[发明专利]一种低膨胀磁屏蔽合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于精密合金领域，特别涉及一种用于制作光纤环圈骨架的低膨胀磁屏蔽合金及其制备方法。 

背景技术

与传统的机械装置相比，光纤装置具有结构简单、重量轻、响应快、寿命长等优点。一方面，为克服温度变化对光纤装置精度的不利影响，要求制作光纤环圈骨架的材料具有与光纤相一致的低的线膨胀系数；另一方面，为降低磁场对光的法拉第效应，要求光纤处于低磁场环境中。这样一来，为进一步提高光纤装置的精度，光纤环圈骨架材料需兼具低膨胀系数和较高的磁性能。 

金属的线膨胀系数一般在4.45～39×10^-6/℃范围内，大部分纯金属的线膨胀系数与其熔点成反比。Fe、Ni、Co所组成的合金，由于因瓦效应，在居里点以下的温度范围内有反常的热膨胀特性，具有较低的线膨胀系数。Ni含量为36％的纯净4J36合金的线膨胀系数可低至0.6×10^-6/℃。但若Ni含量偏离这一含量，便会导致线膨胀系数急剧增大。含Fe62.2％、Ni33％、Co4.5％的4J32合金有较低的线膨胀系数，通过进一步调整微量元素Cu的百分比，可使该合金的膨胀系数低至0.12×10^-6/℃，但此合金初始导磁率一般仅为0.4mH/m，磁屏蔽性能较差。 

在Fe-Ni系合金中，Ni含量在74％～80％附近的高导磁坡莫合金的 初始磁导率最大可大于100mH/m，有很好的磁屏蔽性能。而此合金却不具备因瓦效应，线膨胀系数很高，约11×10^-6/℃，低膨胀性差。高磁导率坡莫合金虽然用于磁屏蔽器件的效果较好，但因其膨胀系数远远大于光纤材料，而不能直接作为光纤环圈骨架材料使用。目前尚未发现能有效降低高导磁坡莫合金线膨胀系数的方法。 

美国Carpenter Technology公司已为美国Litton公司研制和开发了兼有低膨胀系数和磁屏蔽性能的复合材料。由于国外在此方面对中国进行技术和产品出口限制，国内研发单位仍通常使用硬质铝合金加工光纤骨架。虽然铝合金光纤骨架具有导热快、重量轻等优点，但却不能很好地与光纤匹配，也不具有磁屏蔽功能。因而只有再配以高导磁合金(如坡莫合金)外罩，达到磁屏蔽目的。 

当前，尽管已有国内研发单位试用低膨胀系数的4J32合金作为光纤环圈骨架，再配以坡莫合金外罩，实现与光纤膨胀系数匹配和磁屏蔽效果，改善了综合性能。但由于光纤装置重量和空间的限制，采用兼有磁屏蔽性能的低膨胀材料制作光纤骨架是一个最理想的选择。 

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种具有良好的低线膨胀系数和高磁性能组合的低膨胀磁屏蔽合金，以满足光纤环圈骨架材料的综合需求。 

本发明的另一个目的在于，提供了上述低膨胀磁屏蔽合金的制备方法。 

为实现上述目的，本发明的技术方案如下： 

一种用于光纤环圈骨架的低膨胀磁屏蔽合金，该合金的化学成分按重量％为：Ni32.0～35.2，Co3.0～3.5，Mn0.10～0.25，Si≤0.15，Cu≤0.02，C≤0.01，P≤0.01，S≤0.01，余量为Fe； 

该低膨胀磁屏蔽合金通过如下步骤制备：高纯度原料准备→成分配比→真空感应炉冶炼和真空自耗重熔→锻造加工→取样→热处理→性能测试。 

所述热处理制度为：高纯氢气保护，随炉升温至970±10℃，保温2.5～3h，以200～250℃/h降温至550±10℃，快冷至300℃以下出炉。 

该合金的化学成分按重量％为：Ni32.09～35.19，Co3.01～3.43，Mn0.13～0.21，Si0.015～0.150，Cu0.0052～0.0140，C0.0022～0.0044，P0.0030～0.0055，S0.0030～0.0040，余量为Fe。 

该合金在-45～+75℃温度范围内，具有以下低膨胀性能和磁屏蔽性能的组合：膨胀系数≤1.0×10^-6/℃，初始磁导率≥1.5mH/m。 

所述高纯度原料为纯度大于99.0％的原材料。 

一种用于所述的光纤环圈骨架的低膨胀磁屏蔽合金的制备方法，该合金的化学成分按重量％为：Ni32.0～35.2，Co3.0～3.5，Mn0.10～0.25，Si≤0.15，Cu≤0.02，C≤0.01，P≤0.01，S≤0.01，余量为Fe； 

该低膨胀磁屏蔽合金通过如下步骤制备：高纯度原料准备→成分配比→真空感应炉冶炼和真空自耗重熔→锻造加工→取样→热处理→性能测试。