ＴｉＮｉ形状记忆合金与不锈钢瞬间液相扩散焊连接方法技术

ＴｉＮｉ形状记忆合金与不锈钢瞬间液相扩散焊连接方法属于异种材料连接技术领域。现有ＴｉＮｉ形状记忆合金与不锈钢的连接技术存在焊接裂纹，热影响区晶粒粗大，力学性能差等问题。本发明专利技术通过将ＴｉＮｉ形状记忆合金与不锈钢的待焊面和ＡｇＣｕＴｉ箔表面清洁干燥后，组合成ＴｉＮｉ形状记忆合金／ＡｇＣｕＴｉ金属箔／不锈钢结构，再用焊接卡具固定，并置于真空扩散炉内，施加焊接压力和温度，实现ＴｉＮｉ形状记忆合金与不锈钢的瞬间液相扩散连接。本发明专利技术方法焊接温度低（相对于熔焊），对母材影响小，接头无焊接缺陷，接头室温剪切强度达到２５０ＭＰａ，近缝区的显微硬度达６７０Ｈｖ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于异种材料连接
，具体涉及TiNi形状记忆合 5金与不锈钢的瞬间液相扩散焊连接方法。
技术介绍
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TiN i形状记忆合金与不锈钢连接技术方 15 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Casper vander 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 —侧产生明显 的焊接裂纹(Casper vander Eijk, Hans Fostervol 1, Zuhair K, etal. 20 Plasma Welding of NiTi to NiTi, Stainless Steel and Hastelloy-C276. ASM Materials Solutions 2003 Conference, Pittsburgh, Pennsylvania, USA， 2003， 10: 13 ~ 15.)。日本的关则政等采用不同4f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Ag25 基钎料时，接头区4f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TiNh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c!:义r 乂 k ^鋼0303^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%, ^f旦是接头TiNi—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35 (X. M. Qiu， M. G. Li, D. Q. Sun. Study on brazing of TiNi shape memory alloy with stainless steels. Journal of Materials Processing 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、 0、 H的亲和力很强，焊接过程中TiNi合金易吸40 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紋和脆性金属间化合物。而扩散连接技术对性能45 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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有TiNi形状记忆合金与不锈钢连接技 50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 4妄方法。本专利技术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； 55 2 )将厚度为20~100jim的AgCuTi金属箔在丙酮溶剂中超声波清洗，并干燥；3)将AgCuTi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/AgCuTi金属箔/不锈钢结构后，在 焊接卡具中固定压紧(如图l所示)，并置于扩散炉的真空室中，在 60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；4 )施加0. 0 5 ~ 2MPa的焊接压力,待真空度达到10-2 ~ 1 (T3Pa后， 以30~40°C/min的加热速度升温至550 ~ 650°C，保温10 40min， 再升温至8Q0~ IOO(TC，保温10~ 100min后，随炉冷却，卸压(如 图2所示)。65 其中，所述的AgCuTi金属箔中各元素的重量百分比为Ag: 62 ~72%、 Cu: 20~28°/0、 Ti: 0~13%。本专利技术的原理为选用活化温度范围低于TiNi形状记忆合金与 不锈钢熔化温度的AgCuTi金属箔作为活性中间层。瞬间液相扩散焊 过程中，活性中间层首先发生活化反应，分解出活性Ti原子迅速扩70 散到TiNi形状记忆合金与不锈钢的接触表面， 一方面激活TiNi形状 记忆合金与不锈钢表面的Ti、 Ni、 Fe、 Cr等原子，另一方面，促进 上述各原子间相互扩散反应，生成新相，从而在TiNi形状记忆合金 与AgCuTi活性中间层界面及AgCuTi活性中间层与不4秀钢界面形成扩 散反应层，实现TiNi形状记忆合金与不锈钢的冶金结合。在温度不75 变的条件下，随扩散反应时间的进行，活性中间层成分改变，液态金 属的熔点不断升高，最后沉积在基体表面，即发生"等温凝固，，。而 在随炉冷却的过程中，各元素进一步扩散，接头成分趋于均匀化，最 终完成TiNi形状记忆合金与不锈钢的连接。与现有TiNi形状记忆合金与不锈钢的连接技术相比较，本专利技术so 具有以下有益效果1) TiNi形状记忆合金与不锈钢瞬间液相扩散焊温度较其熔焊温 度低，焊接过程中对母材(TiNi形状记忆合金与不锈钢)的组织和 性能影响小，特别是TiNi侧热影响区形状记忆性能损失较少。2 ) TiNi形状记忆合金与不锈钢瞬间液相扩散焊接头在等温凝固 85完成后具有明显的不同于中间层金属的成分，并在一定情况下最终的显微组织中分辨不出中间层，因此，其接头比一般硬钎焊接头的强度 高，且抗蚀性高于钎焊接头。3 )添加活性中间层，有效的緩解由于TiNi形状记忆合金和不锈钢的物理化学性能差异而引起的焊接应力，从而减小接头的裂紋倾 90 向。同时可通过调节中间层的成分和规格来控制脆性化合物的形成，提高接头的力学性能和形状记忆性能。在适当的参数下，TiNi形状 记忆合金与不锈钢瞬间液相扩散焊连接头无任何焊接缺陷，其剪切强 度可达250Mpa，近缝区的显孩i硬度达670Hv。 附图说明95 图1、装卡示意图，其中，1为上压头、2为卡具上板、3为阻焊剂层、4为TiNi形状记忆合金板，5为卡具下板、6为下压头、7 为不锈钢板，8为AgCuTi金属箔。图2、本专利技术中TiNi形状记忆合金与不锈钢瞬间液相扩散焊工 艺示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＴｉＮｉ形状记忆合金与不锈钢瞬间液相扩散焊连接方法，其特征在于，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ＡｇＣｕＴｉ金属箔在丙酮溶剂中超声波清洗，并干燥；　３）将ＡｇＣｕＴｉ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／ＡｇＣｕＴｉ金属箔／不锈钢结构后，在焊接卡具中固定压紧，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预先涂敷阻焊剂；　４）施加０．０５～２Ｍｐａ的焊接压力，待真空度达到１０↑［－２］～１０↑［－３］Ｐａ后，以３０～４０℃／ｍｉｎ的升温速度升温至５５０～６５０℃，保温１０～４０ｍｉｎ，再升温至８００～１０００℃，保温１０～１００ｍｉｎ后，随炉冷却，卸压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李红，汪应玲，栗卓新，李国栋，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]