[发明专利]一种NiTi形状记忆合金与不锈钢电子束焊接方法

说明书

本发明涉及NiTi形状记忆合金与不锈钢的异种材料焊接领域，具体为一种NiTi形状记忆合金与不锈钢电子束焊接方法。该方法通过添加FeNi合金中间过渡层的方式，利用真空电子束焊来实现两种材料的焊接。本发明采用FeNi合金作为中间过渡层材料使焊缝区的形成一定数量的γ(Fe，Ni)奥氏体，改善接头的韧性，减少脆性相的同时显著提高焊接接头的力学性能。并且，FeNi的中间过渡层可有效抑制熔合区化学组分偏析，最大程度的保证焊接头的力学性能，经过参数优化后的电子束焊接接头室温强度可以达到340～350MPa。

技术领域

本发明涉及NiTi形状记忆合金与不锈钢的异种材料焊接领域，具体为一种NiTi形状记忆合金与不锈钢电子束焊接方法。

背景技术

NiTi形状记忆合金(Shape Memory Alloy，简称SMA)作为一种特殊的形状记忆材料，凭借其良好的形状记忆效应(Shape Memory Effect，简称SME)、超弹性(Pseudoelasticity)以及优异的生物相容性和高阻尼性，已经成为实用化程度最高的形状记忆材料。目前，在航天航空、原子能、机械电子、海洋开发、仪器仪表以及医疗领域等具有广阔的应用前景，被人们称之为“跨越21世纪的理想材料”。经过数十年的发展，如今对于NiTi合金的成分设计和制备工艺、各相晶体结构、热弹性马氏体相变、多孔SMA的制备等方面的研究工作已经日趋成熟。随着NiTi SMA在各个领域的广泛应用，开展NiTi SMA连接技术的研究工作显得越发迫切和重要。

不锈钢与NiTi同为常用的生物医用材料，将NiTi与不锈钢进行连接，NiTi/不锈钢的复合结构可使不锈钢高强高韧性、耐腐蚀性能与SMA的形状记忆功能和超弹性结合起来，能充分发挥两种材料性能上的优势得到优异综合性能的构件。目前，这种结构的材料拥有良好的应用前景，尤其在骨科(如：治疗关节骨折的形状记忆植入物、弓形主动记忆加压接骨器、髋骨修复术术中的形状记忆双杯等)、牙科(如：正畸牙弓丝、牙髓针、口腔正畸用拉簧和推簧)以及介入医疗(如：冠心病介入治疗、非血管支架介入治疗)等领域得到广泛的应用。

传统的熔焊工艺对NiTi与不锈钢进行焊接时，由于异种材料存在的冶金不相容性，Ti元素与不锈钢中的Fe、Cr、C元素极易形成大量的脆性金属间化合物以及焊缝周围产生的残余应力，都会导致焊件在焊接应力的作用下发生开裂。因此，设计一种能够减少焊缝区脆性相产生的工艺是当前研究的热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种NiTi形状记忆合金与不锈钢电子束焊接方法，采用FeNi合金作为中间过渡层，将NiTi形状记忆合金与不锈钢进行电子束焊接，该方法解决两种材料在焊接时由于产生脆性相而导致的焊缝开裂的问题，能显著提高NiTi与304不锈钢异种材料焊接头性能。

本发明技术方案如下：

一种NiTi形状记忆合金与不锈钢电子束焊接方法，该方法按照以下步骤实现：

[A]将厚度均为0.5mm～4mm的NiTi板和不锈钢板表面打磨光洁，然后分别用丙酮、酒精溶剂进行超声波清洗去除油污，烘干待用；

[B]将厚度为0.1mm～1mm、原子比为0.5～1.5的FeNi合金箔，切割成所需宽度，经过酸洗后分别用丙酮、酒精进行超声波清洗5min～20min后，烘干待用；

[C]将经过步骤B处理过的FeNi合金作为中间过渡层置于NiTi板和不锈钢板待焊件之间，组成待焊件并固定到夹具上，夹具两端施加压应力防止中间过渡层在焊接过程中脱落；

[D]将步骤C中的待焊件连同夹具一起放入电子束焊机真空室内，然后对真空室抽真空至10^-2～10^-3Pa后，将电子束聚焦于FeNi中间过渡层中心或偏向不锈钢一侧0～1mm进行真空电子束焊接；

[E]待程序完成后，先在真空下冷却5～15min，然后去除真空并取出工件，完成NiTi形状记忆合金与不锈钢的焊接。