[发明专利]一种含铌定膨胀合金及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含铌定膨胀合金及其制造方法。

背景技术

膨胀系数α20℃～300℃＝3.3×10^-6/℃的高硼硅玻璃抗张强度高、热稳定性好， 是理想的真空太阳能集热管材料。此外，该高硼硅玻璃还广泛地应用于真空、 电子等领域。目前，一般采用4J29、4J30等玻封合金与高硼硅玻璃进行高真 空气密性封接。其中4J29的膨胀系数为：α_{20℃～300℃}＝(4.7～5.5)×10^-6/℃，α_{20℃～400℃}＝(4.6～5.2)×10^-6/℃；4J30的膨胀系数为：α_{20℃～300℃}＝(3.7～4.2)×10^-6/℃， α_{20℃～400℃}＝(4.1～4.9)×10^-6/℃，两种合金的膨胀系数都偏高，不能与高硼硅 玻璃完全匹配封接，使得在熔封过程中出现玻璃炸裂，或者熔封后漏气的现 象。

发明内容

本发明的目的就是通过合金成分设计和必要的冶金手段制备出一种能 与膨胀系数α_{20℃～300℃}＝3.3×10^-6/℃的高硼硅玻璃完全匹配封接的定膨胀合 金，并且合金在预氧化过程中能够形成高质量的氧化膜，从而满足太阳能集 热管，或真空、电子行业的使用要求。

为实现本发明的目的，采用了如下的技术方案：

成分(wt％)为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。

合金采用真空感应炉冶炼。冶炼过程中要严格控制C的含量，C含量 要尽可能低，以免在金属与玻璃的封接过程中产生气泡，钢中残留C含量应 不高于0.03％。获得定膨胀的关键是控制Ni、Co含量，从而控制合金的膨 胀系数的大小，并保证膨胀系数在一定的温度范围内保持恒定。适当添加合 金元素Nb，在合金中起到固定C原子的作用，从而适当降低膨胀系数。Nb 的含量与C的含量有一定的对应关系，一般地，C含量较高时，应该提高 Nb的含量。控制合金中Zr的含量，使合金在预氧化过程中能够形成致密的 氧化膜，提高封接质量。典型合金的成分、膨胀性能及封接效果见附表1。

对于棒材，钢锭经1100℃～1200℃加热，按所要求的成品规格，热 锻成成品棒材。终锻温度应大于850℃。

对于带材，钢锭加热至1100℃～1200℃，热加工成冷带坯。冷轧变形 率为40％～60％，冷轧中间软化温度为900℃～1050℃，走带速度为4m/min～ 6m/min，采用H₂保护连续退火炉。

在封接前，合金在空气中加热至800℃～900℃，保温5～15分钟，进行 预氧化。

上述棒材和带材，在热处理后，膨胀系数为：α_{20℃～300℃}＝(3.1～3.5)×10^-6/℃，α_{20℃～400℃}＝(3.3～3.9)×10^-6/℃。热处理制度为：在H₂中加热至900℃± 10℃，保温1h，再加热至1100℃±10℃，保温15min，以不大于5℃/min的 速度冷至200℃以下出炉。

本发明的贡献在于：通过调整Ni、Co含量，添加Nb 元素，控制膨胀系 数；控制Zr的含量，改善预氧化后的氧化膜质量，提高合金与玻璃的封接 质量；采用真空感应炉冶炼，生产出一种定膨胀合金，满足了与膨胀系数α_20℃300℃＝3.3×10^-6/℃的高硼硅玻璃完全匹配封接的要求。

该合金制作的气密性密封件可满足用膨胀系数α_{20℃～300℃}＝3.3×10^-6/℃ 的高硼硅玻璃制作的真空太阳能集热管的封接要求。同时，该合金亦可用于 制作真空、电子等领域中与上述高硼硅玻璃封接的密封件。

下面通过实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1：