高く、減衰能が大きい材料の開発が望まれている。一般の材料では、引張強度が大きい場合は減衰能が小さくなる傾向があるので、制振合金の開発では強度と減衰能の両特性を同時に高めることが求められている。
【０００３】
このような制振合金において、近年、ナノテクノロジーの面より高強度高減衰能材料に対する期待は絶大であるが、これまでの材料の多くは１０−８以下の歪み振幅の領域で減衰能が小さくなることが多かった。一方、磁気記録装置等にあっては、振動の問題を解消して年とともに対数的に増大している磁気記録密度に対応するために、このような極微小歪み領域（１０−８以下）で高減衰能を持つ磁気ヘッドのサスペンションが求められており、従来の技術では、そのような要求に応えることができなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の要求を満たす可能性のある材料として、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金が知られている。このＴｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金では、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕに水素を添加することにより、極微小歪み領域においても従来の減衰能の５倍程度高い値が得られている。
【０００５】
従来、金属間化合物の製造法としては、溶融法が広く利用されている。しかしながら、溶融法では、薄板あるいは薄膜の製造が難しく、様々な形状の構造物を作り難かった。
【０００６】
これらの問題は、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金の製造法においても同じであるが、特にＴｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金は極微小歪み領域において高い減衰能を示し、ナノテクノロジーで振動を吸収するために必要となる材料として期待が大であることから、上述した問題を解消できるＴｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金の製造法の開発が望まれていた。特に、様々は形状を必要とし、しかも極微小歪み領域で高い減衰能が求められるナノテクノロジーにおいては、特殊な製造法の開発が望まれていた。
【０００７】
本発明の目的は上述した課題を解消して、薄板の製造が容易で、組成の均一化を容易に達成することができ、特にナノテクノロジーで用いられる成形性の高い材料として好適な高減衰能Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金の製造法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の高減衰能Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金の製造法は、Ｔｉ板とＮｉ−Ｃｕ板を交互に重ねた積層材を作製し、作製した積層材を熱拡散処理して一様化し、一様化した積層材に対し水素を添加することを特徴とするものである。すなわち、積層法により成形性のよい材料を作ると共に熱拡散により一様化し、拡散のバランスを考え、カーケンダールボイドが生じないように設計する。このような積層材、一様化材に対し、水素を添加することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、Ｔｉ板とＮｉ−Ｃｕ板を交互に重ねた積層材を作製し、作製した積層材を熱拡散処理して一様化し、一様化した積層材に対し水素を添加することで、熱処理前に様々な形状に成形可能であり、加工性を確保することができる。また、拡散のバランスを考慮してＴｉ板とＮｉ−Ｃｕ板を積層することができ、カーケンダールボイドの発生を防ぎ、組成の均一化を達成することができる。さらに、板状の積層材に対して水素を添加することで、水素を一様にかつ多量に添加可能であり、高減衰能を得るのに適している。
【００１０】
本発明の好適例としては、積層材の作製を、Ｔｉ板とＮｉ−Ｃｕ板を交互に重ね、熱間圧延後冷間圧延を行うことで実施すること、熱拡散処理を実施後水焼き入れを行うこと、水素の添加を電解チャージにより行うこと、および、水素を添加される積層材の組成が、Ｔｉ：５０〜５３％、Ｎｉ：２７〜４５％、Ｃｕ：５〜２０％であること、がある。いずれの場合も本発明をより好適に実施することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の製造法の対象となるＴｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金では、水素の拡散の緩和により内部摩擦の上昇が図れ、例えば１０−８以下という極微小歪み領域においても高減衰能を持つことが原理的に明らかであり、その点は実験でも確認されている。そのため、この合金を、ナノテクノロジーの分野で用いることで、例えば、磁気記録装置などに用いられる磁気ヘッドのヘッドを支持するサスペンションとして用いることで、振動の問題を解決することができ、高い磁気記録密度を材料の面から達成することができる。
【００１２】
Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金の組成は、Ｔｉ：５０〜５３％、Ｎｉ：２７〜４５％、Ｃｕ：５〜２０％、Ｈ：１００〜１０００ｐｐｍが好ましい。ここで、Ｈ添加量が１００ｐｐｍ未満であると減衰能が充分でなく、また、Ｈ添加量が１０００ｐｐｍを超えると水素脆化を生じるため、Ｈ添加量は１００〜１０００ｐｐｍの範囲が好ましい。
【００１３】
図１は本発明の高減衰能Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金の製造法の一例を説明するための図である。以下、図１に従って、本発明の高減衰能Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金の製造法を説明する。
【００１４】
図１に示す例において、まず、Ｔｉ板とＮｉ−Ｃｕ板を準備して交互に重ねて積層材を作製する。ここで、Ｔｉ板、Ｎｉ板、Ｃｕ板の３種を交互に重ねるのではなくＴｉ板とＮｉ−Ｃｕ板の２種を交互に重ねることとしたのは、拡散速度がＴｉ、Ｎｉ＞＞Ｃｕであり、３種を交互に重ねた場合に発生する均一な組成が得られない問題を解消するためである。また、Ｔｉ板とＮｉ−Ｃｕ板の厚さは特に限定しないが、Ｔｉ板が０．２〜０．４ｍｍでＮｉ−Ｃｕ板が０．１２〜０．２５ｍｍであることが好ましい。さらに、重ねる層数は１００〜２００層が好ましい。さらにまた、積層材の平均成分は、Ｔｉ：５０〜５３％、Ｎｉ：２７〜４５％、Ｃｕ：５〜２０％になるよう積層することが好ましい。
【００１５】
次に、作製した積層材を鉄の容器に封入し、容器内を真空とする。次に、内部に積層材を配置して真空とした容器を容器ごと加熱し、続いて熱間圧延を行う。加熱条件の一例は１１７３Ｋで１．８ｋｓであり、熱間圧延の条件の一例は圧下率７５％である。次に、鉄の容器を外し、冷間圧延を行い、板又は箔を作製する。冷間圧延の条件の一例は圧下率９０％前後である。次に、板形状又は箔形状となった積層材を、必要とする部品形状に加工し、ステンレス鋼の容器に封入し、容器内を真空とする。次に、１０７３〜１１７３Ｋで１．８〜８６０ｋｓ、一例として、１１６３Ｋで２６０ｋｓの条件で熱拡散処理を行い、一様化した後、水焼き入れを行う。次に、一様化した積層材を容器より取り出す。
【００１６】
最後に、一様化した積層材に水素を添加する。水素の添加は好ましくは電解チャージで行うことができ、６ＮのＫ（ＯＨ）溶液を用い電流密度は約０．２ｍＡ／ｍｍ２の条件で行う。具体的には、図２に示すように、６ＮのＫ（ＯＨ）溶液が満たされた容器中に、試料（一様化した積層材）とＰｔ電極を設置し、定電流発生装置の−側に試料を接続するとともに＋側にＰｔ電極を接続した状態で、上記条件での電解チャージを行う。水素の添加量は、電流密度及び処理時間を適宜選択することにより制御することができる。水素添加量は上述したように１００〜１０００ｐｐｍの範囲が好ましい。
【００１７】
以下、実際の例について説明する。
＜実施例１＞
以下のように本発明の高減衰能Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金を製造し、その特性を評価した。
（１）積層材作製
まず、目標成分Ｔｉ−４０Ｎｉ−１０ＣｕとなるようにＴｉ板（０．２ｍｍ）とＮｉ−Ｃｕ板（０．１３ｍｍ）を交互に重ね、鋼鉄製の箱に真空封入した。次に、箱ごと１１６３Ｋに熱して熱間圧延を行った後箱を外し、冷間圧延をして０．８ｍｍの積層材を作製した。ついに、圧延した積層材をステンレスケースに真空封入し、熱拡散処理（１１６３Ｋで２６０ｋｓ）を行った後、ケースごと水焼き入れを行った。その後ケースより積層材を取り出し、測定用試料を切り出した。
【００１８】
（２）水素添加
準備した内部摩擦測定用試料を定電流発生装置の−側に、Ｐｔ電極を定電流発生装置の＋側に接続し、６ＮのＫ（ＯＨ）溶液中にて水素添加を行った。０．２１ｍＡ／ｍｍ２の電流密度で行い、添加時間によって添加量の調整を行った。本例での水素添加量は９００ｐｐｍであった。
【００１９】
（３）測定方法
測定使用の試験片サイズは１２０×１０×０．６ｍｍ３で、装置はＵＬＶＡＣのＩＦＭ−１５００Ｌを用いた。試料両端にアモルファス箔（１０×１５ｍｍ２）を接着剤で貼り付け、電極とした。
まず、試料をチャンバー内にセットし、ロータリーポンプで荒抜きを行った。その後Ｈｅガスを入れて１００ｋＰａとし、再度荒抜きを行うといった作業を何回か繰り返し、チャンバー内の雰囲気をＨｅ雰囲気とした。昇温速度２Ｋ／ｍｉｎで４００Ｋまで上昇させた後３０分維持し、冷却速度を２Ｋ／ｍｉｎで２℃ごとの内部摩擦及びヤング率を測定した。内部摩擦は対数減衰率によって、ヤング率は共振周波数を測定する事で求めた。１５０Ｋまで測定を行い、３０分維持した後に、昇温速度２Ｋ／ｍｉｎで加熱を行いつつ２℃ごとの測定を行った。また、歪み振幅は最大７×１０−８であった。
【００２０】
（４）結果
図３（ａ）、（ｂ）に水素添加前の測定データ（図３（ａ））と水素添加後の測定データ（図３（ｂ））を、温度（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）に対する内部摩擦（Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｆｒｉｃｔｉｏｎ）とヤング率（Ｙｏｕｎｇ’ｓ  Ｍｏｄｕｌｕｓ）との関係で示す。試料は同一で、前述の方法を用いて水素添加を行った。また、データは同じ温度に対し冷却時と昇温時の２個のプロットが存在しており、白抜きと黒色で表示している。図３（ａ）、（ｂ）を比較することにより、水素を添加した本発明例は水素を添加しなかった例と比べて、室温付近で高い内部摩擦を示すとともに、ヤング率も向上していることがわかった。
【００２１】
＜実施例２＞
積層材の組成をＴｉ−３５Ｎｉ−１５Ｃｕとするとともに水素添加量を０．１３ａｔ％（１３００ａｔ  ｐｐｍ）とした以外は、実施例１と同様に試料を作製し諸特性を測定した。図４（ａ）、（ｂ）に水素添加前の測定データ（図４（ａ））と水素添加後の測定データ（図４（ｂ））を、温度に対する内部摩擦とヤング率との関係で示す。図４（ａ）、（ｂ）を比較することにより、水素を添加した本発明例は水素を添加しなかった例と比べて、室温付近で特に高い内部摩擦を示すとともに、ヤング率の劣化もないことがわかった。
【００２２】
＜実施例３＞
積層材の組成をＴｉ−３０Ｎｉ−２０Ｃｕとするとともに水素添加量を０．１７ａｔ％（１７００ａｔ  ｐｐｍ）とした以外は、実施例１と同様に試料を作製し諸特性を測定した。図５（ａ）、（ｂ）に水素添加前の測定データ（図５（ａ））と水素添加後の測定データ（図５（ｂ））を、温度に対する内部摩擦とヤング率との関係で示す。図５（ａ）、（ｂ）を比較することにより、水素を添加した本発明例は水素を添加しなかった例と比べて、室温付近で今回測定したものの中では最も高い内部摩擦を示すとともに、ヤング率の劣化もないことがわかった。
【００２３】
＜実施例４＞
積層材の組成をＴｉ−２５Ｎｉ−２５Ｃｕとするとともに水素添加量を０．２４ａｔ％（２４００ａｔ  ｐｐｍ）とした以外は、実施例１と同様に試料を作製し諸特性を測定した。図６（ａ）、（ｂ）に水素添加前の測定データ（図６（ａ））と水素添加後の測定データ（図６（ｂ））を、温度に対する内部摩擦とヤング率との関係で示す。図６（ａ）、（ｂ）を比較することにより、水素を添加した本発明例は水素を添加しなかった例と比べて、室温付近で特に高い内部摩擦を示すとともに、ヤング率の劣化もないことがわかった。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、Ｔｉ板とＮｉ−Ｃｕ板を交互に重ねた積層材を作製し、作製した積層材を熱拡散処理して一様化し、一様化した積層材に対し水素を添加することで、熱処理前に様々な形状に成形可能であり、加工性を確保することができる。また、拡散のバランスを考慮してＴｉ板とＮｉ−Ｃｕ板を積層することができ、カーケンダールボイドの発生を防ぎ、組成の均一化を達成することができる。さらに、板状の積層材に対して水素を添加することで、水素を一様にかつ多量に添加可能であり、高減衰能を得るのに適している。
【００２５】
以上のことから、本発明をナノテクノロジーの分野で用いることで、例えば、磁気記録装置などに用いられる磁気ヘッドのヘッドを支持するサスペンションとして用いることで、振動の問題を解決することができ、高い磁気記録密度を材料の面から達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高減衰能Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｈ合金の製造法の一例を説明するための図である。
【図２】水素添加の一例を説明するための図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ実施例１における水素添加前の測定データと水素添加後の測定データを、温度に対する内部摩擦とヤング率との関係で示すグラフである。
【図４】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ実施例２における水素添加前の測定データと水素添加後の測定データを、温度に対する内部摩擦とヤング率との関係で示すグラフである。
【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ実施例３における水素添加前の測定データと水素添加後の測定データを、温度に対する内部摩擦とヤング率との関係で示すグラフである。
【図６】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ実施例４における水素添加前の測定データと水素添加後の測定データを、温度に対する内部摩擦とヤング率との関係で示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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