ภูมิหลังทางเทคโนโลยีและความต้องการของอุตสาหกรรม

โลหะผสมความแม่นยำที่มีการขยายตัวคงที่ของเหล็ก-นิกเกิลเป็นวัสดุฟังก์ชันชนิดหนึ่งที่บรรลุค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนที่เฉพาะเจาะจง ด้วยการควบคุมสัดส่วนองค์ประกอบอย่างแม่นยำ ซึ่งถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในด้านการบินและอวกาศ เครื่องมือที่มีความแม่นยำสูง การบรรจุหีบห่อของเซมิคอนดักเตอร์ เป็นต้น ความท้าทายหลักคือการปรับปรุงองค์ประกอบและการควบคุมกระบวนการ เพื่อให้บรรลุความผันผวนของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวน้อยกว่า ±2×10⁻⁶/℃ ภายในช่วงอุณหภูมิ -50℃ ถึง 300℃ ในขณะเดียวกันก็ตอบสนองความต้องการในด้านความแข็งแรงสูง ความทนทานต่อการกัดกร่อน และอื่นๆ อีกด้วย บริษัท ชิงชวนนิวเมทเทิล (เจิ้งโจว) จำกัด ได้อาศัยข้อได้เปรียบทางยุทธศาสตร์ในการตั้งอยู่ของเขตเทคโนโลยีสูงเจิ้งโจว ด้วยเทคโนโลยีการหลอมละลายด้วยความรู้สึกสูญญากาศที่พัฒนาขึ้นด้วยตนเองและกระบวนการรีดอย่างแม่นยำ ประสบความสำเร็จในการแก้ปัญหาข้อจำกัดทางเทคโนโลยีในด้านนี้ และกลายเป็นหนึ่งในบริษัทจำนวนน้อยในประเทศที่มีความสามารถในการผลิตแบบครบวงจร

การวิเคราะห์ทางเทคนิค: การออกแบบส่วนประกอบและการควบคุมกระบวนการผลิต

โลหะผสมเหล็กนิกเกิลขยายตัวคงที่ของ Qingchuan New Materials ใช้สูตรพื้นฐาน Fe-36Ni (มีนิกเกิล 36%) โดยเพิ่มโคบอลต์ในปริมาณเล็กน้อย (0.5%-1.2%) และโมลิบดีนัม (0.2%-0.8%) เพื่อเพิ่มเสถียรภาพของวัสดุที่อุณหภูมิสูง กระบวนการหลักของมัน ได้แก่:

STEP1: การหลอมละลายด้วยการเหนี่ยวนำในสุญญากาศใช้เตาเหนี่ยวนำสูญญากาศระดับ 100 กิโลกรัม เพื่อหลอมในสภาพแวดล้อมสูญญากาศ 10⁻³ Pa โดยใช้การป้องกันด้วยก๊าซเฉื่อยเพื่อลดการเกิดสารประกอบออกไซด์ มั่นใจว่าความสม่ำเสมอขององค์ประกอบ ≤ 0.05% ควบคุมอุณหภูมิการหลอมที่ 1600℃ ± 10℃ และเวลาในการรักษาความร้อน 45 นาที เพื่อให้ธาตุโลหะผสมแพร่กระจายอย่างเต็มที่

STEP2: การรีดอย่างแม่นยำและการอบร้อนก่อนการรีดต้องให้ความร้อนแก่แท่งหล่อถึง 1200℃ เพื่อทำการอบอ่อนให้เป็นเนื้อเดียวกัน จากนั้นใช้เครื่องรีดกลับด้านสี่ลูกกลิ้งทำการรีดเย็นหลายรอบ โดยมีปริมาณการเปลี่ยนรูปรวม ≥80% สุดท้ายใช้กระบวนการอบอ่อนสองขั้นตอน: ขั้นตอนแรก 650℃×4 ชม. เพื่อขจัดการแข็งตัวจากการขึ้นรูป และขั้นตอนที่สอง 480℃×8 ชม. เพื่อให้ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวมีความเสถียร

STEP3: การตรวจสอบประสิทธิภาพและการควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์แต่ละชุดต้องผ่านการตรวจสอบค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวด้วยเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ โดยจุดอุณหภูมิในการทดสอบรวมถึง -50℃, 25℃, 150℃, 300℃ โดยกำหนดให้ความคลาดเคลื่อนของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวในแต่ละจุด ≤1.5×10⁻⁶/℃ นอกจากนี้ยังต้องทำการทดสอบแรงดึง (ความต้านแรงดึง ≥520MPa) การทดสอบการดัด (มุมดัด ≥90° โดยไม่เกิดรอยแตก) และการทดสอบในสภาพเมฆเกลือ (480 ชั่วโมง โดยไม่เกิดการกัดกร่อน) เพื่อรับรองประสิทธิภาพโดยรวม

กรณีศึกษาจากการปฏิบัติจริง: การประยุกต์ใช้ขาตั้งบรรจุชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์

บริษัทเซมิคอนดักเตอร์แห่งหนึ่งต้องการสั่งทำชั้นวางที่ใช้สำหรับการบรรจุชิปพลังงานสูง โดยกำหนดให้วัสดุมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวในช่วงอุณหภูมิ -40℃ ถึง 200℃ ให้สอดคล้องกับแผ่นรองพื้นเซรามิก (α=6.5×10⁻⁶/℃) และมีค่าการนำความร้อน ≥15W/(m·K) บริษัทชิงชวนเหล่าใหม่ได้พัฒนาผลิตภัณฑ์ที่สั่งทำโดยการปรับสูตร (Fe-34Ni-1Co-0.5Mo) และพารามิเตอร์กระบวนการ (การรีดรวมรูปร่าง 85% อุณหภูมิอบอ่อน 630℃×3 ชั่วโมง) ทำให้สามารถพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่สั่งทำได้สำเร็จ โดยมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัว α=6.3×10⁻⁶/℃ และค่าการนำความร้อน 16.2W/(m·K) จากการทดสอบของลูกค้า พบว่าหลังจากวัสดุนี้ถูกนำไปใช้งานในช่วงอุณหภูมิ -40℃ ถึง 200℃ เปลี่ยนรอบ 1000 ครั้ง ช่องว่างระหว่างชั้นวางและแผ่นรองพื้นมีการเปลี่ยนแปลง ≤0.02 มม. ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของชิปอย่างมาก

ข้อได้เปรียบทางเทคโนโลยีและการวางแผนในอุตสาหกรรม

ข้อได้เปรียบทางเทคโนโลยีของ Qingchuan New Materials สะท้อนออกมาในสามด้าน: หนึ่งคือความสามารถในการควบคุมทั้งกระบวนการ ตั้งแต่วัตถุดิบที่มีความบริสุทธิ์สูง (ความบริสุทธิ์ของนิกเกิล ≥ 99.99%) ไปจนถึงการตรวจสอบผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่ทำได้ด้วยตนเอง; สองคือความสามารถในการผลิตที่ยืดหยุ่น สามารถตอบสนองความต้องการที่กำหนดเองของลูกค้าได้อย่างรวดเร็ว โดยมีปริมาณขั้นต่ำ 50 กก.; สามคือระบบการควบคุมคุณภาพที่เข้มงวด ผ่านการรับรอง ISO 9001:2015 อัตราการผลิตภัณฑ์ที่ไม่ได้มาตรฐาน ≤ 0.2% ปัจจุบัน โลหะผสมเหล็กนิกเกิลที่มีการขยายตัวคงที่ของบริษัทได้ถูกนำไปใช้ในระบบควบคุมความร้อนของยานอวกาศ, ขาตั้งเครื่องมือออปติกที่มีความแม่นยำสูง, ตัวกรองสื่อสาร 5G และสถานการณ์อื่น ๆ มีกำลังการผลิตต่อปีสูงถึง 200 ตัน ให้บริการลูกค้าครอบคลุมพื้นที่แม่น้ำแยงซีเกียง, แม่น้ำเพิร์ลริเวอร์ และเฉิงตู-ชองชิ่ง

คำถามที่พบบ่อย: คำตอบเกี่ยวกับปัญหาทางเทคนิคที่พบบ่อย

Q1: วิธีการปรับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิลที่มีการขยายตัวคงที่เป็นอย่างไร?A: ส่วนใหญ่ทำได้โดยการปรับปริมาณนิเกิล (32%-42%) และการเพิ่มธาตุโลหะผสมในปริมาณเล็กน้อย (เช่น โคบอลต์ โมลิบดีนัม) การเพิ่มปริมาณนิเกิลขึ้น 1% จะทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเพิ่มขึ้นประมาณ 1×10⁻⁶/℃; โคบอลต์สามารถเพิ่มความเสถียรที่อุณหภูมิสูง และโมลิบดีนัมสามารถทำให้เม็ดโลหะละเอียดขึ้น

Q2: จะหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวในระหว่างกระบวนการแปรรูปได้อย่างไร?A: หัวใจสำคัญอยู่ที่การควบคุมปริมาณการแปรสภาพการรีดและกระบวนการอบอ่อน ปริมาณการแปรสภาพที่ไม่เพียงพอจะทำให้เม็ดธาตุมีขนาดใหญ่และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวไม่เสถียร อุณหภูมิอบอ่อนที่สูงเกินไปหรือเวลาที่ไม่เพียงพอจะทำให้ความเครียดภายในคงเหลือ ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำ แนะนำให้ใช้การรีดเย็นหลายรอบ (ปริมาณการแปรสภาพรอบเดียว ≤15%) และการอบอ่อนเป็นช่วง ๆ (เช่น 650℃×2ชม.+480℃×6ชม.)

Q3: วัสดุนี้สามารถใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนรุนแรงได้หรือไม่A: โลหะผสม Fe-36Ni มาตรฐานมีความสามารถในการทนต่อการกัดกร่อนจากหมอกน้ำเค็มเป็นกลางประมาณ 480 ชั่วโมง หากต้องการความทนต่อการกัดกร่อนที่สูงขึ้น สามารถเพิ่มระดับการป้องกันโดยการชุบนิกเกิลบนพื้นผิว (ความหนา ≥5μm) หรือใช้สูตร Fe-36Ni-1.5Cr (การทดสอบหมอกน้ำเค็ม ≥1000 ชั่วโมง)