Ti-Ni形状记忆合金红外线钎焊优化方案

日本大阪大学的研究者们采用Ag-Cu共晶钎料BAg-8（BAg72Cu）、添加w（Ni）=0.5%～3%的Ni的BAg-8钎料实现了Ti-Ni合金与SUS304不锈钢的钎焊连接^[10]。Ag-Cu基钎料的成分和熔化温度见表18-5，使用形式为0.1mm厚的带，在红外线加热炉中于氩气保护气氛中进行钎焊，并施加0.5MPa的压力。结果表明，采用BAg-8钎料钎焊时，采取较低的温度或短的保温时间钎焊，在接合面上可形成均匀的反应层，接合强度为200～250MPa，最高强度可达275MPa，断裂均发生在钎料与焊接件界面上所形成的Fe-Ti系化合物层附近；采用加Ni的BAg-8钎料钎焊时，能抑制Fe和Ti的溶解故而不形成Fe-Ti系化合物层，断裂发生在界面上所形成的Ni₃Ti层和Ni-Ti层，因为不形成Fe-Ti系化合物，所以接头最高断裂强度可提高到400MPa左右。

表18-5 Ag-Cu基钎料的成分和熔化温度Table 18-5 The compositions and melting temperature of Ag-Cu-based filler metals

Shiue R H等采用Ag-Cu-Ti活性钎料在红外线真空加热炉中钎焊Ti50Ni50（摩尔分数，%）形状记忆合金。结果表明，当钎焊温度为870℃，钎焊保温时间大于180s时，接头抗剪强度最大为251MPa；但是钎缝中生成Ti-Cu和Cu-Ni-Ti相，恶化了接头形状记忆性能[11]。

Yang T.Y.等以25μm和50μm厚的纯铜箔为钎料对Ti50Ni50（摩尔分数，%）形状记忆合金进行了红外线钎焊试验[12]。钎焊在氩气保护气氛的红外炉中进行，采用图18-4所示的弯曲试验测定钎焊接头的形状记忆效应。弯曲试样加工成约20mm×5mm×0.5mm的试板，在77K（液氮）温度下弯至θ_i角，随后加热到不同温度（最高130℃），θ_i恢复至θ_f，则形状记忆恢复率为（θ_i-θ_f）/θ_i。

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图18-4 弯曲试验示意图 Fig.18-4 The scheme of the bending test

以纯铜为钎料，在1150℃下钎焊Ti50Ni50合金，接头组织由富Cu相、CuNiTi相和Ti（Ni，Cu）相三相组成。其中的富Cu相在钎焊保温的最初10s快速消耗，随后接头中为Cu-Ni-Ti相和Ti（Ni，Cu）相的共晶混合物。延长钎焊保温时间，接头中Cu-Ni-Ti相减少，Ti（Ni，Cu）相增加，Cu-Ni-Ti相的存在破坏了接头的形状记忆效应，而Ti（Ni，Cu）相即使含有大量的Cu，仍保持有形状记忆的特性，因此延长钎焊保温时间可改善接头的形状记忆效应。具体的测试结果见表18-6。从表18-6可以看出，两种厚度的Cu箔钎料钎焊接头形状恢复率随钎焊保温时间的变化趋势是一致的。原始Ti50Ni50合金条带在80℃和130℃的形状记忆恢复率分别为95%和99%，而采用Cu箔在1150℃×300s规范钎焊的Ti50Ni50合金接头，其130℃的形状记忆恢复率可达到99%。

表18-6 Ti50Ni50/Cu/Ti50Ni50接头的形状记忆恢复率^[12] Table 18-6 Shape memory recovery of Ti50Ni50/Cu/Ti50Ni50 joints