[发明专利]TiNi形状记忆合金与不锈钢瞬间液相扩散焊连接方法

说明书

技术领域

本发明属于异种材料连接技术领域，具体涉及TiNi形状记忆合金与不锈钢的瞬间液相扩散焊连接方法。

背景技术

TiNi形状记忆合金具有特殊的形状记忆效应和超弹性，其比强度高，抗磨损、抗腐蚀、减振性和生物相容性良好，可广泛应用于空间技术、能源交通、自动控制、机械制造、生物医学及日常生活等领域。但是TiNi形状记忆合金价格较贵，若在实际应用中将其与性能优异、价格低廉的不锈钢连接成复合构件，不仅可以充分发挥两种材料各自的性能优势，还可大大降低材料成本，扩大TiNi形状记忆合金的应用范围。

目前，国内外已有关于TiNi形状记忆合金与不锈钢连接技术方面的研究，主要采用等离子弧焊，激光焊和钎焊技术。如挪威的Caspervander Eijk等采用等离子弧焊连接TiNi形状记忆合金与不锈钢A240，结果表明接头生成大量的TiC、Ti₂Ni、TiNi₃等脆性化合物，影响接头力学性能和形状记忆性能，且界面靠近TiNi一侧产生明显的焊接裂纹(Casper vander Eijk，Hans Fostervoll，ZuhairK，etal.Plasma Welding of NiTi to NiTi，Stainless Steel andHastelloy-C276[C].ASM Materials Solutions 2003 Conference，Pittsburgh，Pennsylvania，USA，2003，10：13～15.)。日本的关则政等采用不同钎料，在红外线加热炉中于氩气流中以0.5MPa的压力钎焊TiNi形状记忆合金丝和SUS304不锈钢丝。当采用不加Ni的Ag基钎料时，接头区钎料与焊接件界面上所形成的脆性FeTi系化合物层，致使接头的抗拉强度只有275Mpa；采用加Ni的Ag基钎料时，虽然可以抑制FeTi系化合物的产生，但是在TiNi合金一侧形成大量的硬脆的TiNi₃相，破坏了母材的有序共格性，对接头性能不利(關政則，山本弘樹，野尻誠等.Ti-Ni形状記憶合金とステンレス鋼のろう付.日本金属学会誌，2000，64(8)：632～640.)。我国的李明高等人为提高TiNi形状记忆合金丝和306不锈钢丝钎焊接头综合性能，研制了一种AgCuZnSn钎料，并采用该钎料进行实际激光焊接，接头最大抗拉强度为360MPa，断裂应变为10％，但是接头TiNi一侧热影响区晶粒严重长大，硬度和弹性大大降低，同时激光焊成本较高(X.M.Qiu，M.G.Li，D.Q.Sun.Study on brazing of TiNi shapememory alloy with stainless steels.Journal of MaterialsProcessing Technology，2006，176：8～12.)。

总的来说，熔焊温度对TiNi形状记忆合金的组织和性能影响很大。高温下Ti对C、O、H的亲和力很强，焊接过程中TiNi合金易吸入这些气体在接头形成脆性化合物，降低接头的力学性能和形状记忆性能；同时焊接热输入导致接头晶粒粗化和异质元素扩散，破坏了TiNi合金母材的有序点阵结构，阻碍马氏体相变，从而影响接头的形状记忆效应。另一方面，TiNi形状记忆合金和不锈钢的性能差异导致接头产生焊接裂纹和脆性金属间化合物。而扩散连接技术对性能差别大、互溶度小、相互间易产生脆性金属间化合物的异种材料可实现牢固连接。但到目前为止，尚未见关于TiNi形状记忆合金与不锈钢瞬间液相扩散焊技术的报道。

发明内容

本发明的目的在于解决现有TiNi形状记忆合金与不锈钢连接技术的不足，提供一种TiNi形状记忆合金与不锈钢瞬间液相扩散焊连接方法。

本发明所提供的方法包括以下步骤：

1)将TiNi形状记忆合金和不锈钢的待焊面打磨平整后，在丙酮溶剂中超声波清洗除油去污，并干燥；

2)将厚度为20～100μm的金属箔在丙酮溶剂中超声波清洗，并干燥，金属箔中各元素的重量百分比为：Ag：62～72％，Cu：20～28％，Ti：0～13％；

3)将i金属箔置于TiNi形状记忆合金与不锈钢的待焊面之间，组合成TiNi形状记忆合金/金属箔/不锈钢结构后，在焊接卡具中固定压紧(如图1所示)，并置于扩散炉的真空室中，在焊接卡具与TiNi形状记忆合金和不锈钢的接触面上涂敷阻焊剂；