Прецизионный сплав на основе железа

 

г

IggI 597736

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалисти мескита

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву

2 (22) Заявлено 22. 11.76(21) 2422077/22-02 (51) M. Кл.

С 22 С 38/16 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Государственный номнтег

Совета Мнннстров СССР по делам нзооретеннй и открытий (43) Опубликовано 15.03.78Áþëëåòåíü № 10 (53) УДК 669.25 24 3 1-018.472(088.8) (45) Дата опубликования описания 15.03.78 (72) Авторы изобретения И. И, Пастернак, T. 1. Короткова, B. A. Федорович, A. И. Захаров, ll. M. Удлер и Т. Т. Арандаренко (71) Заявитель Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт черной металлургии им. И. П. Бардина (54) Г)РЕШ1ЗИОННЫЙ СПЛАВ НА ОСПЮВЕ ЖЕЛЕЗА

2 кобальта; остальное железо и имеет ТКЛР

-6 -1

7, 1 10 град в интервале температур

20-500 С; Тк 510 С. Структура этого сплава претерпевает преврашение в районе температур минус 80 С, что ограничивает его применение. Сплав Socosi8 -102 содержит 30% никеля; 23% кобальта; остальное железо; ТКЛР 10,2 ° 10 град 1 в интервале температур 20-500оС; Тк

530ОС (1), Изобретение относится к металлургии, а именно к сплавам, содержашим железо, кобальт, никель в качестве основных легируюших элементов; сплавы могут быть использованы в паяных соединениях с высокоглиноземистой керамикой.

Известны сплавы с заданным температурным коэффициентом лгптейного расширения (ТКЛР), применяемые в электровакуумных, газоразрядных и полупроводниковых приборах для спаев с различными диэлектриками:. (стеклом, керамикой, слюдой). Преобладаюшее число таких сплавов составля ют двойные (железо-никелевые), тройные (железо-никель-кобальтовые) или сложно- 1а легированные сплавы на железо-никелевой основе. Сплавы различаются величиной

ТКЛР, колеблюшейся в пределах 4-10 °

° 10-6 град-1 и сохраняюшей заданные значения до температуры Кюри (Тк). При 20 температурах выше Тк ТКЛР сплавов резко возрастает., .1ля спаев с керамикой применяют сплавы " Nico @if -71" и "&ocosif-f02.

Первый сплав содержит 28% никеля; 23% 25

Для обеспечения низкой величины напряжений и прочности паяного соединения необходимо иметь соответствие ТКЛР компг нентов этого соединения в возможно более. широком диапазоне температур и, кроме того, стабильность структуры спггава как в области положительных, так и в области отрицательных температур.

Комплекс свойств известных сплавов недостаточен для создания герметичного прочного спая с высокоглиноземистой керамикой, предназначаемогD для работы в диао пазоце от минус 196 до bmoc 700 С, а также в условиях циклических температур597736

1,5

23,5

25,5

46,5

2,5

24,5

48,0

2,0

24;0

26,0

25,0

25,0

27,0

49,0

1,0

23,0

49,0

48,0

1,0

2,0

24,0

23,0

26,0

27,0

Таблица 2

10,8 ° 10 град

11,0

10,9

2 7,5

3 . 7,5

11,2

11,4

10,6

11,5

500 Минус 120

540 Минус 80

4 7,8

7,8

6 7,0

7,9 нык колебаний При температурах от 20 д о 700оС.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сушности и арстигаемому результату является сплав Я ос о" содержаший 31% никеля; 20%.кобальта»

S,5% меди; остальное железо. Сплав имеет

ТКЛР 10,5 ° 10 б,град: тк 500оС и структуру однофазного » -твердого раствора, стабильную при охлаждении до минус 10 о

196 С. Этот сплав применяется для спаев с мягкими стеклами j2J Однако ТКЛР указанного сплава намного превосходит

ТКЛР керамики (10,5 ° 10 6 град . против 7,5 ° 10-6 град-1 от 20 до 500оС) и при соединении с ней сплав не дает вакуумноплотного, механически прочного спая.

Целью изобретения является снижение температурного козффициента линейного расширения и обеспечение стабильности

1 7,5 10 град

-6 -1 структуры сплава при охлаждении до минус 196 С. Это достигается тем, что прецизионный сплав на основе железа, вклк чаюший никель, кобальт и медь, содержит указанные компоненты в следуюшем соот» ношении, вес. % .

Никель 25,5-26,5

Кобальт 23,5-24,5

Медь 1,5-2,5

Железо Остальное

Иля получения предлагаемого сплава в открытой индукционной печи из чистых шихтовых материалов выплавляют слитки (N 1-3), химические составы которых приведены в табл. 1, Для сравнения даны составы сплавов (М 4-7 ) с соотношением компонентов, выходяшим за пределы изобретения, На образцах полученных сплавов по стандартной методике определяют ТКЛР и

Тк, значения которых приведены в табл, 2, Таблица 1

5 10 Ниже минус 196

540 То же

520

597736

Таблица 3

Предлагаемый

Известный 42Н

107

21

Из приведенных данных видно, что термостойкость спаев с предлагаемым сплавом в 2,5 раза выше, чем с известным сплавом

42Н. Это позволяет повысить надежность 35 вакуумноплотных торцовых спаев с керамикой в условиях колебаний температур от о комнатной до 700 С в 2-2,5 раза.

В результате того, что предлагаемый сплав имеет кривую теплового расширения, 40 хорошо согласующуюся с кривой расширения керамики, можно увеличить надежность, сократить га бариты, снизить себестоимость приборов и.увеличить срок службы изделий, в которых для спаев с керамикой использу- 45 ется предложенный сплав.

1. Каталог фирмы VEB На(bzeug e k

Aver harnrne,"

Составитель Г Дудик

Редактор Н. Корченко Техред А Богдан

Корректор И. Гоксич

Заказ 2288/21 Тираж 772 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 ,Как видно из таблицы, свойства предлагаемых сплавов (№ 1-3) полностью совпадают с требуеь ыми; ТКЛР в интервале температур 20-500 С соответствует ТКЛР керамики; структура не претерпевает прево ращения при охлаждении до минус 196 С; о температура Кюри лежит выше 500 С.

Эта совокупность свойств достигается новым соотношением компонентов в сплаве, по сравнению с известным сплавом f2j, Присутствие меди в количестве 1,5-2,5% делает устойчивой -фазу желез никель-кобальтового сплава (при содержании никеля 25,5-26,5%; кобальта 23,5-24,5%) к превращению при охлаждении до минус

196 С. Кроме того, пониженное количесто во меди (по сравнению с известным сплавом) не дает такого значительного увеличения ТКЛР (в сплаве босо ТКЛР

Формула изобретения

Прецизионный сплав на основе железа,. содержащий никель, кобальт и медь, о т- 50

-6 -1

10 5 ° 10 град в интервале темпера> о тур 20-500 С) и величина ТКЛР предлагаемого сплава остается на уровне 7,5 °

-6 --1

10 град при сохранении температуры Кюри на прежнем уровне.

B сплавах ¹ 4-7 свойства следующие:

ТКЛР сплавов № 4 и 5 выше необходимой величины; сплавы № 6. и 7 при охлаждении претерпевают превращение, Критерием надежности паяного соединения является количество термоциклов, которое выдерживает спай без разрушения.

Данные по термоциклированию образцов спаев с предлагаемым сплавом и применяющимся в СССР для спаев с высокоглиноземистой керамикой сплавом 42Н приведены в табл. 3. л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью снижения температурного коэффициента линейного расширения, обеспечения стабильности структуры сплава при охлаждении до минус 196 С> он содержит компоненты в о следующем соотношении, вес. %:

Никель 25,5-26,5

Кобальт 23,5-24,5

Медь 1,5-2,5

Железо Остальное

Источники информации, принятые во вни мание цри экспертизе:

2. Журнал "Neue butte ", N 5, 1961> с. 3 10-3 16.