I. Bối cảnh kỹ thuật và định vị ngành

FeNi50 (hợp kim sắt-niken 50) là một hợp kim đặc biệt có hệ số giãn nở nhiệt thấp, độ dẫn từ tính cao và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Nó được sử dụng rộng rãi trong các linh kiện điện tử, dụng cụ chính xác, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác. Là một doanh nghiệp chuyên nghiệp trong lĩnh vực kim loại có độ tinh khiết cao và hợp kim đặc biệt, Công ty TNHH Vật liệu mới Qingchuan (Trịnh Châu) dựa vào lợi thế vị trí của Khu phát triển công nghệ cao Trịnh Châu, thông qua dây chuyền sản xuất gia công chính xác tự phát triển và hệ thống kiểm tra chất lượng quy trình đầy đủ, hợp kim FeNi50 đã được hiện thực hóa. Kiểm soát vòng kín từ thiết kế thành phần đến sản xuất thành phẩm. Những ưu điểm cốt lõi của nó là: 1) Kiểm soát tính đồng nhất của các thành phần hợp kim (± 0,05%);2) Kiểm soát chính xác độ hạt của tinh thể trong quá trình xử lý nhiệt (ASTM 1-10);3) Cải thiện khả năng chống ăn mòn của công nghệ xử lý bề mặt (thử nghiệm phun muối ≥ 1000 giờ).

2. Phân tích kỹ thuật: Quy trình sản xuất và kiểm soát thông số của hợp kim FeNi50

1. Thiết kế thành phần và quy trình nấu chảy: Hàm lượng niken của hợp kim FeNi50 cần được kiểm soát chặt chẽ trong khoảng 49,5%-50,5% để cân bằng năng lượng từ tính và hệ số giãn nở nhiệt. Vật liệu mới của Qingchuan áp dụng công nghệ nấu chảy cảm ứng chân không (VIM), thông qua bảo vệ khí trơ và tinh chế nhiều lần, hàm lượng các nguyên tố tạp chất (như C, S, O) được giảm xuống mức ppm (C ≤ 0,005%, S ≤ 0,002%, O ≤ 0,001%) để đảm bảo độ tinh khiết của ma trận hợp kim. Nhiệt độ nấu chảy được kiểm soát ở 1550-1600 ℃, và thời gian giữ 30-45 phút để thúc đẩy sự đồng nhất của các thành phần.

2. Quá trình xử lý nhiệt và biến dạng lạnh: Sau khi phôi hợp kim được rèn và mở, nó cần được cán nhiều lần (tổng biến dạng ≥ 80%) và ủ trung gian (850-900 ℃, giữ trong 2 giờ) để loại bỏ quá trình làm cứng. Giai đoạn cán nguội sử dụng máy cán có thể đảo ngược bốn cuộn, biến dạng của một lần được kiểm soát ở mức 10%-15% và dung sai độ dày cuối cùng là ≤ ± 0,01mm. Quá trình ủ có tác động đáng kể đến độ hạt tinh thể: làm mát nhanh (làm nguội bằng nước) có thể thu được cấu trúc tinh thể mịn (ASTM cấp 5-8), phù hợp với các tình huống có nhu cầu cường độ cao; làm mát chậm (làm mát lò) tạo thành cấu trúc tinh thể thô (ASTM 2-Cấp độ 4), tối ưu hóa năng lượng từ tính.

3. Xử lý bề mặt và kiểm tra chất lượng: Để cải thiện khả năng chống ăn mòn, bề mặt hợp kim cần được đánh bóng bằng điện phân (độ nhám Ra ≤ 0,2μm) và xử lý thụ động (nồng độ cromat 5-8g/L). Liên kết kiểm tra chất lượng bao gồm toàn bộ quy trình: máy quang phổ đọc trực tiếp (OES) được sử dụng để theo dõi độ lệch thành phần trong thời gian thực; máy đo nhiễu xạ tia X (XRD) để phân tích định hướng hạt; buồng thử nghiệm phun muối để xác minh khả năng chống ăn mòn (tuân thủ tiêu chuẩn ASTM B117).

3. Kinh nghiệm ứng dụng và bố trí công nghệ doanh nghiệp

Cách bố trí kỹ thuật của Qingchuan New Materials trong lĩnh vực FeNi50 thể hiện ba đặc điểm chính: 1)Định hướng R & D: Thành lập một phòng thí nghiệm chung với Trường Vật liệu của Đại học Trịnh Châu, tập trung vào việc tối ưu hóa các thành phần hợp kim và phát triển các quy trình xử lý nhiệt mới; 2)Thiết bị đầu vào: Giới thiệu các thiết bị cao cấp như lò luyện chân không ALD của Đức và nhà máy cán nguội Mitsubishi của Nhật Bản để đạt được độ chính xác gia công ± 0,005mm;3)Ứng dụng công nghiệp: Sản phẩm đã được cung cấp theo lô cho Huawei (bộ lọc truyền thông 5G), AVIC Optoelectronics (đầu nối hàng không) và các công ty khác, với khối lượng giao hàng tích lũy hơn 200 tấn và tỷ lệ phản hồi của khách hàng là ≥ 99,2%.

Lấy một dự án hàng không vũ trụ làm ví dụ: khách hàng yêu cầu hệ số giãn nở nhiệt của hợp kim FeNi50 trong vùng nhiệt độ từ-55 ℃ đến 125 ℃ ≤ 1,2 × 10 mức/℃ và độ dẫn từ μ≥ 5000. Vật liệu mới của Qingchuan đã điều chỉnh hàm lượng Ni xuống 50,2% và áp dụng quy trình ủ phân loại (880 ℃ × 2h 820 ℃ × 1h), hiệu suất sản phẩm cuối cùng đạt tiêu chuẩn và đạt được nguồn cung cấp ổn định 500kg cho một lô.

Thứ tư, thách thức kỹ thuật và hướng đi trong tương lai

Hiện tại, việc sản xuất hợp kim FeNi50 vẫn phải đối mặt với hai thách thức lớn: 1) kiểm soát tính đồng nhất thành phần của phôi kích thước lớn (đường kính ≥ 300mm); 2) độ ổn định cán của dải siêu mỏng (độ dày ≤ 0,05mm). Qingchuan New Materials có kế hoạch đột phá thông qua các con đường sau: 1) Nâng cấp hệ thống trộn điện từ của lò nấu chảy chân không; 2) Phát triển chất bôi trơn cấp nano để giảm hệ số ma sát của cán nguội; 3) Khám phá công nghệ sản xuất phụ gia như nóng chảy vùng chọn laser (SLM) và mở rộng Các kịch bản ứng dụng của hợp kim trong các cấu trúc phức tạp.