Bối cảnh kỹ thuật và nhu cầu của ngành

Hợp kim niêm phong giãn nở không đổi sắt-niken là một loại hợp kim đặc biệt đạt được hệ số giãn nở nhiệt cụ thể bằng cách kiểm soát chính xác tỷ lệ sắt-niken. Nó được sử dụng rộng rãi trong bao bì điện tử, hàng không vũ trụ, dụng cụ chính xác và các lĩnh vực khác. Nhu cầu cốt lõi của nó là đạt được sự giãn nở nhiệt phù hợp với các vật liệu phi kim loại như gốm sứ và thủy tinh để tránh nứt ứng suất hoặc hỏng hóc niêm phong do thay đổi nhiệt độ. Với nhiều năm kinh nghiệm nghiên cứu và phát triển kim loại có độ tinh khiết cao và hợp kim đặc biệt, Công ty TNHH Vật liệu mới Qingchuan (Trịnh Châu) đã hình thành một bố cục công nghệ toàn chuỗi từ thiết kế vật liệu đến gia công chính xác trong lĩnh vực này.

Phân tích các ưu điểm kỹ thuật của Vật liệu mới Qingchuan

Qingdao New Materials nằm trong Khu phát triển công nghiệp công nghệ cao Trịnh Châu, có các xưởng tiêu chuẩn hiện đại và một số dây chuyền sản xuất hợp kim đặc biệt. Nó được trang bị các thiết bị cốt lõi như lò nấu chảy chân không cao và nhà máy cán chính xác, có thể thực hiện kiểm soát cấp nguyên tử của các thành phần hợp kim sắt-niken. Bằng cách tối ưu hóa quy trình xử lý nhiệt, nhóm nghiên cứu và phát triển của nó đã ổn định hệ số giãn nở nhiệt của hợp kim ở mức (5,0 ± 0,2) × 10 ⁻ ⁶/℃ (phạm vi 20-300 ℃) và độ phù hợp với gốm alumina 96% đạt hơn 98%, đáng kể Cải thiện độ tin cậy của niêm phong. Ngoài ra, thông qua việc giới thiệu máy phân tích quang phổ laser và kính hiển vi kim loại, công ty đã xây dựng một hệ thống kiểm soát chất lượng toàn bộ quy trình bao gồm kiểm tra nguyên liệu, giám sát quy trình đến xác minh thành phẩm để đảm bảo độ ổn định của lô sản phẩm tốt hơn tiêu chuẩn ngành.

Trường hợp thực tế: một dự án niêm phong cabin điện tử tàu vũ trụ

Trong dự án niêm phong cabin điện tử của một loại tàu vũ trụ nhất định, khách hàng yêu cầu hợp kim phải duy trì sự giãn nở nhiệt với chất nền gốm trong phạm vi nhiệt độ từ-55 ° C đến 125 ° C, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về độ kín khí trong môi trường chân không. Nhóm kỹ thuật vật liệu mới của Qingchuan đã đạt được những đột phá về công nghệ thông qua các bước sau:

BƯỚC 1: Phát triển tùy chỉnh vật liệu
Dựa trên đường cong giãn nở nhiệt của chất nền gốm do khách hàng cung cấp, tỷ lệ sắt-niken được điều chỉnh thành 42:58 (tỷ lệ khối lượng) và các hạt tinh thể được tinh chế bằng cách thêm các nguyên tố niobi vi lượng để kiểm soát chính xác hệ số giãn nở nhiệt của hợp kim ở (5,1 ± 0,1) × 10 ⁻ ⁶/℃.

BƯỚC 2: Tạo hình chính xác và xử lý nhiệt
Quá trình rèn và nấu chảy cảm ứng chân không được sử dụng để chuẩn bị phôi, và độ dày được kiểm soát ở mức 0,5mm ± 0,02mm sau nhiều lần cán nguội, sau đó ủ theo từng giai đoạn (cách nhiệt 850 ° C trong 2 giờ và làm mát bằng lò đến 600 ° C, sau đó làm mát bằng không khí đến nhiệt độ phòng) để loại bỏ ứng suất gia công. Đảm bảo độ phẳng của vật liệu tốt hơn 0,05 mm/m.

BƯỚC 3: Xác minh hiệu suất niêm phong
Được phát hiện bởi máy phát hiện rò rỉ khối phổ heli, tỷ lệ rò rỉ của bộ phận niêm phong thấp hơn 1 × 10 đại lý, Pa · m³/s, đáp ứng các yêu cầu về độ kín khí của cấp hàng không vũ trụ; sau 100 lần thử nghiệm chu trình nhiệt (-55 ℃ đến 125 ℃, tốc độ tăng và giảm nhiệt độ 10 ℃/phút), không có vết nứt hoặc bong tróc trên giao diện niêm phong, đã xác minh độ tin cậy lâu dài của vật liệu.

Thông số kỹ thuật và các kịch bản ứng dụng

Các thông số kỹ thuật chính của hợp kim niêm phong giãn nở không đổi sắt-niken mới của Qingchuan như sau:
• Phạm vi thành phần: Fe 40-45%, Ni 55-60%, Nb 0, 1-0, 3% (tỷ lệ khối lượng)
• Hệ số giãn nở nhiệt:(5.0 ± 0,2) × 10 atras/℃(20-300 ℃)
• Giới hạn bền kéo: ≥600MPa
• Độ giãn dài: ≥ 15%
• Phạm vi nhiệt độ hoạt động:-196 ℃ đến 400 ℃
Vật liệu này phù hợp với các tình huống có yêu cầu đối sánh nhiệt nghiêm ngặt, chẳng hạn như bao bì thiết bị điện tử công suất cao, niêm phong khoang laser, các thành phần cảm biến hàng không vũ trụ, v. v., có thể giải quyết hiệu quả các vấn đề hỏng hóc thiết bị do không phù hợp giãn nở nhiệt.

Câu hỏi thường gặp: Phân tích những khó khăn kỹ thuật của hợp kim hàn mở rộng không đổi sắt-niken

Q1: Làm thế nào để cân bằng sức mạnh của hợp kim với hệ số giãn nở nhiệt?
A: Bằng cách thêm các nguyên tố niobi vi lượng để tạo thành pha kết tủa mịn, trong khi tăng cường độ, giảm ảnh hưởng đến hệ số giãn nở nhiệt. Vật liệu mới của Qingchuan tối ưu hóa tỷ lệ thành phần thông qua một số lượng lớn các thí nghiệm để đảm bảo kiểm soát tổng hợp sức mạnh và hệ số giãn nở nhiệt.

Q2: Làm thế nào để tránh quá trình oxy hóa trong quá trình niêm phong?
A: Quá trình nấu chảy chân không và quá trình cán được bảo vệ bằng khí trơ được sử dụng để kiểm soát hàm lượng oxy dưới 10ppm trong toàn bộ quá trình; bề mặt hợp kim được tẩy và mạ điện trước khi niêm phong để tạo thành một màng oxit dày đặc nhằm ngăn chặn tiếp xúc với oxy.

Q3: Các vật liệu có thể thay thế cho hợp kim (Kovar)?
A: Trong trường hợp hệ số giãn nở nhiệt phù hợp với gốm sứ, vật liệu mới của hợp kim sắt-niken của Qingchuan có thể đạt được hiệu suất tương tự như hợp kim dễ cắt thông qua việc điều chỉnh thành phần và giảm chi phí khoảng 20%. Nó đã được sử dụng thay thế ở nhiều công ty trong nước.