本发明涉及一种应用纳米多层膜自蔓延反应连接TiNi SMA与钛或钛合金的方法，属于材料连接领域。
背景技术：
形状记忆合金(Shape Memory Alloy，SMA)作为一种重要的智能材料，在制造、医疗和航空航天等领域的应用越来越广泛。在航空发动机用钛合金尾喷口联锁片上安装TiNi SMA薄片，制作成能控制空气动力的驱动器,可以降低发动机的噪音。但TiNi SMA与钛合金连接方式研究很少。
TiNi SMA与钛的结构差异性大，热膨胀系数差异较大，在其连接时的加热和冷却过程中，两者的膨胀和收缩差别较大，会导致在接头界面上产生较大的热应力，对后续应用造成较大影响。现阶段常用的钎焊方法由于其需要整体加热使得其应用范围大大受限；熔焊由于N、O、H等的溶入使接头变脆且焊缝中产生的铸造组织严重阻碍马氏体相变而影响其形状记忆效应；摩擦焊由于难以保证工件结合面的几何精度，且在连接非轴对称部件时所需条件苛刻，故不太适应于精密连接；而激光焊接或激光钎焊由于其是点光源，故其不适合于大截面构件的连接。因此，TiNi SMA与钛或钛合金的连接是一个急需解决的问题。
技术实现要素：
本发明是要解决常规焊接方法由于加热温度受限，需要外界辅助设备条件苛刻，不能形成大面积连接问题而提供一种应用纳米多层膜自蔓延反应连接TiNi SMA与钛或钛合金的方法。
一种应用纳米多层膜自蔓延反应连接TiNi SMA与钛或钛合金的方法，其特征在于，按照以下步骤完成的：
一、制备活性纳米薄膜：用磁控溅射机交替溅射钛和镍，钛层单层厚度25nm-100nm，钛层单层厚度25nm-50nm，镍层和钛层的厚度比为(1-3)：2，交替溅射80-120周期，最终总薄膜厚度4μm-15μm，密封保存；
二、表面处理：将TiNi SMA表面和金属表面砂纸逐层打磨至表面光滑平整，得到表面预处理的TiNi SMA和金属，将打磨后的TiNi SMA、2张厚度30-70μm的SnAgCu钎料箔片和金属放入酒精中超声清洗3min-5min，取出后烘干，得到表面处理后的TiNi SMA、金属和2张SnAgCu钎料箔片；金属为钛或钛合金；
三、引燃：将步骤二中得到的表面处理后的TiNi SMA、1张SnAgCu钎料箔片、步骤一中得到的活性纳米薄膜、步骤二中得到的表面处理后的1张SnAgCu钎料箔片、步骤二得到的表面处理后的金属依次重叠，然后在2MPa-7MPa的压力下引燃，利用活性纳米多层膜自身放出的热量，完成TiNiSMA与钛或钛合金材料的连接。引燃后一般几秒钟就能完成连接,冷却至室温就能达到所需强度。所述的引燃方法可以是用电流通过纳米结构多层薄膜产生电阻热进行引燃；或者采用激光、电火花或火焰。低温连接的温度范围(240-280℃)高于钎料箔熔点217℃。
本发明的优点：一、本发明相对于传统的钎焊方法，不需要在真空中整体加热，连接温度低，引燃活性纳米多层膜就可完成连接，速度快，效率高。二、本发明使用范围广，可以在大气中或保护气氛中完成连接过程。三、本发明热影响区小，只是局部加热，两侧母材钛或钛合金和TiNi SMA不会熔化，不会影响两种材料的性能。四、本发明自蔓延反应燃烧速度快，可达0.8m/s，节省了TiNi SMA和钛或钛合金的连接时间。五、本发明活性纳米多层膜反应完全，形成均匀产物，分散到熔化的钎料层中，起到强化作用；接头强度高，可达15-30MPa。
本发明可用于TiNi SMA与钛或钛合金的精密连接。
附图说明
图1为具体实施方式，是应用纳米多层膜自蔓延反应连接TiNi SMA与钛或钛合金的方法示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种应用纳米多层膜自蔓延反应连接TiNiSMA与钛或钛合金的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、制备活性纳米薄膜：用磁控溅射机交替溅射钛和镍，钛层单层厚度25nm-100nm，镍层单层厚度25nm-50nm，镍层和钛层的厚度比为(1-3)：2，交替溅射80-120周期，最终总薄膜厚度4μm-15μm，密存；
二、表面处理：将TiNi SMA表面和金属表面分别使用#400砂纸、#600砂纸和#800砂纸逐层打磨至表面光滑平整，得到表面预处理的TiNi SMA和金属，将打磨后的TiNi SMA、2张厚度30-70μm的SnAgCu钎料箔片和金属放入酒精中超声清洗3min-5min，取出后烘干，得到表面处理的TiNi SMA、金属和2张SnAgCu钎料箔片；金属为钛；
三、引燃：将步骤二中得到的表面处理后的TiNi SMA、1张SnAgCu钎料箔片、步骤一中得到的活性纳米薄膜、步骤二中得到的表面处理后的1张SnAgCu钎料箔片、步骤二得到的表面处理后的金属依次重叠，然后在2MPa-7MPa的压力下引燃，利用活性纳米多层膜自身放出的热量，即完成TiNi SMA与金属材料的连接。
本发明的优点：一、本发明相对于传统的钎焊方法，不需要整体加热，引燃活性纳米多层膜就可完成连接，速度快，效率高。二、本发明使用范围广，可以在大气中，真空中，甚至水中完成连接过程。三、本发明热影响区小，只是局部加热，两侧金属和玻璃不会熔化，不会影响两种材料的性能。四、本发明活性纳米多层膜完全反应，形成均匀产物，分散到熔化的钎料层中，起到强化作用；钎料和两侧母材形成良好的冶金结合，接头强度高，可达15-30MPa。
本发明可用于TiNi SMA与钛的连接。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的镍层和钛层厚度比为1：2的薄膜100周期，最终总薄膜厚度5-15μm，密封保存。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一至二之一不同的是：步骤一中所述的镍层和钛层厚度比为1：1的薄膜100周期，最终总薄膜厚度5-15μm，密封保存。其它与具体实施方式一至二之一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述的镍层和钛层厚度比为3：2的薄膜100周期，最终总薄膜厚度5-15μm，密封保存。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中所述的将TiNi SMA和钛合金表面分别使用#400砂纸、#600砂纸和#800砂纸逐层打磨至表面光滑平整，得到表面预处理的TiNi SMA和钛合金，将经过表面预处理的TiNi SMA、二次处理的钛合金和2张厚度30μm-70μm的SnAgCu钎料箔片放入酒精中超声清洗3min-5min，得到表面处理的TiNiSMA、钛合金和2张SnAgCu钎料箔片。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三中所述的将步骤二中得到的表面处理的TiNi SMA，步骤二中得到的表面处理后的1张SnAgCu钎料箔片、步骤一中得到的活性纳米薄膜、步骤二中得到的表面处理后的1张SnAgCu钎料箔片、步骤二得到的表面处理后的金属钛依次重叠，然后在2MPa-7MPa的压力下用明火进行引燃，利用活性纳米多层膜自身放出的热量，即完成TiNi SMA与钛的连接。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中所述的将步骤二中得到的表面处理的TiNi SMA，步骤二中得到的表面处理后的1张SnAgCu钎料箔片、步骤一中得到的活性纳米薄膜、步骤二中得到的表面处理后的1张SnAgCu钎料箔片、步骤二得到的表面处理后的金属钛依次重叠，然后在2MPa-7MPa的压力下用激光进行引燃，利用活性纳米多层膜自身放出的热量，即完成TiNi SMA与钛的连接。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中所述的将步骤二中得到的表面处理的TiNi SMA，步骤二中得到的表面处理后的1张SnAgCu钎料箔片、步骤一中得到的活性纳米薄膜、步骤二中得到的表面处理后的1张SnAgCu钎料箔片、步骤二得到的表面处理后的金属钛依次重叠，然后在2MPa-7MPa的压力下用电流通过纳米多层薄膜产生电阻热进行引燃，利用活性纳米多层膜自身放出的热量，即完成TiNi SMA与钛的连接。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中所述的将步骤二中得到的表面处理后的TiNi SMA，步骤二中得到的表面处理后的1张SnAgCu钎料箔片、步骤一中得到的活性纳米薄膜、步骤二中得到的表面处理后的1张SnAgCu钎料箔片、步骤二得到的表面处理后的钛合金依次重叠，然后在2MPa-7MPa的压力下引燃，利用活性纳米多层膜自身放出的热量，即完成TiNi SMA合金与钛合金的连接。其它与具体实施方式一至八之一相同。
采用下述试验验证本发明的效果：
试验一：一种应用纳米多层膜自蔓延反应连接TiNi SMA与钛或钛合金的方法具体是按以下步骤完成的：
一、制备活性纳米薄膜：用磁控溅射机交替溅射钛层单层厚度100nm、镍层单层厚度50nm,交替溅射100周期，最终总薄膜厚度15μm，密封保存；
二、表面处理：将TiNi SMA表面和金属钛表面分别使用#400砂纸、#600砂纸和#800砂纸逐层打磨至表面光滑平整，得到表面预处理的TiNi SMA和金属钛，将打磨后的TiNi SMA、2张厚度70μm的SnAgCu钎料箔片和金属钛放入酒精中超声清洗5min，取出后烘干，得到表面处理的TiNi SMA、金属钛和2张SnAgCu钎料箔片；
三、引燃：将步骤二中得到的表面处理后的TiNi SMA、1张SnAgCu钎料箔片、步骤一中得到的活性纳米薄膜、步骤二中得到的表面处理后的1张SnAgCu钎料箔片、步骤二得到的表面处理后的金属钛依次重叠，然后在5MPa的压力下用明火引燃，利用活性纳米多层膜自身放出的热量，即完成TiNi SMA与金属钛材料的连接；
本试验中金属钛为99.995％纯钛板；钎料为Sn-3.0Ag-0.5Cu(wt.％)，连接强度为20MPa。
试验二：一种应用纳米多层膜自蔓延反应连接TiNi SMA与钛或钛合金的方法具体是按以下步骤完成的：
一、制备活性纳米薄膜：用磁控溅射机交替溅射钛层单层厚度25nm、镍层单层厚度25nm,交替溅射80周期，最终总薄膜厚度4μm，密封保存；
二、表面处理：将TiNi SMA表面和钛合金表面分别使用#400砂纸、#600砂纸和#800砂纸逐层打磨至表面光滑平整，得到表面预处理的TiNi SMA和钛合金，将打磨后的TiNi SMA、2张厚度50μm的SnAgCu钎料箔片和钛合金放入酒精中超声清洗4min，取出后烘干，得到表面处理的TiNi SMA、钛合金和2张SnAgCu钎料箔片；
三、引燃：将步骤二中得到的表面处理后的TiNi SMA、1张SnAgCu钎料箔片、步骤一中得到的活性纳米薄膜、步骤二中得到的表面处理后的1张SnAgCu钎料箔片、步骤二得到的表面处理后的钛合金依次重叠，然后在7MPa的压力下通过电流产生电阻热引燃，利用活性纳米多层膜自身放出的热量，即完成TiNi SMA与钛合金材料的连接；
本试验中钎料为Sn-3.0Ag-0.5Cu(wt.％)，钛合金为TC4，连接强度为15MPa。
试验三：一种应用纳米多层膜自蔓延反应连接TiNi SMA与钛或钛合金的方法具体是按以下步骤完成的：
一、制备活性纳米薄膜：用磁控溅射机交替溅射镍层单层厚度60nm、钛层单层厚度40nm,交替溅射120周期，最终总薄膜厚度12μm，密封保存；
二、表面处理：将TiNi SMA表面和金属钛表面分别使用#400砂纸、#600砂纸和#800砂纸逐层打磨至表面光滑平整，得到表面预处理的TiNi SMA和金属钛，将打磨后的TiNi SMA、2张厚度30μm的SnAgCu钎料箔片和金属钛放入酒精中超声清洗3min，取出后烘干，得到表面处理的TiNi SMA、金属钛和2张SnAgCu钎料箔片；
三、将步骤二中得到的表面处理后的TiNi SMA、1张SnAgCu钎料箔片、步骤一中得到的活性纳米薄膜、步骤二中得到的表面处理后的1张SnAgCu钎料箔片、步骤二得到的表面处理后的金属钛依次重叠，然后在2MPa的压力下用激光引燃，利用活性纳米多层膜自身放出的热量，即完成TiNi SMA合金与金属Ti材料的连接；
本试验中金属Ti为99.995％纯钛板；钎料为Sn-3.0Ag-0.5Cu(wt.％)，连接强度为30MPa。