[发明专利]一种耐超低温定膨胀合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐超低温定膨胀合金及其制备方法，该产品包括按质量百分数计的如下元素：C:≤0.03％，Si:≤0.3％，Mn：≤0.5％，P:≤0.02％，S:≤0.02％，Ni：36.0％～40.0％，Co:5.0％～11.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明通过合金元素的合理配比使耐超低温定膨胀合金的马氏体相变温度降低到‑196℃以下，耐超低温定膨胀合金的膨胀系数为α_20～400℃＝(4.5～6.0)×10^‑6/℃和α_20～450℃＝(5.0～6.0)×10^‑6/℃，能满足液氮、液氧等超低温环境的使用要求，与硬玻璃、陶瓷等具有较好的匹配性，可应用于与硬玻璃、陶瓷匹配封接。

技术领域

本发明主要涉及一种耐超低温定膨胀合金及其制备方法，该耐超低温定膨胀合金适用于液氮、液氧等超低温环境，在一定温度范围内与硬玻璃、陶瓷的膨胀系数相匹配。

背景技术

FeNi系和FeNiCo系膨胀合金在居里温度以下，由于自发磁化产生的磁致伸缩效应导致合金的收缩与温度上升合金的热膨胀升高的相互作用，因而构成了各种成分合金在不同温度下不同的热膨胀系数，人们利用这种特性，开发出了用作玻璃、陶瓷、塑料等金属封接材料。与硬玻璃和陶瓷匹配封接的典型材料是可伐合金，国内牌号4J29，其化学成分见表1，该合金封接效果和封接可靠性高，但该合金-78.5℃以下温度会发生马氏体相变，体积增大，在低于-78.5℃以下使用环境，封接件极易开裂，不适用于液氧等超低温环境。

表1相关典型钢种的化学成分(wt％)

随着技术发展的要求，一些封接器件需要在超低温环境中使用，现有用于硬玻璃和陶瓷封接的定膨胀合金马氏体相变温度高于使用环境温度，在超低温环境下使用存在极大风险。本发明通过合理的成分设计，使发明合金的马氏体相变温度低于-196℃，同时合金的膨胀系数为α_20～400℃＝(4.7～6.0)×10^-6/℃，α_20～450℃＝(5.0～6.0)×10^-6/℃，发明合金膨胀系数与玻璃和陶瓷的匹配性良好，适用于与硬玻璃、陶瓷匹配封接，使用环境温度可低至-196℃。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐超低温定膨胀合金及其制备方法，其中该耐超低温定膨胀合金具有与硬玻璃和陶瓷匹配的膨胀系数匹配性好的特性，其膨胀系数α_20～400℃＝(4.7～6.0)×10^-6/℃，α_20～450℃＝(5.0～6.0)×10^-6/℃。该合金金相组织在-196℃以上为完全奥氏体组织，具有良好的组织稳定性。该合金可用于作为与陶瓷和硬玻璃封接的结构材料，也可用于与膨胀系数接近的其它材料的封接与连接，使用温度为-196℃及以上温度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种耐超低温定膨胀合金，其包括按质量百分数计的如下元素：Ni：36.0～40.0％，Co:5.0～11.0％，C:≤0.03％，Si:≤0.3％，Mn：≤0.5％，P:≤0.02％，S:≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。

作为优选方案，Ni元素和Co元素的质量百分数之和为44.5～47％

作为优选方案，所述耐超低温定膨胀合金的膨胀系数α_20～400℃＝(4.7～6.0)×10^-6/℃。

作为优选方案，所述耐超低温定膨胀合金的膨胀系数α_20～450℃＝(5.0～6.0)×10^-6/℃。