[发明专利]一种Ti-Ni基形状记忆合金真空电子束连接技术

说明书

技术领域

本发明属于电子材料、功能材料和智能材料领域，具体涉及一种Ti-Ni基形状记忆合金真空电子束连接技术。

背景技术

Ti-Ni基形状记忆合金具有优异的形状记忆效应和超弹性，比强度高、抗腐蚀、抗磨损和生物相容性等特点，在航空航天、原子能、海洋开发等领域有着广阔的应用背景。当前实用化的Ti-Ni基形状记忆合金器件主要是制造成简单的工业制件(如弹簧、丝和片等)，将Ti-Ni基形状记忆合金焊接成更复杂的形状则是扩大其应用范围的一条重要途径。因此，开展Ti-Ni基形状记忆合金连接技术，提高形状记忆合金的焊接性能、获得优质焊接接头的研究工作显得尤为重要和迫切。

Ti-Ni基形状记忆合金焊接时，除了要求无缺陷和具有一定得力学性能外，还必须保证形状记忆功能达到所需要求。因此，它比一般材料更难连接，连接工艺所受限制也更多。目前，日本在Ti Ni基形状记忆合金连接技术的研究方面做了较多的工作，其中主要包括氩弧焊、激光焊、电阻焊、摩擦焊和钎焊等，国内近些年也对激光焊接Ti-Ni基合金进行了大量的研究工作，并取得了较大的进展。但是目前仍存在焊缝区组织粗大，力学性能下降限制以及记忆效应损失较大等缺点。

作为一种先进的高能束流焊接技术，电子束焊接具有穿透能力强，焊缝深宽比大，焊接速度快，热影响区小，焊接变形小，焊缝强度高、缺陷少等其他焊接方法无法比拟的优势，尤其电子束焊接通常处于真空条件下，在焊接过程中极少有O、N和H的引入，所以焊后能够获得较佳的力学性能和记忆效应。日本学者[西川雅弘.形状記憶合金の溶接技術[J].日本金属学会会报，1985，24(1)：56]研究了关于电子束焊接Ti-Ni合金焊接接头的力学性能，断裂发生于焊接中部或焊趾部位半熔化区，焊趾部位有纵、横小裂纹存在，通过研磨能去除裂纹，经过热处理后，晶粒明显细化，但没有研究其形状记忆效应。现阶段，很少有关于Ti-Ni基形状记忆合金电子束焊接系统研究的报道，也未见有关专利申请。

发明内容

本发明的目的是提供一种Ti-Ni基形状记忆合金真空电子束连接技术，该技术弥补了Ti-Ni基形状记忆合金其他连接方法的不足，最大程度地保证焊后合金的拉伸性能和形状记忆效应，连接效果好。

本发明提供了一种Ti-Ni基形状记忆合金真空电子束连接技术，该技术选择具有穿透能力强、能量转化率高、可控性好的高能束流之电子束作为施焊热源，具体工艺步骤如下：

(1)将Ti-Ni基形状记忆合金进行表面处理，然后分别用丙酮、酒精溶剂超声波清洗除去油污，干燥待用；

(2)将清洗后的工件测量好尺寸后置于真空室中，用夹具固定好，设好程序，调整板材位置使得电子束能够准确的打在待焊处，然后抽真空，真空度为10^-2～10^-3Pa；

(3)电子束聚焦以保证焊缝成型良好，启动程序，电子束从板材的一端开始焊接直到另一端为止；

(4)焊接完成后，真空冷却，然后去真空并取出焊接完成的试件，焊接完成。

本发明提供的Ti-Ni基形状记忆合金真空电子束连接技术，所述的Ti-Ni基形状记忆合金的范围是指以Ti-Ni为基体，向其中加入包括但不仅限于Nb、Mo、Cu、Hf等元素，合金因具有B2-B19’马氏体相变而获得一定的形状记忆效应和超弹性。

本发明提供的Ti-Ni基形状记忆合金真空电子束连接技术，所述步骤(2)中的电子束焊接设备焊接室真空度为10^-2～10^-3Pa。

本发明提供的Ti-Ni基形状记忆合金真空电子束连接技术，所述步骤(3)中的焊接参数如下：焊接速度为50-3000mm/min，加速电压为20-60KV，电子束电流为5-100mA，工作距离为50-500mm。

本发明提供的Ti-Ni基形状记忆合金真空电子束连接技术，所述步骤(4)中的真空冷却时间为10min。

本发明提供的Ti-Ni基形状记忆合金真空电子束连接技术，应用于板材、丝材的连接，复杂型面材料的连接。

采用本发明的Ti-Ni基形状记忆合金真空电子束连接技术焊接后材料的拉伸性能和记忆效应损减较小，基本不影响材料的正常使用。