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TiNi形状记忆合金具有特殊的形状记忆效应和超弹性,比强度高、抗磨损、抗腐蚀、减振性和生物相容性良好等特性,广泛应用于航空航天、工业生产、医疗器材等领域。但其成本较高,应用仍有较大的局限性,将其与性能优异、价格低廉的不锈钢连接成复合构件,对降低材料成本,进一步扩大TiNi形状记忆合金的应用范围有重要意义。但是两者物理化学性能差别较大,焊接性较差。采用常规的熔焊方法,接头易形成粗大铸造组织,且凝固过程中析出脆性金属间化合物对接头性能损害较大;采用钎焊方法,钎剂降低接头的抗腐蚀性能。本文采用50μm厚的AgCu金属箔作中间层,用瞬间液相扩散焊方法连接了TiNi形状记忆合金与304不锈钢。系统地研究了加热温度、保温时间和连接压力对接头剪切强度、微观组织与断口形貌的影响规律。借助扫描电镜,能谱分析等手段分析了接头界面结构及断裂机制。采用电化学实验方法评价了接头腐蚀性能。
结果表明:采用添加AgCu中间层的瞬间液相扩散焊工艺可以成功的实现TiNi形状记忆合金和不锈钢的连接。随加热温度的升高,接头剪切强度先增加后减小,保温时间和连接压力变化所引起的接头剪切强度的变化呈类似的趋势。实验条件下最佳工艺参数为:加热温度860℃,保温时间60min,连接压力0.05MPa,接头剪切强度平均值最高可达234MPa。断口分析显示,工艺参数变化时,接头界面形成的化合物种类和数量均发生改变。温度过高或保温时间过长,接头界面生成大量的Ti2Ni、TiNi2、TiNiCu、TiFe等的脆性金属间化合物。断口呈混合断裂特征,断裂主要发生在中间层与两母材结合界面上。
最佳工艺参数下,TiNi形状记忆合金与不锈钢瞬间液相扩散焊异质接头区由TiNi母材,TiNi侧过渡区,中间扩散区,不锈钢侧过渡区,不锈钢母材五部分组成,主要相分别为TiNi合金B2相,Ti(Cu、Ni、Fe)相,AgCu相,TiFe相,Fe等。接头对应的存在五个不同的硬度分布区,两侧扩散过渡区的显微硬度值高达500~650HV,明显高于两侧基体,中间扩散区的硬度值仅约120HV。
TiNi形状记忆合金与不锈钢瞬间扩散焊接头在0.9%NaCl溶液、3.5%NaCl溶液、Hank's溶液中的抗腐蚀性能较好,略低于TiNi形状记忆合金母材。两母材均主要表现为均匀腐蚀,而接头则以点蚀为主,焊缝中央及中间层与两种母材界面为接头是腐蚀的薄弱环节;试样的抗腐蚀性能与腐蚀介质有关,0.9%NaCl溶液中腐蚀电位最高,Hank's溶液中的腐蚀电位最低。