NiTi形状记忆合金的应用及其在激光焊接技术中的研究进展.pdf

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NiTi形状记忆合金的应用及其在激光焊接技术中的研究进展technology高能束流加工技术NiTi合金的性能(腹)和热处理关系不大，而Ni含量为50％～52％的富增加1％，旭约下降100K。给出了NiTi合金的媳点随合金化元素变化的价电子北京科技大学材料学院王蔚赵兴科黄继华北京航空制造工程研究所【摘要】镍钛形状记忆合金具有优良的力学性能、腐蚀抗力、形状记忆效应、超弹性、阻尼特性和生物相容性等特点，其应用范围涉及航空、航天、机械、电子、化工、能源、建筑和医学等领域。综述了镍钛形状记忆合金激光焊接技术的研究进展，指出了今后的发展前景与研究方向。关键词：镍钛形状记忆合金激光焊接技术航空航天由于NiTi形状记忆合金具有良好的机械特性和较强的力学性能，因而．成为目前各种形状记忆合金中应用最多、最有成效的一种[Ⅷ。NiTi合金以其优越的形状记忆功能，特别是与生物体良好的兼容性，受到工程界和生物医学界的高度重视。用NiTi合金制成的管接头、紧固铆钉、航天用天线等已广泛应用于航空、能源、交通和化工等方面。医学上常用NiTi合金制成牙齿矫形用牙弓丝、牙根种植体、凝血过滤等器械，NiTi合金还广泛用于口腔、骨科、胸外科、泌尿外科等领域。超弹性和较强的阻尼特性使NiTi合金常被用作记忆驱动元件和减振器[4]。优异的耐磨损特性使NiTi合金可望成为摩擦部件的良好选材阎。随着对NiTi形状记忆合金的进一步研究及其在各个领域中更加广泛的应用，开展NiTi合金连接技术的研究显得更为重要和迫切。而提高形状记忆合金的焊接性，获得优质焊接接头是进一步拓宽形状记忆合金应用范围的重要条件。NiTi合金焊接接头不仅要具有一定的强度和塑性。而且要尽量保持它的记忆功能，所以，它比一般材料更难连接，连接工艺受到的限制也更多，这就给焊接技术带来了一定的困难。激光焊由于具有能量密度高、焊缝窄、热影响区小、焊接变形小、光束方向性好、能进行精密加工等优点嘲，越来越受到人们的关注。另外，NiTi形状记忆合金能很好地吸收波长为1．064nm的激光同，因此，利用激光焊接来加工NiTi合金很有前途。形状记忆效应是某些呈现马氏体相变的合金所具有的一种奇特的性能。合金处于低温相时变形，加热到临界温度(逆相变点)通过逆相变恢复其原始形状，称之为形状记忆效应。人类发现形状记忆效应最早可追溯到1932年Au—Cd合金中类橡皮效应的发现。1951年，LC．Chang和T．A．Read在Au—Cd合金单晶中发现试样的表面浮凸随其发生单界面马氏体可逆相变而呈现可逆变化的现象。直到1963年美国海军武器实验室W．J．Buehler等人在近等原子比NiTi合金中发现了形状记忆效应以后，才引起人们的广泛兴趣[8]。到目前为止，已经发现的形状记忆合金有30余种。就应用角度而言，NiTi是所有合金中记忆性能最好、最稳定、发展最早、研究得最全面且应用最广的合金f4]。这与NiTi合金具有良好物理性能、优异的力学性能、良好的形状记忆性能以及特有的生物相容性能是分不开的[9]。形状记忆特性与合金的成分配比、热处理方法、时效、加工工艺等都有关系，研究表明NiTi二元合金的形状记忆性能强烈依赖于Ni含量，近等原子比和富镍Ni，IIi合金的超弹性能优于贫镍NiTi合金。Ni含量小于50．0％(原子分数)的贫镍合金的马氏体相变开始温度镍NiTi合金的相变温度对Ni含量十分敏感，Ni含量随着应用功能的不断开发，对NiTi合金形状记忆效应的微观机制研究也在逐步深入。理论上，人们利用各种计算方法、晶体学唯像理论、计算机相变模拟等研究形状记忆效应及其马氏体相变。Nishida等[10。1】研究了NiTi合金中的缺陷对形状记忆性能的影响：Koizumi等【12_3】用固体经验电子方法(EET)，从理论上结构分析。试验中，人们采用中子衍射、正电子湮没、穆陈俐12007年增刊·航空制造技术401Hjghenergydensitybeamprocessing謦。譬l鏊萎l襄警毫露誊稳臻爨§壹毫蘩|甏j冁话爨蠡赣黧雾嚣鏊囊藕蒸麓蘩羹萋饕鏊鐾囊鞲器魏鼗鏊蕊餮黎赣赣鞲羲爨鹣爨鼹黎鬟蓖饕翳臻鳃黎爨嚣鹱强疆强鼹髓鼹鼹鼹穗鼹秘强鼹
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高能束流加工技术HighNiTi记忆合金的应用斯堡尔谱学、示差热分析等方法研究了NiTi合金的微观结构，力图从深层次因素了解影响NirI’i合金宏观性能的微观本质。该类合金的记忆性能与其成材工艺、热处理条件等有关。通过不同的处理工艺可分别获得单程、双程或全程记忆效应。合金保持良好形状记忆效应的变形量一般为6％。NiTi记忆合金性能稳定性好，而且具有特殊的生物相容性，从而得到广泛应用，特别在医学及生物上的应用是其他记忆合金所不可替代的。目前，对该类合金的研究集中在相变滞后性及其智能化特征上，预期在宽滞后