[發明專利]一種NiTi形狀記憶合金與不銹鋼電子束焊接方法

有效

• 申請號: 201811405907.0
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109465532B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 姜海昌;牛浩;趙明久;潘雪新;閆德勝;戎利建
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B23K15/00
• 分類號: B23K15/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及NiTi形狀記憶合金與不銹鋼的異種材料焊接領域，具體為一種NiTi形狀記憶合金與不銹鋼電子束焊接方法。該方法通過添加FeNi合金中間過渡層的方式，利用真空電子束焊來實現兩種材料的焊接。本發明采用FeNi合金作為中間過渡層材料使焊縫區的形成一定數量的γ(Fe，Ni)奧氏體，改善接頭的韌性，減少脆性相的同時顯著提高焊接接頭的力學性能。并且，FeNi的中間過渡層可有效抑制熔合區化學組分偏析，最大程度的保證焊接頭的力學性能，經過參數優化后的電子束焊接接頭室溫強度可以達到340～350MPa。

技術領域

本發明涉及NiTi形狀記憶合金與不銹鋼的異種材料焊接領域，具體為一種NiTi形狀記憶合金與不銹鋼電子束焊接方法。

背景技術

NiTi形狀記憶合金(Shape Memory Alloy，簡稱SMA)作為一種特殊的形狀記憶材料，憑借其良好的形狀記憶效應(Shape Memory Effect，簡稱SME)、超彈性(Pseudoelasticity)以及優異的生物相容性和高阻尼性，已經成為實用化程度最高的形狀記憶材料。目前，在航天航空、原子能、機械電子、海洋開發、儀器儀表以及醫療領域等具有廣闊的應用前景，被人們稱之為“跨越21世紀的理想材料”。經過數十年的發展，如今對于NiTi合金的成分設計和制備工藝、各相晶體結構、熱彈性馬氏體相變、多孔SMA的制備等方面的研究工作已經日趨成熟。隨著NiTi SMA在各個領域的廣泛應用，開展NiTi SMA連接技術的研究工作顯得越發迫切和重要。

不銹鋼與NiTi同為常用的生物醫用材料，將NiTi與不銹鋼進行連接，NiTi/不銹鋼的復合結構可使不銹鋼高強高韌性、耐腐蝕性能與SMA的形狀記憶功能和超彈性結合起來，能充分發揮兩種材料性能上的優勢得到優異綜合性能的構件。目前，這種結構的材料擁有良好的應用前景，尤其在骨科(如：治療關節骨折的形狀記憶植入物、弓形主動記憶加壓接骨器、髖骨修復術術中的形狀記憶雙杯等)、牙科(如：正畸牙弓絲、牙髓針、口腔正畸用拉簧和推簧)以及介入醫療(如：冠心病介入治療、非血管支架介入治療)等領域得到廣泛的應用。

傳統的熔焊工藝對NiTi與不銹鋼進行焊接時，由于異種材料存在的冶金不相容性，Ti元素與不銹鋼中的Fe、Cr、C元素極易形成大量的脆性金屬間化合物以及焊縫周圍產生的殘余應力，都會導致焊件在焊接應力的作用下發生開裂。因此，設計一種能夠減少焊縫區脆性相產生的工藝是當前研究的熱點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種NiTi形狀記憶合金與不銹鋼電子束焊接方法，采用FeNi合金作為中間過渡層，將NiTi形狀記憶合金與不銹鋼進行電子束焊接，該方法解決兩種材料在焊接時由于產生脆性相而導致的焊縫開裂的問題，能顯著提高NiTi與304不銹鋼異種材料焊接頭性能。

本發明技術方案如下：

一種NiTi形狀記憶合金與不銹鋼電子束焊接方法，該方法按照以下步驟實現：

[A]將厚度均為0.5mm～4mm的NiTi板和不銹鋼板表面打磨光潔，然后分別用丙酮、酒精溶劑進行超聲波清洗去除油污，烘干待用；

[B]將厚度為0.1mm～1mm、原子比為0.5～1.5的FeNi合金箔，切割成所需寬度，經過酸洗后分別用丙酮、酒精進行超聲波清洗5min～20min后，烘干待用；

[C]將經過步驟B處理過的FeNi合金作為中間過渡層置于NiTi板和不銹鋼板待焊件之間，組成待焊件并固定到夾具上，夾具兩端施加壓應力防止中間過渡層在焊接過程中脫落；

[D]將步驟C中的待焊件連同夾具一起放入電子束焊機真空室內，然后對真空室抽真空至10^-2～10^-3Pa后，將電子束聚焦于FeNi中間過渡層中心或偏向不銹鋼一側0～1mm進行真空電子束焊接；

[E]待程序完成后，先在真空下冷卻5～15min，然后去除真空并取出工件，完成NiTi形狀記憶合金與不銹鋼的焊接。