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激光钎焊应用于医疗器械异种金属材料加工

2013-04-23 09:36
路过的码农
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  OFweek激光网讯——由于镍钛(NiTi)、铂(Pt)和不锈钢(SS)等材料具有独特的特性,因而连接异种材料是先进医疗设备继续发展中的一个关键问题。连接特殊生物相容材料的要求可能源于通过使用NiTi与SS等形状记忆合金产生独特的功能或者为了降低成本同时维持Pt与SS接头的特别防腐蚀性能。为了满足这些要求,目前正在开发一种新的激光连接工艺,以在两种异种生物相容金属之间形成自生(无填充材料)的接头。自体激光连接工艺将能够无缝连接这些元件且无需使用专用粘合剂和填充材料。

  由于热影响区小以及光点尺寸小,基于激光的连接工艺已经成为起搏器等医疗设备中金属部件的主要连接机制。与传统热源相比,由于元件的热灵敏度及其继续微型化的原因,激光在连接工艺中的优势(例如热影响区域最小和受控提供能量)对于医疗设备制造工艺十分重要。但是,特种金属接头通常被形成的新相复杂化,比如接头内导致强度低提前失效的金属间脆性等。

  自体激光钎焊

  虽然大多数基于激光的连接工艺使用激光输入直接熔化接头的基材或填充材料,但是,由于利用接头界面处的热聚积优势,自体激光连接工艺的设计形成的接头大幅低于激光光束的光点尺寸。面向特殊金属界面进行扫描的这种连接工艺是采用激光照射其中一种基材。

  选择功率和速率等激光参数,使受到照射的部件的平衡温度不超过其熔化温度。由于界面耐热产生的热聚积导致温度上升高于一种基材的熔化温度,因而在激光光束接近时形成熔化层。在到达界面时,激光光束被关闭,在接触相邻冷却件时,熔化层被淬火,形成自体铜焊类接头。这种连接工艺的示意图参见图1。

  自体激光钎焊工艺旨在最大程度降低两种材料的混合,因为熔化体积小、淬火速率高以及局部熔化焊接接头的一端以降低金属间脆性。局部热量的另一个优势在于能够在混合最小的情况下以相似熔化温度连接两种材料。图2显示了面向金属丝与金属丝界面的激光光束扫描热模型的温度曲线。由于热量聚积,在激光光束到达界面时,观察到温度增加。

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