TiTi形状记忆合金-不锈钢异种材料激光焊研究.pdf

ＴｉＮｉ形状记忆合金／不锈钢异种材料激光焊研究４７ＴｉＮｉ形状记忆合金／不锈钢异种材料激光焊研究ＳｔｕｄｙｏｎＬａｓｅｒＷｅｌｄｉｎｇｏｆＤｉｓｓｉｍｉｌａｒＭａｔｅｒｉａｌｓＢｅｔｗｅｅｎＴｉＮｉＳｈａｐｅＭｅｍｏｒｙＡｌ１０ｙ／ＳｔａｉｎｌｅｓｓＳｔｅｅｌ李洪梅，孙大干，董鹏，王文权，殷世强（吉林大学材料科学与工程学院汽车材料教育部重点实验室，长春１３００２５）————ＬＩＨｏｎｇｍｅｉ，ＳＵＮＤａｑｉａｎ，ＤＯＮＧＰｅｎｇ，ＷＡＮＧＷｅｎｑｕａｎ，ＹＩＮＳｈｉｑｉａｎｇ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２５，Ｃｈｉｎａ）摘要：采用纯镍中间夹层和激光焊技术，连接ＴｉＮｉ形状记忆合金丝和不锈钢丝异种材料。对比分析了加镍夹层与未加镍夹层的激光焊接头的组织和性能。结果表明，与未加镍夹层的接头相比，加镍夹层的接头组织和性能得到明显改善，接头组织中一Ｆｅ相含量增加，ＴｉＦｅ，ＴｉＣｒ等金属间化合物相含量减少，焊缝区硬度明显降低，接头抗拉强度提高。未加镍夹层的接头的抗拉强度仅为１８７ＭＰａ，断口呈现典型的脆性断裂特征。加镍夹层后，接头抗拉强度提高至３７２ＭＰａ，断口具有脆一韧混合型断裂特征。关键词：激光焊；ＴｉＮｉ形状记忆合金；不锈钢；微观组织；力学性能中图分类号：ＴＧ４５６．７文献标识码：Ａ——文章编号：１００１４３８１（２０１１）１０００４７０５Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｉＮｉｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙａｎｄｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｗｉｒｅｓｗｅｒｅｂｕｔｔｊｏｉｎｅｄｂｙｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｇｗｉｔｈ—ｐｕｒｅＮｉｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ．ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｊｏｉｎｔｓｗｉｔｈａｎｄｗｉｔｈｏｕｔＮｉｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｗｅｒｅａｎａ—ｌｙｚｅｄａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｗｉｔｈＮｉｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｗｅｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｊｏｉｎｔｗｉｔｈｏｕｔＮｉｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ．Ｍｏｒｅ７－ＦｅｐｈａｓｅａｎｄｌｅｓｓｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓｓｕｃｈａｓＴｉＦｅ２，ＴｉＣｒ２ｗｅｒｅｆｏｒｍｅｄｉｎｔｈｅｊｏｉｎｔｗｉｔｈＮｉｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ，ｗｈｉｃｈｌｅｄｔｏｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｗｅｌｄｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｊｏｉｎｔｓｔｒｅｎｇｔｈ．ＴｈｅｊｏｉｎｔｓｔｒｅｎｇｔｈｗｉｔｈｏｕｔＮｉｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｗａｓｏｎｌｙ１８７ＭＰａａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｅｘｈｉｂｉｔｅｄａｔｙｐｉｃａｌｂｒｉｔｔｌｅｆｅａｔｕｒｅ．ＵｓｉｎｇｔｈｅＮｉｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｅｌｅｖａｔｅｄｊｏｉｎｔｓｔｒｅｎｇｔｈｔｏ３７２ＭＰａａｎｄｃｈａｎｇｅｄｔｈｅｊｏｉｎｔｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｄｅｆｒｏｍｐｕｒｅｂｒｉｔｔｌｅｆｅａｔｕｒｅｔｏｍｉｘｔｕｒｅｏｆｃｌｅａｖａｇｅａｎｄｄｉｍｐｌｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｇ；ＴｉＮｉｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙ；ｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙＴｉＮｉ形状记忆合金（ＳｈａｐｅＭｅｍｏｒｙＡｌｌｏｙ，ＳＭＡ）是一种新型功能材料，它具有独特的形状记忆效应和超弹性及优良的抗腐蚀性、生物相容性，在航空航天，原子能，海洋开发，仪器仪表，家用电器以及医疗器械领域获得了广泛的应用口］。随着科学技术的进步和现代工业的发展，现代社会（特别是高科技领域）对产品性能提出了更高、更苛刻的要求。单一的ＴｉＮｉ形状记忆合金很难同时满足产品不同部位对使用性能的要求。ＴｉＮｉ形状记忆合金与其他异种材料的连接是解决这一问题的主要对策。但是，由于缺乏ＴｉＮｉ形状记忆合金与其他异种材料焊接理论和焊接技术的研究，无法获得满足使用性能要求的ＴｉＮｉ形状记忆合金异种材料焊接接头，这在一定程度上制约了ＴｉＮｉ形状记忆合金的更广泛应用。因此，开展ＴｉＮｉ形状记忆合金／不锈钢异种材料激光焊研究，有利于促进ＴｉＮｉ形状记忆合金与其他异种材料焊接技术的发展。由于ＴｉＮｉ合金与不锈钢在物理和化学性能方面存在较大差异［４］，直接对焊易在焊缝区形成大量的金属间化合物，严重恶化接头的力学性能Ｌ５］。通过焊接材料添加合适的合金元素是改善焊缝组织及接头力学性能的有效途径。本研究采用纯镍中间夹层作为焊接材料实现ＴｉＮｉ合金／不锈钢激光焊接。选择镍焊接——材料的依据主要有以下几点：（１）根据ＦｅＮｉ，ＣｒＮｉ，—ＴｉＮｉ二元相图［８１０］，Ｎｉ与不锈钢中的Ｆｅ，Ｃｒ及ＴｉＮｉ合金中的Ｔｉ在液相无限互溶，在固相有限互溶，且Ｔｉ在Ｎｉ中具有较大的溶解度，有利于改善激光熔焊的结合性能和接头的力学性能；（２）Ｎｉ是一个奥氏体形成元素，有利于增加焊缝金属的７一Ｆｅ量，改善接头的铝阳极氧化膜原位偶合反应着色工艺研究５７［１］Ｅ２］［３］［４］Ｅ５］［－６３［７］［８］２００３００４００５００６００７００８００Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｎｍ２００３００４００５００６００７００８００Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｔｇｎｒｎ２００３００４００５００６００７００８００Ｗａｖｅｌｅｎ￣［ｈ／ｎｍ—图４着色剂结构中ＧＯＣＨｓ（ａ），ＣＨｓ（ｂ），Ｃ１（ｃ）时所获着色膜的ＵＶ反射光谱—Ｆｉｇ．４ＴｈｅｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅｆｉｌｍｓｃｏｌｏｒｅｄｗｉｔｈＧＯＣＨ３（ａ），ＣＨ３（ｂ）。Ｃ１（ｃ）ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄｃｏｌｏｒａｎｔｓ参考文献郭鹤桐，王为．铝阳极氧化的回顾与展望［Ｊ］．材料保护，２０００，３３—（１）：４３４５．吴敏，孙勇．铝及其合金表面处理的研究现状ＥＪ］．表面技术，—２００３，３２（３）：１３１５．—ＭＯＮＴＧＯＭＥＲＹＤＣ．Ａｎｏｄｉｚｉｎｇ［Ｊ］．ＰｌａｔｉｎｇａｎｄＳｕｒｆａｃｅＦｉｎｉｓｈ—ｉｎｇ，２００４，９１（８）：８８．李淑华．铝及其合金的表面处理技术［Ｊ］．材料保护，２００１，３４—（３）：２０２２．崔昌军，彭乔．铝及铝合金的阳极氧化研究综述［Ｊ］．全面腐蚀控—制，２００２，１６（６）：１２１７．ＨＥＲＢＳＴＷ，ＨＵＮＧＥＲＫ．ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＯｒｇａｎｉｃＰｉｇｍｅｎｔｓＬＭ］．—Ｗｅｉｎｈｅｉｍ：ＷＩＬＥＹＶＣＨＶｅｒｌａｇｓｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ，２００４．王莉贤，王红，马引民，等．一种铝阳极氧化膜的着色方法［Ｐ］．中—国专利：１００５２８１３．１，２００８０４－１６．王莉贤，郭强，潘安健．Ｎ，Ｎ一二苯基丙二酰胺的制备［Ｊ］．化学世界，２００６，４７（２）：１０２～１Ｏ４．［９］始荣明，白登科．军用电子电器设备环境试验方法［Ｍ］．北京：国防科工委．１９８６．［１ｏ］曾三凌．铝阳极氧化膜的剥离与剥离技术［Ｊ］．电镀与精蚀，—１９９７，１９（２）：２４２７．——［１１］ＷＡＮＧＬｉｘｉａｎ，ＬＵＭｉｎ，ＬＩＡＮＧＹａｎ－ｐｉｎｇ．ＳｔｕｄｙｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅＡ１ｏｘｉｄｅｆｉｌｍｗｉｔｈｐｅｒｍａｎｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ａ］．Ｔｈｅ３ｒｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＴｈｉｎＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｃ］．—Ｓｈａｎｇｈａｉ：ＣｈｉｎｅｓｅＰｈｙｓｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙａｎｄＳｈａｎｇｈａｉＰｈｙｓｉｃａｌＳｏｃｉｅ—ｔｙＰｒｅｓｓ，１９９７．７５７７．基金项目：上海市重点学科建设项目资助项目（Ｐ１５０２）———收稿日期：２０１００３１０；修订日期：２０１卜０６１２作者简介：王莉贤（１９５９），女，副教授，博士生，主要从事有机合成及材料表面处理等方面的研究工作，联系地址：上海应用技术学院（２００２３５），Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｌｘｌ７６０２＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｅｎ通讯作者：郭强，男，教授，高分子材料专业，联系地址：上海市城中路２Ｏ—号上海大学材料科学与工程学院（２０１８００），Ｅｍａｉｌ：ｇｕｏｑ＠ｓｈｕ．ｅｄｕ．ｅｎ米米米米米米米米米米米米米米米米米柴米米米米米米米米米米柴米米米米米米米米米米柴米米米米米米米米米米米（上接第５１页）—［５３ＬＩＭＧ，ＳＵＮＤＱ，ＱＩＵｘＭ，ｅｔａ１．ＭＪｃｒｏｓｔｒｕｅｔｕｒｅｓａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃａｐａｃｉｔｏｒｄｉｓｃｈａｒｇｅｗｅｌｄｉｎｇｊｏｉｎｔｏｆＴｉＮｉｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙ—ａｌｌｏｙａｎｄｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＷｅｌｄｉｎｇ，２００５，１４（２）：９５１００．［６］ＧＵＧＥＬＨ，ＳＣＨＵＥＲＭＡＮＮＡ，ＴＨＥＩＳＥＮＷ．ＬａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｇｏｆＮｉＴｉｗｉｒｅｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡ，２００８，——４８１４８２：６６８６７１．［７］李洪梅，孙大千，王文权，等．激光光斑位置对ＴｉＮｉＳＭＡ与不锈钢激光焊接头组织与性能的影响［Ｊ］．材料科学与工艺，２００９，１７—（增刊１）：１４３１４７．—［８］ＳＷＡＲＴＺＥＮＤＲＵＢＥＲＬＪ，ＩＴＫＩＮＶＰ，ＡＬＣＯＣＫＣＢ．ＴｈｅＦｅ—Ｎｉ（ｉｒｏｎｎｉｃｋｅ１）ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈａｓｅＥｑｕｉｌｉｂｒｉａ，１９９１，—１２（３）：２８８３１２．［９］ＮＡＳＨＰ．ＴｈｅＣｒ－Ｎｉ（ｃｈｒｏｍｉｕｍ－ｎｉｃｋｅ１）ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ—ＰｈａｓｅＥｑｕｉｌｉｂｒｉａ，１９８６，７（５）：４４６４７６．—［１ｏ］ＴＡＭＢ．ＭｉｃｒｏｗｅｌｄｉｎｇｏｆＮｉｔｉｎｏｌｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙ［Ｄ］．Ｗａｔｅｒｌｏｏ：ＵｎｉｖｏｆＷａｔｅｒｌｏｏ，２０１０．—［１１］ＭＵＲＲＡＹＪＬ．ＴｈｅＦｅＴｉ（ｉｒｏｎ－ｔｉｔａｎｉｕｍ）ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ—ｏｆＰｈａｓｅＥｑｕｉｌｉｂｒｉａ，１９８１，２（３）：３２０３３４．——［１２］ＲＡＧＨＺＶＡＮＶ．ＦＮｉＴｉ（ｉｒｏｎ－ｎｉｃｋｅｌｔｉｔａｎｉｕｍ）［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈａｓｅＥｑｕｉｌｉｂｒｉａａｎｄＤｉｆｆｕｓｉｏｎ，２０１０，３１（２）：１８６～１８９．基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９７５１１２）——收稿日期：２０１１－０２１５；修订日期：２０１１一Ｏ６１Ｏ作者简介：李洪梅（Ｉ９８２一），女，博士，工程师，主要从事先进材料连接—的研究工作，联系地址：吉林大学材料科学与工程学院（１３００２５），Ｅｍａｉｌ：ｌｉｈｏｎｇｍｅｉ＠ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ００Ｉｒ墨ｕＱ０ＩＩＥ瞢。