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第 40 卷 第 8 期 稀有金属材料与工程 Vol.40, No.8 2011 年 8 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING August 2011 TiNi 形状记忆合金与不锈钢的瞬时液相扩散焊 1 1,2 1 2 李 红 ，栗卓新 ，汪应玲 ，冯吉才 (1. 北京工业大学，北京 100124) (2. 哈尔滨工业大学 现代焊接生产技术国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001) 摘 要：采用 AgCu 金属箔作中间过渡层，对 TiNi 形状记忆合金与不锈钢进行了瞬时液相扩散焊，分析了接头的显微 组织、元素分布和物相组成等，研究了接头的抗剪强度和断裂方式。结果表明：接头界面区由 TiNi 侧过渡区，中间区， 不锈钢侧过渡区组成，主要相分别为 Ti （Cu ，Ni ，Fe ），AgCu ，TiFe 等。连接温度为 860 ℃，保温时间为 60 min ，连 接压力为 0.05 MPa 时，接头最大抗剪强度为 239 MPa 。断裂发生在 TiNi 母材和 AgCu 中间层扩散界面上，断口为混合 断裂形貌。通过中间层等温凝固过程动力学模型，结合界面形貌和元素扩散分析，认为 TiNi SMA 与不锈钢异种材料瞬 时液相扩散焊过程存在明显的非对称性。 关键词：TiNi 形状记忆合金；不锈钢；瞬时液相扩散焊；界面组织；等温凝固；非对称性 中图法分类号：TG453+ .9 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2011)08-1382-05 TiNi 形状记忆合金（TiNi SMA ）具有特殊的形状 层，其化学成分为 Ag28Cu ，熔点为 779 ℃。实验采 记忆效应和超弹性，高的比强度、抗腐蚀、抗磨损和 用搭接接头，搭接长度为 10 mm。待焊面先用砂纸磨 良好的生物相容性等特点，被广泛应用于航空航天、 光，然后用丙酮超声波清洗 10 min，烘干。将准备好 工业制造和医疗器械等领域[1,2] 。但是 TiNi SMA 价格 的材料按 TiNi/AgCu/304 的形式装配，实验在真空扩 较贵，将其与性能优异、价格低廉的不锈钢连接起来 散炉中进行。真空度为 1.0×10-2~1.0×10-3 Pa ，连接温 将有助于降低材料成本，扩大其应用范围。TiNi SMA 度在 860 ℃，保温时间为 20~100 min ，连接压力为 0.05 和不锈钢的物理化学性质（如熔点、导热系数、热膨 MPa 。用装配 EDS 附件的 HITACHIS-3400N 型扫描电 胀系数、晶体结构等）相差很大，采用等离子弧焊、 镜对接头界面微观组织和化学成分进行分析。用 D8 激光焊、钎焊等方法，接头易产生应力集中而开裂， ADVANCE 型 X 射线衍射仪分析连接界面相组成。用 且连接界面易形成 TiFe ，TiNi2 ，TiC 等脆性金属间化 MTS810 型万能试验机对不同工艺参数下获得的 合物，严重影响接头的性能[3-5] 。采用加入中间层的扩 TiNi/AgCu/304 接头的抗剪强度进行测定，取 3 个试样 散连接技术可以有效缓解接头的应力，对于性能差别 的平均值，加载速度为 0.5 mm/min 。 大、互溶度小、相互间易产生脆性金属间化合物的异 2 结果与讨论 种材料的连接是比较理想的。本实验采用 AgCu 金属 箔作中间过渡层，对 TiNi SMA 和不锈钢的瞬时液相 2.1 接头组织及界面反应层形貌 扩散焊（TLP-DB ）工艺、接头强度与微观组织进行了 图 1a 为在加热温