[發明專利]一種含鈮定膨脹合金及其制造方法

有效

• 申請號: 200910242717.6
• 申請日: 2009-12-15
• 公開（公告）號: CN101724781A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 丁紹松;蔡凱洪
• 申請（專利權）人: 北京北冶功能材料有限公司
• 主分類號: C22C38/14
• 分類號: C22C38/14;B21J1/06;B21B37/74;B21B37/16
• 代理公司: 首鋼總公司專利中心 11117
• 代理人: 孫小敏

技術領域

本發明涉及一種含鈮定膨脹合金及其制造方法。

背景技術

膨脹系數α20℃～300℃＝3.3×10^-6/℃的高硼硅玻璃抗張強度高、熱穩定性好， 是理想的真空太陽能集熱管材料。此外，該高硼硅玻璃還廣泛地應用于真空、 電子等領域。目前，一般采用4J29、4J30等玻封合金與高硼硅玻璃進行高真 空氣密性封接。其中4J29的膨脹系數為：α_{20℃～300℃}＝(4.7～5.5)×10^-6/℃，α_{20℃～400℃}＝(4.6～5.2)×10^-6/℃；4J30的膨脹系數為：α_{20℃～300℃}＝(3.7～4.2)×10^-6/℃， α_{20℃～400℃}＝(4.1～4.9)×10^-6/℃，兩種合金的膨脹系數都偏高，不能與高硼硅 玻璃完全匹配封接，使得在熔封過程中出現玻璃炸裂，或者熔封后漏氣的現 象。

發明內容

本發明的目的就是通過合金成分設計和必要的冶金手段制備出一種能 與膨脹系數α_{20℃～300℃}＝3.3×10^-6/℃的高硼硅玻璃完全匹配封接的定膨脹合 金，并且合金在預氧化過程中能夠形成高質量的氧化膜，從而滿足太陽能集 熱管，或真空、電子行業的使用要求。

為實現本發明的目的，采用了如下的技術方案：

成分(wt％)為C≤0.03％，Si≤0.15％，Mn?0.10％～0.30％，S＜0.02％， P＜0.02％，Ni?31.0％～32.0％，Co?11.5％～12.5％，Nb?0.05％～1.0％，Zr?0.02％～ 1.0％，余Fe。

合金采用真空感應爐冶煉。冶煉過程中要嚴格控制C的含量，C含量 要盡可能低，以免在金屬與玻璃的封接過程中產生氣泡，鋼中殘留C含量應 不高于0.03％。獲得定膨脹的關鍵是控制Ni、Co含量，從而控制合金的膨 脹系數的大小，并保證膨脹系數在一定的溫度范圍內保持恒定。適當添加合 金元素Nb，在合金中起到固定C原子的作用，從而適當降低膨脹系數。Nb 的含量與C的含量有一定的對應關系，一般地，C含量較高時，應該提高 Nb的含量?？刂坪辖鹬衂r的含量，使合金在預氧化過程中能夠形成致密的 氧化膜，提高封接質量。典型合金的成分、膨脹性能及封接效果見附表1。

對于棒材，鋼錠經1100℃～1200℃加熱，按所要求的成品規格，熱 鍛成成品棒材。終鍛溫度應大于850℃。

對于帶材，鋼錠加熱至1100℃～1200℃，熱加工成冷帶坯。冷軋變形 率為40％～60％，冷軋中間軟化溫度為900℃～1050℃，走帶速度為4m/min～ 6m/min，采用H₂保護連續退火爐。

在封接前，合金在空氣中加熱至800℃～900℃，保溫5～15分鐘，進行 預氧化。

上述棒材和帶材，在熱處理后，膨脹系數為：α_{20℃～300℃}＝(3.1～3.5)×10^-6/℃，α_{20℃～400℃}＝(3.3～3.9)×10^-6/℃。熱處理制度為：在H₂中加熱至900℃± 10℃，保溫1h，再加熱至1100℃±10℃，保溫15min，以不大于5℃/min的 速度冷至200℃以下出爐。

本發明的貢獻在于：通過調整Ni、Co含量，添加Nb?元素，控制膨脹系 數；控制Zr的含量，改善預氧化后的氧化膜質量，提高合金與玻璃的封接 質量；采用真空感應爐冶煉，生產出一種定膨脹合金，滿足了與膨脹系數α_20℃300℃＝3.3×10^-6/℃的高硼硅玻璃完全匹配封接的要求。

該合金制作的氣密性密封件可滿足用膨脹系數α_{20℃～300℃}＝3.3×10^-6/℃ 的高硼硅玻璃制作的真空太陽能集熱管的封接要求。同時，該合金亦可用于 制作真空、電子等領域中與上述高硼硅玻璃封接的密封件。

下面通過實施例進一步說明本發明的技術方案。

實施例1：