Titano suvirinimo metodai - nikelio lydinio viela ir nerūdijančio plieno viela
Medicinos prietaiso, aviacijos ir kosmoso ir tiksliųjų prietaisų gamybos pramonėje kombinuotas titano - nikelio lydinio vielos ir nerūdijančio plieno vielos pritaikymas tampa pagrindine technologija, leidžianti nukreipti medžiagos veikimo ribas. Titano - nikelio lydiniai, turintys unikalią formos atminties efektą ir superelastingumą, ir nerūdijančio plieno viela, žinoma dėl didelio atsparumo ir korozijos atsparumo, pasižymi papildomu našumu. Tačiau reikšmingi jų šiluminio išsiplėtimo koeficientų, kristalų struktūrų ir cheminių savybių skirtumai kelia suvirinimo iššūkius, tokius kaip šiluminis krekingas ir susidarant trapūs tarpmetaliniai junginiai.
Suvirinimo sunkumai ir pagrindiniai iššūkiai
Streso koncentracija, kurią sukelia fizinių savybių skirtumai
Titano šiluminio išsiplėtimo koeficientas - nikelio lydinys yra 11,2 × 10⁻⁶/ laipsnis, o nerūdijančio plieno - 16,5 × 10⁻⁶/ laipsnio, 33% skirtumas. Aušinimo metu šiluminiai įtempiai lengvai kaupiasi sąsajoje, todėl pradedama mikrotraumais. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad atliekant neoptimizuotų suvirintų sąnarių tempimo bandymus, lūžiai dažnai koncentruojami šilumoje - paveiktoje zonoje, o tempimo stipris yra mažesnis nei 60% pirminės medžiagos.
Cheminio suderinamumo apribojimai
Titano - nikelio lydiniai ir nerūdijantis plienas lengvai sudaro tarpmetalinius junginius, tokius kaip Fe - ti ir ni - ti aukštoje temperatūroje. Šios trapios fazės gali pasiekti 600–800 HV kietumą, du ar tris kartus didesnis nei pradinio metalo kietumas, tačiau turi ypač mažai kietumo. Elektronų mikroskopijos stebėjimai rodo, kad trapių lūžių rizika sąnariuose žymiai padidėja, kai intermetalinio junginio sluoksnio storis viršija 5 μm.
Proceso parametrų jautrumas
Maži suvirinimo srovės, laiko ir slėgio svyravimai gali paveikti sąnario kokybę. Pavyzdžiui, suvirinant lazerinį suvirinimą, energijos tankis, mažesnis nei 80 J/mm², neleidžia tinkamai maišyti išlydyto baseino; Tie, kurie viršija 120 J/mm², pagreitina nikelio išgarinimą titano - nikelio lydiniu, sukeliančiu kompozicijos segregaciją.
Novatoriška suvirinimo proceso analizė
Užpakalio suvirinimo procesas: Micron - lygio tikslumo valdymas
Aukštos - tikslūs armatūra įgalina koaksialinį 0,2–0,5 mm plonų laidų koaksialinį sumušimą. Kartu su impulsiniu argono lanko suvirinimo technologija, suvirinimo taške susidaro vienodas išlydytas baseinas. Pagrindiniai proceso parametrai apima:
Dabartinė kontrolė: naudojama impulsinė srovė 150-200A, kurių didžiausia trukmė yra 0,02 s, o bazinė trukmė yra 0,08 s, efektyviai sumažinant šilumos įvestį.
Ekranavimo dujos: naudojamas 99,99% gryno argono, kai srautas kontroliuojamas esant 15–20 L/min, kad būtų išvengta oksidacijos.
Post - suvirinimo gydymas: atliekamas tiesioginis vandens gesinimas, siekiant slopinti intermetalinio junginio augimą, pasiekiant 1000 MPa sąnario tempimo stiprumą, artėjant prie pirminės medžiagos stiprumo.
Lazeris - Hibridinis suvirinimas: sinergetinis daugialypis - energijos tirpalas
Derinant didelio lazerio energijos tankį su lanko stabilumu, giliai įsiskverbimo suvirinimas pasiekiamas optimizuojant gijų tarpus (0,5 - 1,0 mm) ir defokus (-1,0 mm). Eksperimentai parodė, kad šis procesas gali padidinti suvirinimo efektyvumą 40%, išlaikant šilumos paveiktos zonos plotį per 0,3 mm ir žymiai sumažinant liekamąjį stresą.
Trinties suvirinimas: solidžių - lūžio proveržis
Trinties šiluma naudojama medžiagos plastiškumui sukelti, o ašinis slėgis naudojamas atominiam surišimui pasiekti. Šiam procesui nereikia jokios užpildo medžiagos, neleidžiančios susidaryti tarpmetalinių junginių. 0,35 mm vielai naudojamas sukimosi greitis 1000–1500 aps / min ir ašinis 50–100 MPa slėgis, kurio suvirinimo laikas yra 2–3 sekundės. Jungtinio šlyties stiprumas gali pasiekti 950 MPa.
Suvirinimo kokybės įvertinimo sistema
Mechaninės savybių tikrinimas
Tempiamasis bandymas atliekamas naudojant elektroninę universalią bandymo mašiną pagal ASTM F2516 - 18, o iki lūžio pakrovimo greitis yra 5 mm/min. Aukšta - kokybės jungtis turėtų turėti sklandų elastinį - plastikinį perėjimą prie jo jėgos poslinkio kreivės, o lūžio energijos absorbcijos vertė didesnė nei 20 J/g.
Mikrostruktūrinė analizė
Nuskaitymo elektronų mikroskopijos (SEM) suvirinimo sąsajos stebėjimas atskleidžia vienodą lygiavertę struktūrą, kurios intermetalinio junginio sluoksnio storis yra mažesnis nei 3 μm. Energijos dispersinės spektroskopijos (EDS) analizė rodo, kad elemento difuzijos gylis sąsajoje turi viršyti 5 μm, kad būtų užtikrintas metalurginis ryšys.
Atsparumo korozijai tikrinimas
Druskos purškimo bandymai naudojant 3,5% NaCl tirpalą parodė, kad aukštai - kokybės sąnariams po 720 valandų nebuvo raudonos rūdžių susidarymo, o korozijos greitis buvo mažesnis nei 0,01 mm per metus. Elektrocheminės varžos spektroskopijos (EIS) testas parodė žemą - dažnio varžos modulį, didesnį nei 10⁶Ω · cm², panašų į pirminės medžiagos.
Taikymo scenarijai ir ateities perspektyvos
Širdies ir kraujagyslių intervencijos lauke suvirinantis titano - nikelio lydinio stentus į nerūdijančio plieno kreipiamuosius laidus pasiekė klinikinis pritaikymas. Pavyzdžiui, tam tikro tipo kraujagyslių stentas naudoja lazerio - hibridinio suvirinimo procesą, pagerindamas stento atpalaidavimo jėgos tikslumą iki ± 5%, žymiai sumažinant intraoperacinių komplikacijų riziką. Ateityje, giliai integruojant 3D spausdinimo technologiją ir suvirinimo procesus, bus dar labiau patobulinti dizaino laisvės, skirtos skirtingoms kompozicinėms struktūroms, atvers naujas galimybes tokioms programoms kaip mikrorobotika ir nešiojami prietaisai.
Titano suvirinimo technologija - nikelio lydinio viela prie nerūdijančio plieno vielos yra ne tik medžiagų mokslo proveržis, bet ir tarpdisciplininės bendradarbiavimo naujovių modelis. Tiksliai kontroliuodama fizinius ir cheminius procesus, žmonija palaipsniui atrakina begalines skirtingų medžiagų kompozitų galimybes, įpurškdama naują gyvybingumą į aukštą - pabaigos gamybą.
