（材料学专业论文）超弹性niti合金丝激光点焊接头的组织和性能.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 n i t i 形状记忆合金集形状记忆效应、 超弹性、良 好的生物相容性于一体， 使它成 为理想的医用材料。目 前对于直径较小、 厚度较薄的医疗器械的需求量日 益增加。 这些 医 疗器械可经过外科植入或导管到达人体细小、弯曲的部位。 但是， 现有的加工技术， 激光雕刻或手工编织， 成本高且难以 加工此类医疗器械。 激光微焊接被认为是加工此类 医疗器械适合的、有希望的方法之一。 本论文研究了n i t i 形状记 忆合金脉冲激光点焊的工艺及激光点 焊接头的 组织、 性 能 目 的在于揭示用激光焊接方法加工微小医疗器械的可行性。 采用脉冲激光进行了 超 弹性t i - 5 0 . 6 a t . % n i 合金细丝的点焊。理论分析和试验结果表明， n i t i 合金激光点焊 时， 获得良 好接头的工艺参数选择原则是小电 流、 大脉宽、负离焦，同时需要氢气保 护。本文对比 分析了接头和母材在金相组织、相变行为、成分、显微硬度及应力一 应变 曲 线等方面的变化。结果表明，激光焊接n i t i 记忆合金是有前途的。 激光点焊接头熔 化区由 树枝晶组成，热影响区分为两部分， 靠近熔池部分为粗大等轴晶， 靠近母材部分 为 细小等轴晶。激光焊接会造成n i 的蒸发使接头中n i 含量比母材低，从而影响接头的 相变行为。激光焊接后，接头中碳化物的含量明显少于母材。力学性能测试表明，接头 的 抗拉强度可达母材的7 0 % ，可恢复应变达母材的9 2 % 。在最大平台应变处卸载，激光 点焊接头的残余应变为4 . 3 % ，母材的 残余应变为1 . 8 % . 关键词: n i t i 合金;激光焊; 超弹性;组织;力学性能 超弹性n m合金丝 激光点 焊 接头的组织和性能 mi c r o s t r u c t u r e a n d p r o p e r t i e s o f l a s e r s p o t - w e l d e d j o i n t o f s u p e r e l a s t i c n i t i a ll o y w i r e a c o m b i n a t i o n o f s h a p e m e m o ry e ff e c t , s u p e re l a s t i c it y a n d g o o d b i o c o m p a t ib i l i t y m a k e s n i t i a l l o y a d e s i r a b l e c a n d i d a t e m a t e r ia l f o r c e r ta in b i o m e d ic a l d e v i c e a p p l i c a t i o n s . t h e r e i s a g r o w in g d e m a n d f o r s m a l l e r a n d t h i n n e r m e d i c a l d e v ic e s t h a t c a n b e s u r g i c a l l y im p la n t e d o r d e l iv e r e d v i a c a th e t e r , i n t o s m a l l d i a m e t e r , h i g h l y t o r tu o u s p a r t s o f h u m a n b o d y . h o w e v e r , p r e s e n t t e c h n i q u e , l a s e r c u t t i n g o r h a n d m a d e t e c h n i q u e , u s u a l l y t a k e s h i g h c o s t s a n d i t i s d i ff i c u l t t o f a b r i c a t e f m e r o r m o re c o m p l i c a t e d m e d ic a l d e v i c e s . mi c r o l a s e r w e l d in g i s c o n s i d e r e d t o b e o n e o f t h e a v a il a b l e a n d p r o m i s i n g m e t h o d s f o r t h e f a b r i c a t i o n o f m i c r o m e d i c a l d e v i c e s . p r o c e s s , m i c r o s t r u c t u r e s a n d p r o p e r t i e s o f p u l s e l a s e r s p o t w e l d i n g n i t i s h a p e m e m o ry a l lo y h a v e b e e n s t u d i e d i n t h i s p a p e r i n o r d e r t o r e v e a l th e a p p li c a b i l i t y o f l a s e r w e l d in g t o t h e f a b r i c a t i o n o f s m a l l m e d i c a l d e v i c e s . t i - 5 0 .6 a t % n i w ire s w e re w e ld e d u s i n g p u l s e d y a g l a s e r t h e o r e ti c a n a l y s i s a n d e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w t h a t w e l d i n g p a r a m e t e r s p o s s e s s i n g l o w e r c u r r e n t , h i g h e r p u l s e d u r a ti o n , d e f o c u s i n g d i s t a n c e a n d a r p r o t e c t i n g a t m o s p h e r e a r e a d v a n t a g e o u s t o g e tt i n g b e tt e r j o i n t . t h e l a s e r s p o t - w e l d e d j o i n t s w e r e t e s t e d f o r i n v e s t i g a ti o n t h e m i c r o s t r u c tu r e , tr a n s f o r m a t i o n b e h a v i o r , c o m p o s iti o n , m i c ro - h a r d n e s s a n d s t r e s s - s t r a in c u r v e s i n c o m p a r i s o n w i t h t h e b a s e m e t a l . it c a n b e c o n c l u d e d t h a t l a s e r w e l d i n g n i t i a l l o y i s a d v i s a b l e w h e n n it i a l l o y i s u s e d a s f u n c ti o n a l m a t e r i a l . t h e f u s i o n z o n e f e a t u re s d e n d r it e s t r u c t u r e , t h e m i c ro s t r u c t u re s o f h e a t - a ff e c t e d z o n e c a n b e d i v id e d in t o t w o p a r ts : c o a r s e e q u i a x i a l c ry s ta l s n e a r t h e f u s i o n z o n e a n d f i n e e q u i a x i a l c ry s ta l s n e a r t h e b a s e m e t a l . t h e t r a n s f o r m a ti o n b e h a v i o r o f th e j o i n t w i l l b e a ff e c t e d 勿t h e v a p o r i z a t io n o f n i - c o n t e n t d u r i n g t h e las e r w e l d i n g p r o c e s s . c a r b i d e i n l a s e r s p o t - w e ld e d j o i n t i s l o w e r t h a n t h a t i n b a s e m e t a l . t h e u lti m a t e t e n s i le s tr e n g th o f t h e j o i n t i s u p t o 7 0 p e r c e n t o f t h e b as e m e t a l , t h e m a x i m u m r e c o v e r a b le s t r a in is u p t o 9 2 p e r c e n t o f t h e b a s e m e t a l . wh e n u n l o a d in g a t t h e m a x i m u m p l a t e a u s t r a i n , t h e re s i d u a l s t r a i n i s 4 .3 % f o r l a s e r s p o t - w e ld e d 扣 i n t a n d 1 .8 % f o r b as e m e t a l , r e s p e c t iv e ly k e y wo r d s : n i t i a l l o y ; l a s e r w e l d i n g ; s u p e r e l a s t i c i t y ; m ic r o s t r u c t u re ; m e c h a n ic a l p r o p e r t y 一1 1 独创性说明 作者郑重声明:本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人己 经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 大连理工大学或其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢 意。 作者签名: i 6 刁 、 等日 期: 大连理工大学 硕士学 位论文 1 绪 论 1 . 1 引 言 随 着 种判刻 ,步 ， 新 材 半 轮 如 移 翻 地 佣已 成 为 侧弋 vp m 一 个 重 要 组 成 部 分 。 而 形伏 1 己 hz为 研书 新 型 功 能 材 料 ， 兼郁m及1 k 朽 可中 功能， 有 1 阔 的 应 用前 景。 用形状记公另发 的 产品， 绷幼 荀 单， 可 断定 性好， 弓 ijb 了 刀门 的 极 大关 注。自 形伏 记忆 合 金问 世日 国 乏 ， 世界 各国 学者 和va淋次员 对形状记hz行 了 广泛的 理论 研次 和应 用开发 研究， 取得了巨 大进展。 n i t i 形 状记 忆 合 金 作 为 功 育 晰料 中 的 佼 佼 者 ， 应用 时 首 先 应 充 分 掌 握 记亿 合金 所 固 有的 材料 学 基 本性能， 并考虑记hz 合金的 可育 pi 用的 刻牛 、 方法和用途。 但是 ，由 于 n i t i 形 状 记忆 合 金 特 性复 杂睑 作 单 晶困 难直到2 0 t om 8 0 荆七 才 对 该 合盔馨降湘隋 些t 解。 这 些 特 性包 括 形 状记 忆 原 理 1 , 2 1 , 4 , , i l特性 3 ， 形 变行 为 4 , r 相的 本 质 5 ， 相图 6 及亚 f l e m 物 的晶 体结 构【 7 ， 而 1 ra t 性和 生物相 9 9 生 8 - 1 0 等。 随 u f m 深礼川n a 渐掌 握了 通z n t 处9m惧内 部 乡 珍 勾 的 方 法成功$ n 1 = 出了 具有良 好形 状记 公次研口 趣单 性特性的n i t i 开 袱记忆 合金 : 并 投入了 实 用。 从此 n i t i 形状记忆 合 金 应 用 不 断 扩 大， 专 利 不 困曾 多 。目 前 己 开 发 出 的n i t i 基 3 倒灯 己 忆 合 金 很 多 ， 其 应 用已 遍 及 电 a空 制、5 11 原 交 通、 机树 稀 蛤、 医 学生 物 及日 常 生 活 等领 域 1 1 . 1 .2形伏 记忆 合金的 发展历史 形状 记l -ft v乍 为_ 1 中 新 型功育 断 才 料为 州1 斯认 识， 并 成为 il垃哟学 环 斗 分 支， 经 历了 几十年的发展过程。 形伏记 忆 效 应的含 义是， 某些具有热 弹性马氏 谁 林狡的 合金材料， 处于马氏 体伏 态， 并进行 一定n变 的 变 形 域度 形诱 变马氏 体 后， 右 书 旬 旨 柳 叨剑程中， 当 超过马氏 体相 消 失 的 温 度 晰抖推复 至 收形前 的 形 状 和 付 积。 少 倒 犬 i忆 效 应 的 发 现 可 追 溯 到1 9 3 8 年 ， 当 时， 美国 的 格里奈哥 ( g r e n i g e r ) f r fflk id 安 ( m o o r a d i a n ) 在c u - z n 合金中 发现了 马 氏 体 的 热 弹 性 转变。 随后， 药 联的 库 鸡 莫 夫 ( k u r d j u m o v ) y 挞种 行为 渊于 了 研究。 1 9 5 1 年美国 的 程 ( c h a n g ) 和里德 ( r e a d )在a u - c d 合金白 姗院中 亦发现热弹性 马氏 不 料专 变， 超弹性n m 合金丝激光点焊接头的组织和性能 但是 该 合 金 价格昂 贵， 难峻 幻 泣 用 。 直 到1 9 6 2 年， 美国 海 军军 械 研 究 所的比 勒 ( b u e h l e r ) 发 现了n i t i 合 金中的 形 状记忆 效 应， 才刀 沧 了 形尚已 么 效 应 得 至 犷泛 应 用的 新 阶段。 n i t i 合金 中的 形状记 么 效 应 完全 是 偶 然澎卿 狗 。 原来 这 种合 金 是 作为 对 温 度敏 感的 振 动 衰 减剖锄a 以 研 究的。 1 9 6 2 年， 美国 在 讨论该顷 研究 费 用的 分 配时， 某 一 成员 用 利名 这 种材 料伟 呵细丝的一 端29 曲， 然 后在曦 燃手中 雪茄时， 了 w a * 近火柴的火焰部 分 的 细 当申 直了 。 当 时 把 这 种 原 子 百 分 数 各 半 的 镍 钦 合 金 称 为n i t i n o l ( n i c k e l - t i t a n i u m n a ry o r d i n a l l i b o r a t o r y ) 合 金 。 2 0 也己 7 0 年 代以 来已 刀 二发出n i - t i 蜘珍 伏 记 忆 合 金、 c u - a 1 - n i 基和c u - z n - a 1 基形伏 记 忆 合 金; 研究了 其 他甲 些 合 金中 及 含z r q 陶 瓷 中 的 形伏 记 忆 效 应; 8 0 年 代 开发了f e - n i - c o -t i 基和f e - m n - s i 基 形 状记 忆 合 金 1 2 0 2 0 余 年 来， 有关形 状记忆 效 应 的 im 究已 席 卷马氏 侧 m m， 马氏 体 相 变国 际会 议的论文 中， 形 状记忆 的 论文数己 超 过半数， 蔚为大观。 形状记 忆 效 应 来 源于 材水 钟发生 的 根变 ， 这 种 相 变 称为 马氏 材跳 变 。 马氏 侧 讲 瞅撮 初匙知刁 中 澎贻 ， 并 作 为 钢的 4 a技术断劫n 以 ,p 院。 马氏 体梭变 i 仑 白 饰 开 究 事 经8 0 年，日 趋完美， 它 在 结构 钢的 弓 圣 团 化 中 起 着重 要的 作 用。 最 近 又发 现 错的 马氏 体阳 变 自 激善 含 铅结 构 陶 瓷 材 料的 韧 性。 形 状记 么 效 应 则 是 靠 材-11冲岌蛛辟胜 马氏 俐 产 生。 它已 成 为 马氏 利 针 砂嘟域中占 据 首 要 地 创形l m 。 现 在己 发现 具有 形伏1君 忆 效 应的 合 金 至少 有【 1 3 : ( 1 ) t i - n i , t i - n b , t i n i - x ( f e , c o , c u , a u , p t , p d , t o : ( 2 ) a u -d , a u - c u - z n ; ( 3 ) c u - z n , c u - z n - a 1 , c u - z n - s n , c u - z n - n i , c u - z n - s i , c u - z n - g a , c u - p b - z n , c u - a l , c u - a l - n i , c u - a l -f b, c u - a l - s i ; ( 4 ) a g - c d , a g - z n -cd , a g - z n ; ( 5 ) n i - a 1 , n i - a l - c o , n i - a i -ga , n i - a 1 - t i ; ( 6 ) 助， q r n i ; ( 7 ) f e - n i , f e - n i - c o - t i , f e - m n , f e - m n - c , f e - m r r s i , f e - m n - s i - n i ( c r ) ， 3 0 4 型 不 锈 钢和f e - p t 等。 形 状 记忆 合金己 被 确 认为 一种 丈 拟 抠 动 的 功 育 浦料， 又由 于 兼具感 矢 叨1驱动 功能 亦 柏 晦 抹寻 ， 受至 扩泛重视。 2. 大连理工大 学硕士学 位论文 1 3 .1热 弹 性 马氏 体 相 变与 形 状 记h 漱) , 1 3 马氏 体 相 变 是一 种固 态 相 变， 是月村 j 座引 起 原 侧感疑跪琳的 相 变， 伪切 变 :# m 的 是 在 与 切 变 平 面 # j- w,仿向 上 有 zb 戮浓， 相 变 时 又 削耗 移讹。 锄口 ， 钢 中 马 氏 体 相 变时 ， 体侠封性 约 为4 % ; 形 状记 忆 合 金 中 马氏 体 相 变 时， 嗯 娜 刻七 小 于1 % 。 这 样 ， 马 氏 体 相 度 部州寸 于 母 相 来说 ， 就 具 确 汐 卜 型 的 变 化 。 从 效 果 上 看 ， 马氏 体 相 变 剿以 于 普 通 滑 移， 两a ftl e m l 湘同。 马氏 wf u w - 的能量 条 件 是马氏 体的 化 学自 由 育 泌 须比 母相 蒯氏 。 相 变时 ， 需 要 考 虑 界 面 有 冲应 变自 爵非化学 自 由 能。 只 有当 m a之 间 的 化 学自 由 育 断差栖也明 h t 学自 由 有 树， 马 洲材怒别有 b 于 始， 也 就 是 说 ， 只 有当 过 冷 侄 吗 氏 体 相 与 母 相 化 学自 由 能 平 衡 m 度t o 以 下 适当 白 饭 息 度 k时 ， 在 相 变 驱 动力 的 作 用 下， 相 多 剑 有 妍始 ; 同 徉 ， 只 有 马氏 体 相 过 热 到t o 以 i t 当 的 温 度a s 时 ， 在 相 变 夔 动力 的 作 用 下， 逆转变才开 始。 马氏 体晶 核生成时， 其急 的自 由 能同 1 自 由 能、 界 面育 么弹 性 应 变育 么塑 性 应变能 假定马氏 体中 发生了 塑 性变形) 等 有关。当耗讹为4 % 时， - 刻1 4 种形式的 有 腰 考 虑: 当 不 材移讹小 于1 % 时， 界 面育 沐塑 性 应 变有 街 可 忽 略不记 。 讨羊 ， 总的自 由 有 织与 粼 俐弹 性 有 关。 因 此， 母甘 却 到k温 度以 下时 ， 马氏 体 将长 大， 直至 喊 州 七 学自 由 能 和 弹 月 目 恕 学自 由 能两者 之 i t j 撮刁 、 值时， 马氏 体 停 止长大。 这徉 ， 在 根努断呈 中， 冷却 时 马 氏 体 长 大， 加热 时马 氏 体 缩小。 其 长 大 禾 缩小 r -i : j s 应和 弹 性 效应 两因 素 平衡 条 件 韵 伟 哟。 只 有温度改变- 沙 肋f 钊 用 力 破坏了 习 唯了 ， 马氏 体 才开 始长大 或缩小 。 生 述马氏 侧 湘 变称 为银弱 单 性马氏 体相 变” 。与 此相 反， 不随翻变6 七 长 大 或 缩小 的 马氏 体 则叫 做 “ 非 粼 辟性马氏 体”。 形罚 ,忆 合金中， 马氏 俐 更 洲 教 辫专 变， 使马氏 料袋 姑 立 生的 变y: i肖 失。 下 目 0需 要 在 f 9 * ,学 . ua 以 保 证 。 通 过 对 形罚已 忆 合 金 的 研 究 ， 总 结出 应 具 备 下 列 刹钊会有 记忆 效 应: 1 ) 马氏 4 材哪啧黔弹性 的 ; 2 ) 马氏 体 的点 卜 轩变切 变 为 孪生， 亚 结构 只能由 孪晶 和 剧鹊诚; 3 ) 马氏 体属 于 对 和 半1 氏 的 点阵 结 构， 而 母 相晶 体 为 对 称 性 较高的 立方 点 阵 结 构， 并 且 大 都 是 有 序的， 讨羊 ， 有 角才隋较高 的 弹 性极限 ， 热 弹 性马氏 付 沛 座 与 七 生 泊 勺 . 1 、 尺 度 畸 变 不会围出剿 生 极限 ， 就会 使 根努士 程 中 母 相和 马氏 体 界 面保寺单 tj j 划 各( 即 两 相界 面上的原 子引 oiin 丘 ) ， 约芭 相变时 重新 构成 原fl u目 结 构提供有利条件。 热 弹 性 马 氏 体 相 变 是 在 t a d 、 的 过 冷度( 担 绍 昔 ) 下 发 ai m， 即 4 vi r 需 的 驱 动 力 很 小。 如果 相变驱动力不 足以 一朝r 一 片马氏 体充 分长 大 所需的 弹性变形能及 其它育 罐 肖 耗 时， 马氏 体 片 在未 长至 报限尺 寸 之前 便会 停 止 长 大， 但 这旧 州书界 面 并 未 破坏。 也 就是 说， 在马氏 体片 形 成以 后， 界面上的 弹 性勿衫 提 着马氏 体片长 大而 增大的。ff w 七 ， 在一 超弹性n it i 合金丝激光点焊接头的组织和性能 定的温度 下， 当 这4 了瞬 了瞬 l生 变形育 wa i 格界面有 得 育 罐 爵 肖 未潜 力 dim相 变的 化学驱 动力 相等 时， 新 相和母 相即 达到了 一不p 群牲平衡m态 ，以 至相变会自 然 停止. 然而， 11 i 付 形 变 并 未围士 1t ,极限， 若温度继续下降， 则因马氏 落 材 便蝴区 动力 增加， 马氏 体片又继续长 大。 此 时 出 现 新 的马氏 体 片 长 大 也 是 可 育 w。 当 温 度 升 高 使 相 驱动 力 减小 时 ， 马 氏 体 片 便 会 收 缩， 故 和 琪为 粥单 性马氏 体。 热 弹性马氏 嗯 栩孩 时 储 存 在马氏 体中的 弹性应变肩 g lz 温度升高时 将有助于马氏 体向 高 温 相 的 逆 转 变。 如 果 在马氏 惭胜封形 成 91 词逆缺陷 ， 贝 心 肖 耗的 育 w-14 无 助刊兰 转 变， 当 这 部 分 不 可 逆育彭 肖 耗占 主导 地 位时， 就 不能出 现热 弹性 马氏 体。 除 储存在马氏 体中的 弹性应变育 邑 艺 外， 夕 wl 动也自 白 立 生类彻玲 清 况。 力 】桩乙 力 时 促 使马 氏 体 形 成， 而 去 除 应力时 ， 马氏 落 材那缩。 这 便 提 位 叻作 用下的 热弹胜 马氏 体相 变 。 1 . 3 . 2形伏 记忆 合 金的 基 本原 理 大 部 分移出己 忆 合 金发 生的 是 热 脾 牲马氏 体 相 变。 在 许多 形洲己 忆 合 金中， 高尉目 通常 是 无 序的 体g i 立 方 结 构p 相。 女 咐 0 才 tt y的 工艺 处 理， who 时 则能 蓄 题ia序的 b 2 ( c s c i ) 结 构， 如图1 . 1 所示。 图1 . 1 b 2 ( c s c l ) 结构 黑圆 点为n原 子;白 圆圈 为t i 原 子 1i 出 现“ 塑性” 变 形， 力 n t h 能 使过 冲 卜 勿珍 消 失 卜呈 绷 伏a ll 乙 效 应. 若合 金 在a f 以im才 立 伸， 应力 除 去 后， 由 于 应力 诱 发马氏 体相 变引 起的 哪 即 消 失 。 a a度 以 上 的马 氏 体 只 在 应力 作 用 下氛 定 ， 卸 载 后 当 即 逆 转 变 为 稳 定 白 够 时 目 。 这 种 不ic勤n 热即 回复 到原 先明 的 杆 佼. 看圈乏 象 弹 泪 变形 ， 仁 琪应 力 - a变 曲 线是 4 性 的， 部f - , 妙垂复， 它与 传统材料的 弹性本 质不同，因 归 称为相 变伪弹 性 ( p e sv d n e la s ti c ity ) ， 或由 于 其 应 z t 全 回 复 称为 相 变 超 弹 性( s u p e re la s ti c ity ) 。 !只侧 祖度 图1 .7 形伏 记忆 效应、 f 粤1 .7 s tre s s - t e 叫e r a t u re d ia g r a m o f s h a p e m e m o r y a n d p e s u d o e t a s t i c e ff e c t s i n n m 自 人以 下 力 烈 至a f 以 上 可 出 王 w - 伏 记 忆 效 应 ， 而 m单 性 出 现在扮以 上 ， 这时 如果 没 有应 力 作 用， 马氏 体 是 完 全 不 稳 定的 。 在a e- a f范 围 内， 两者 部分出 现。 图1 .7 中 ， 正 斜 率滚示诱 发 马 氏 体 的 临 界 应 力 ， 符 合c la u s iu s - c la p e y m n 方 程。 :则斗 率 雇 .a c a 或b ) 表 示愉 界 滑 移 应力 。 因 为 矛 豁轶不 会 因 力 滋 赎 脸 嗽而 恢 复 ， 其 应 力 必 定 低 于 出 现 形 状记 忆 效 应 和 趣单 性 的 线 。 显 然， 如果 临 p r e -1 力 低 于b 线， 贝 r 醚不 会出 现， 因 为 在 应 力 诱 发 马 氏 体 出 现之 前 己 经 发 生 了 w 1 3 , 1 6 1 . - 1 1， 超弹性n i t i 合金丝激光点焊接头的组织和性能 由 巡可见，出 芝 贝 湃 纵 尺 记 忆效 应 拼伪弹 性最根本 的郊t 卜 是 马氏淞 度的晶体学可 逆 w7 乏 避免a 变形时出 现 散多 。 由 于光燮七 如果 滑移 变形 的 临 界应 力 较高， 则当 应力 尚 不 足以 产 生 滑移 变形时就出 现了伪 弹性。 晶 粒 度 、 时 效析 出 等 压 康的 影 麟之 大 ， 不锄 !位力于母相能出 王 性， 而 劝 田 11完 全的马 氏 体伏 态 也能出财 变 伪弹 性。 因为 应力 可以 是 一 种马氏 体 结 构诱 发丘 生另 一 种马氏 体结 构， 而 这手 打 鱿 力 诱 发法 马氏 僻 崖 任 热 力 学上 是不 砚 急 定的， 应力 除 去 后o w l 回 以的马 氏 体， 出 现伪 弹性 。 1 . 3 、 5 “ 超 弹 性 ” 和“ 伪 弹 性 ”在 应 力 消 除 后 ， 可 回 复 的 应 变 量 不 同 . 前 者 是 完 全 复 ， 后 者 是 部 分 回 复 ， 歹 赊变 形 司 ic 丈 后 续 m o u 4 . 断回 复 。 实 际 上 ， 创f充 本 质 上 是群 魄 所以 这 两村聪渔常膨 淆 使 用。 图 1 .8 筋 尚 奇 c u -3 8 .9 z n 单 晶 在 _7 7 0c( 合 金 的 k 1 2 5 0c ) 形 变 ， 至 应 变 达 9 01 0 时 呈 完 全 的 应 力 诱 发 马 氏 体 态 ， 卸 去 应 力 后 ， 应 力 . 应 变 曲 ld 口 二 出 现 殴蟋 ， 呈 现 超 弹 性 。 5n 不 同 合 金 、 或 对 同 合 金 在 不 rm渡下 撇! 1 t 力 后 ， 泪 琳 会 出 现 不 同 的 应 细复 清 z r i 有 的 戮伪 弹 性一 应变 部分 回 复。 伪 弹 性 靛睐象 弹 电 胶形 ， 但 其 应 办8 2 变 曲 线 是 非 弹 性 的 ， 因 此 被 称 为 伪 弹 性域 由 于 其 可 逆 变 形 量 大 又 被 称 为 超 弹 性 ) 。 迎 提， 你单 性 与 般 弹 性 变 性 无 关 ， 仅 与 应 力 诱 发 杠 座 和 卑 弹 性 相 变 有 关 伪 弹 性 与 热 诱 w 毛漱 tz 效 .9d t l i m ,lz在 伪 弹 性 侧 青 况 下 ， 试 样 的 ，rwwly- 力 的 变 化 而 变 化 。 1 m mo / 0 的 多 晶 mv , a mm -4 力 去 除 后 ， 不 用 期 熟可 完 全 恢 复 原 状 。 图 1 .9 用 应 力 刁 夔 变 曲 纷端 姻 她说 明 了 这 手 树 r 为 。 ，1 2v 大连理工大学硕士学位论文 侣之只议 己艺、长创 应交了 肠 图1 .8 c u 3 9 .s z n 合金单晶( m s = 1 2 5 c ) 在- 7 7 0c 瑰. 1 .8 s t r e s .4 s t r am c u rv e o f c u -3 9 .8 z n a g c y s 顿 少c t y s ha l s h o w in g s u p e r e wfi c n y 、 t - - - - - - - - 一0_ ;r i c7 . 二 慕 二 、界 !力 应 舀性上 七 亡 . 图1 .9伪 弹 栩鱼 力 - 1 灰 变 曲 线万 稳图 1 1 愁1 .9 s c h e m a ti c m u s h mm ti o n o f p e s u d o e la s ti c i ti c s h e s wst r a i n c u rv e 材 料 的 ft*i l不 同 ， 伪 弹 州萝 邃也 不 同 ， 可 分 为 三 种 不 卜 于 青 风1 3 1 1 .相 变 引 起的 伪 弹 性 当 原鸽留由 马氏 李 相碱对， 右 某一 锡度下 ( a f 2 0 6 1 7 4 0 3 0 - 叨 6 .4 5 1 2 7 0 - 1 3 5 0 加x 1 0 -5 1 2 .8 5 3 5 2 5 0 4 0 1 . 4 . 1 n i t i n i t i 在 形 状记忆 合 金中 蒯愁 势 是 在 与 铜 基 记 忆 合 金的 竞 争 中 确 立 的 ， 工 业上 的 第 一 个 成 功 应 用 是1 9 7 1 年r a y c h e m 公 司 生 产 的 液玉 省 接头。 不 佣n i t i 形伏 记忆 合金 优良 的 形伏 记 忆 效 应， 间 带 憾洛不 书 奎 接 紧 固 件， 如 管 接 头、 紧固 圈、 连接套 v p 紧固 钾 阵 丁 等。 记忆 都敖跟科会 甜 勺 简单、 重量 轻、 所占 空间小 ， 并且 安 全性 高、 拆 卸力 便、 性能 稳 定 可 靠，己 被广 贬用于 知 l天、 航空 、电 子 禾 珑 r v 等 领 域 不 拥记忆 合金 在 功 a 月 兀 绷恢复 的同 时 其 恢复力 司 炒 日 故 功 m lft l 育 游伟 喊豁中 驱 动 元 件 。 退 冲 卜 驱办 勾 结 构 简 单 ， 灵 敏 度 高 p 藻f w 。 对只 需 一 次 性 动 作 的 驱 动 元 件 ， 要 求记忆 合 金 具有 软吠的恢复力 和ra子 的 形状己; 对于需多 次 峨 朔1 的 温 控元 件， 则 1 5 超弹性n it i 合金丝激光点焊接头的组织和性能 要 求 记rz 能彭 ;a 吠良 币 歌 定 施忆陕 能 疲劳 性 能和 较窄 的惬变 滞后， 靠，网 速。 对于 未 来 技术， 最重 要 的 是形伏 记 忆 复 合 材料 。 将删犬 记忆 合金 细丝、 维佳 、 颗 粒、 薄 膜等复 合到盘 属、 陶瓷、 树脂等中， l . 4 . 2 n i t i n it i 形伏 记 忆 合 金 作 为一 种 生 物 医 用 丰 拌 ， 良 的生物相容性、 耐钊 缅 寸 磨 性、 高抗 疲劳性 ， 变伪弹性。因 此， 医学邻 域， 种理想的生 物医用材 料。目 前土v - 1别拥于口 脸 渭 乖 卜字 月 - 夕 h 斗 、 心血 管 科、 胸 夕 泽卜丹 f a 旦 科 、 泌 尿 外 乖 吸妇n享 , 1 .3 所 示。 随 着介入 医学的 发展， n it j 更为 广阔的,- 目 前 景。 及 的医学领 圳冬 烈 广泛 表1 .3 n jt i 合 金 的 医 钩回月 t a b le l 3 t h e m e d ic a l a p p li c a ti o n s o f n , t i a l lo y 举 例 超弹性丝、 齿 列 矫 正 用 唇弓 丝、 齿 冠、 乎 伊; , 牙 谈 酬 , 凿 根固 定 器、 领 骨 固 定、 齿 翻中 植 体、 血幽丈 滤器、 脑动脚 夹 、 血管 栓 塞 器 人 工心脏等 前# 峪张固 定 支架、 ma -3 、 节育 环 、 ! 6 大连理工 大学硕 士学 位 论文 1 . 4 . 3 n i t i 介 入 医 疗 器 械 所 面 临 的 问 题 车 踵的 作用。 发展 更 细小、 更复杂的 架是用 陈 寸 黝 -唐 师蒯 勺 。 用 nt , 支 to 洲 与 ms -3 9 直径小、 非常弯曲的血1 7 1 。 而且， 激拟胎少 戈 本 高， 不自 勘m细 习 嘎 1 . 5 n i t i 形 状 记 忆 合 l m i , 除了 要 求 没 有 榔纳1 具 有 一 定 的 力 学 性自 ro卜 门弓 泌领保o f 袱 记z 功 能达 至 嘶需 要 求。 所以 ， 它比- 假 材料 o m ， 连接 工 :公寒1 的赊(j 也 更 多 。自 6 0 年代 初形台 至 啾在， 有关 这 方 面跳 阉 珍 il i 作 困良 少见 至 椒导。 在焊 接时， n i t i 合金 经 历一 个高 温过 程。 在高 温下n i t i 合 金很容易 吸收n , 0 , h 等 气体并 在 接头中 形 h 期 危 性 化 堪 渤。 根 据n i t i 二 元 合 金 相 图( 图1 . 1 0 ) ， 焊 接 凝 固 过 程 中 易 析 出t i 2n i , t i n i , 等 金 属 间 化 合 物。 n i t i 合 金的 主 要 焊 接 力 法有 : ( 1 ) 惰 性 气 体 伤 毖 、 钨 极 a o ( t h e g a s t u n g s te n a e c ,a t ld in f g t a ) 电 阻 人 铡 厚 s p o t w e ld in g ) ( 3 ) 车 付 早( b r a z i n g ) 帕阴 m ( fr ict i o n w e ld i n g ( 5 ) 电 子 束 焊 接( t h e e le ct ro n b e a m w e ld in g ) ( 6 ) 激 七 埠 接( la s e r w e ld in g ) 超 声 波 焊 接( v l t ra s o n ic w e ld in g ) g t a ( g a s t u n g s t e n a r c ) 焊 早在6 0 年代就有气 体 保 护 的 佳 卿脾连 接n i t i 形伏记忆 合金， 但 没有 获得 满意 的 结果。文 献 1 8 中报 道了n i 9 y形 状记 忆合 淦 泊 1 a , - -o , 步 酬湃结果， t wm n t v a h l6 -i 加 ， 焊 缝 中 氧 含 量也 增 加。 焊 件的 拉 伸 强 度 和 延 伸 郭右 焊 缝中 氧含 量 蒯口 而 ii i 氏 。 在 力袱 1 引 报 道了4 r n z 气 体 保 护下 1 7 超弹 性n i t i 合金 丝激光点 焊接头的 组织和性能 的 翻药捌畴孵接n i t i 形伏 记亿 合翻水歌寸 焊 接 后材 料 性自 锄影响，与如 狱 1 8 有 着相 i m 的 结果。 夕 喃 欠 【 细的树揍七 摧 沮 织， 夕 喃 欠 印 0 万睡 召 ， 用h e ,气 保 护 白 崔淞f y 跟 连 接n i t i 形伏 记 忆合金 时， 焊 缝 呈 形伏记 忆 效 应和 力学性 能都不 佳。 ! 一今 ee x a粼 to ae w a w e 阴稍协 ， “ 1 翻日 吧 俩 图1 . 1 0n i t i 二 二 ft l . 1 0 b i n a ry p h a s e d ia g r a m o f t h e n n sy s t e m ( 2 ) 点 焊就 是 将 两 根 丝 材 交 叉 力e 并 通 过电 流 ， 年 佣才 捌 自 身 的 电 阻 ， 才 拌比间 与 电 极 之 间 接 触 部 分憔中 电 m 9 f 产 勤勺 热 量 ， 使材 u m w十 高 最 终 熔 化 i ff 鬓。 因 为 n i t i 形 状 记亿 合 金 丝导 热 性差 ， 电 阻 大， 而且 接 头 为 细 丝 十 字 搭 接 时， 主 劲虫 电 阻 大 ， 所 以 ， t 沈凝 朔于 佳 龚 峭 捍。 该 法 焊 接 时 间 短 ， 加 责 拒 襄 中 ， 对 母 祠 的 热影 响 小 ， 并 使n i t i 合 金 的 吸濒 向 减 小 ， 不 仅 有 利 刊 接 强 度 的 提 高 ， 而 a x i 时 刁 的 形 状 记 忆 效 应 影 响 较 小 。 文 献 2 1 中 研 究了 n i t i 形比己 忆 合 金 网 结 构 中 的 十 钊徽能秩的 点 焊 。 母 水 倒绷直 径0 . 5 m = 的t i - n i 5 5 . 2 % ( 质量州蜘合金 丝。 aa 独消m s - 2 .8 8 - 3 1 8 k , k - 2 6 4 k , 理 勿为 : a 那1 2 5 % k f 2 5 % l i c 1 5 ( p % . 它 能 使棺斟 ) il陌 e t i - n i 形伏 记 忆 合金 上 很 a 孙ffi rli 显 。 所 用 的 钎 焊 工艺 分 两 t o a 行。 第 - 爪 步 为 预 熔 敷 锹年 ， 习 翎陆 ilft剂 涂f 试件 的 连接 部 位 ， 然 后 放置1 f， 力 m度t ( 1 0 7 3 - 1 2 4 3 k ) ， 使 钾 冲 割 劫 劲 箱 胜 i 4 1 1;位 ; 第 二 步 为 连 接， 在 预 置 i m圈层 的目书 封纬附赊 . 比拥 f w 用 钎