NiTi合金由于其優(yōu)異的超彈性和形狀記憶效應，以及優(yōu)異的生物相容性和耐腐蝕性，引起了學界廣泛的研究興趣。然而，這種炙手可熱的新材料有一定的局限性。首先，與其他金屬相比生產(chǎn)成本昂貴。其次，這種材料的超彈性使其機械加工性較差。最后，NiTi合金對熱輸入表現(xiàn)出極大的敏感性，這使得它成為研究人員在與其他材料建立聯(lián)系時難以破解的難題。NiTi合金和其他材料之間的聯(lián)系一直是研究人員關注的一個領域。最值得注意的是不銹鋼（SS），由于其高級生物相容性、耐腐蝕性和優(yōu)異的機械性能，在生物醫(yī)學領域前景大好。NiTi和SS之間高質(zhì)量連接的成功實現(xiàn)無疑將擴大其各自的應用范圍，使其能夠用于具有復雜幾何形狀的各種系統(tǒng)。最終利用兩種材料的固有屬性來改善系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。近年來，研究人員對NiTi與SS之間的可靠連接進行了研究。對于NiTi和SS之間的連接，已經(jīng)探索了各種熔焊方法。然而，盡管通過添加中間層，如銅或鋁，以提高性能，通過這些方法獲得的接頭性能仍相對較差。

      超聲波點焊（USW）是一種新型焊接技術，在過去20年中被應用于航空、醫(yī)療、微電子和汽車制造等行業(yè)。已有研究人員利用超聲焊接NiTi合金，然而，目前的研究主要集中在超聲波焊接工藝參數(shù)對軟質(zhì)和輕質(zhì)金屬接頭性能和組織的影響，以及用熱輔助超聲焊接的新工藝對夾層（箔、粉末和復合夾層）進行強化，并且缺乏對硬質(zhì)合金超聲焊接方面的研究。純鋁具有低熔點和高線性膨脹系數(shù)，這使其能夠快速達到半熔化狀態(tài)，并填充材料之間的間隙，以增強面間冶金結(jié)合。在超聲固相連接過程中，發(fā)現(xiàn)鋁和NiTi的組合不太可能產(chǎn)生脆性相，而在中等焊接能量的條件下，鋁和SS不會產(chǎn)生金屬間化合物層。本文探索了一種可靠的NiTi/SS連接方法，提供了使用USW將不同類型的NiTi和SS連接到鋁夾層的詳細分析。

       本研究中使用的基材（BM）是超彈性NiTi形狀記憶合金（室溫下完全奧氏體）和商用AISI 304 SS（γ-Fe）板材，兩者的尺寸均為60 mm×15 mm×0.15 mm。使用尺寸為15 mm×15 mm×0.02 mm的純鋁箔作為中間層。在焊接之前，將NiTi合金樣品去除氧化物層。用砂紙去除304 SS表面的氧化膜，然后用酒精清洗并干燥。焊接裝置原理示意圖如下圖1所示。

圖1 （a） 超聲波金屬點焊裝置，（b）（c）Sonotrode尖端和砧座的圖示與尺寸（d）焊接配置圖。焊接后，對不同能量輸入下的表面形貌、顯微結(jié)構(gòu)、接頭性能與失效分析，所得結(jié)果如下圖所示。

                                                                                        圖2 不同焊接能量下的溫度循環(huán)曲線和表面形態(tài)

                                                                                         圖3（a） 鋁箔擠壓示意圖（b）250、750和1250J焊接能量下接頭界面的宏觀形態(tài)。

              圖4 樣品250J斷裂的SEM結(jié)果：（a）SS側(cè)的宏觀斷裂；（b）（a）中的局部放大；（c） （b）中的局部放大；（d） NiTi側(cè)宏觀斷裂；（e）（d）和（f）中的局部放大。

                                                                                           圖5  NiTi-Al-SS接頭斷裂的XRD結(jié)果：（a）能量為250J （b）能量為1250J。

    本研究采用USW工藝，采用不同的焊接能量輸入，將NiTi合金與帶Al夾層的304不銹鋼連接，研究了焊接能量對接頭力學性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響，得出了以下結(jié)論：

（1） 選用20μm的純鋁箔作為超聲波焊接的中間層，實現(xiàn)了SS與NiTi之間的有效連接。

（2） 鋁夾層的塑性流動產(chǎn)生了NiTi-SS和NiTi-Al-SS迷人的“雙界面”特性。當焊接能量保持在中等水平時，“島狀”Fe4Al13金屬間化合物會在界面處產(chǎn)生感覺。然而，當焊接能量過高時，會產(chǎn)生界面Fe4Al13金屬間化合物層，從而對接頭性能造成不可修復的損害。

（3） 拉伸斷裂顯示出兩種可識別的斷裂模式：界面斷裂和邊緣斷裂，在750 J時獲得890 N的峰值載荷。值得注意的是，即使在超聲波焊接后，NiTi合金仍保持著與BM相同的功能性能，這預示著該技術在各種系統(tǒng)中可以得到廣泛應用。