Электровакуумные сплавы

 
 

Влияние присадок различных элементов на температуру  разупрочнения меди характеризуется  графиками на рис.1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.1.2 Сплавы меди с присадками никеля и кремния (МНК). 
 
 
 
 
 
 
 

Из диаграммы состояния  Cu-Ni₂Si (рис.2)следует,  что эти сплавы могут подвергаться закалке и старению.

Влияние содержания Ni₂Si на механические свойства сплава после закалки, отжига и старения при различной температуре показано на рис.  Опытным путем установлено, что наиболее благоприятным сочетанием механических и электрических свойств обладает сплав с содержанием 5% Ni₂Si. В отожженном состоянии этот сплав представляет собой α-твердый раствор   Ni₂Si в меди с незначительным содержанием избыточной фазы Ni₂Si с голубоватым оттенком, располагающейся, как правило, по границам зерен. При длительном отжиге при 800 -850^оС в течение 10-15 часов избыточная фаза пропадает и полностью переходит в твердый раствор. Сплав в закаленном состоянии обладает минимальной твердостью  (80-85 НВ) и очень высокой пластичностью и хорошо обрабатывается давлением. Закалка же сплава с 900^оС сопровождается заметным ростом зерна и частичным оплавлением их границ, что приводит впоследствии  к  образованию микротрещин при пластической деформации.

 Зависимость предела  прочности и твердости сплава  меди с 5% Ni₂Si от температуры и времени отпуска (старения) сплава приведена соответственно на графиках рис.3,  рис.4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Из графиков следует, что оптимальной температурой старения сплава является 500^оС в течение 3часов. Недостатками этого сплава являются пониженные электро- и теплопроводность, а также предел прочности при повышенных температурах. Свойства этого металла можно улучшить, если его раскислять мишметаллом состава La-45%, Ce-30%, Dy-20%, Lb-5%, в количествах 0,25-0,3% веса жидкого металла. Сплав меди с присадками никеля и кремния(5% Ni₂Si), раскисленный мишметалло, получил название сплава МНК.

Присадки мишметалла в больших количествах не только не улучшают свойства сплава, а, наоборот, приводят к его охрупчиванию. Присадки мишметалла к сплаву меди с 5% Ni₂Si сильно измельчают его зерно что в последствие положительно сказывается на физико-механических свойства сплавов.

Физико-механические свойства сплавов меди с 5% Ni₂Si и МНК приведены в таб. 5 

ПАРАМЕТР	сплав меди с 5 % Ni2Si	Сплав МНК
Температура плавления,  оС……………………………………………… Твердость НВ, кГ/мм2:          Литого………………………………………………………………………..          Деформированного(15%)………………………………………….          Закаленного с 820оС на воду…………………………………….          Состаренного при 500оС(τ=30 мин)…………………………..          Состаренного при 500оС(τ=3ч)……………..…………………..          Состаренного при 500оС(τ=6 ч) ………………………………… Предел прочности  (σв кГ/мм2) сплава, состаренного при 500оС (τ=30 мин) :         При 20оС…………………………………………………………………..         При 600оС………………………………………………………………… Относительное удельное сопротивление ϭ, % сплава, состаренного при 500оС (τ=30 мин) :        При 20оС……………………………………………………………………        При 600оС…………………………………………………………………  Удельное сопротивление  сплава ρ, ом*мм2/м, состаренного при 500оС (τ=30 мин) ……………………………… Электропроводность  сплава(1/ом*см*10-4), состаренного при 500оС (τ=30 мин) ……………………………… Коэффициент линейного  расширения α*10-6: 20-200оС…………………………………………………………………………. 20-400оС…………………………………………………………………………. 20-600оС…………………………………………………………………………. 20-800оС………………………………………………………………………….	1070  140-150 160-170 80-85 190-200 210-220 180-190    60 24-26    10 2-2,5  0,04065  24-60  17,80 18,20 18,35 18,55	1070  140-150 165-170 80-85 190-200 210-220 180-190    70 30-32      18-20 3,5-4,5  0,03702  27-01  17,65 18,30 18,33 18,47

 

Сплав МНК является вакуумплотным материалом, хорошо паяется  твердыми припоями на серебряной основе в среде водорода, азота, формиргаза, а также в вакууме. Для пайки  указанного сплава с медью и другими  металлами рекомендуется применять  припои марок ПСр72 и ПСрИ-63(с присадками индия).

Благоприятное сочетание  механических и электрических свойств  дает возможность использовать указанный  сплав для изготовления деталей  и узлов механизма перестройки (штоков,головок,коронок) и других деталей  СВЧ приборов.

3.1.3 Сплавы меди с присадками железа (МЖ-3).

Сплав меди с присадкой 3-4% железа является вакуумплотным материалом, хорошо поддается пайке твердыми припоями и механической обработке. Этот сплав легко может быть раскатан в ленту, фольгу и пруток. Учитывая повышенную механическую прочность и твердость, сплавы меди с присадками железа с успехом могут использоваться для изготовления штоков, головок для сильфонов механизмов перестройки магнетронов и др. крепежных деталей. Этот сплав также , обладает свойством легко обрабатываться после закалки,а в процессе откачки приборов (450-500^оС)- заметно упрочняется.

Влияние термической  обработки на механические свойства сплавов меди с присадками Fe приведена в таб.6

Химический  состав сплава	После отжига при 800оС			После закалки  при 1000оС в воду			После старения при 500оС
	Твердость, НВ	микротвердость		Твердость, НВ	микротвердость		Твердость, НВ	микротвердость
		ε-фазы	α-фазы		ε-фазы	α-фазы		ε-фазы	α-фазы
Cu+3% Fe Cu+4% Fe	76,3 80,4	76,4 76,3	- 153	68,8 72,4	83,5 93,4	- 229	80,3 85,3	73,4 76,4	162,4 149,6

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Сравнительные данные физико-механических свойств сплава меди с 3% Fe и чистой меди приведены в табл. 7

Параметры	Медь МБ	Сплавы меди с 3 % Fe
Температура плавления,  оС Температура разупрочнения, о С Твердость после  старения НВ Предел прочности  при растяжение σв , кГ/мм2:         При 20оС         При 600оС Относительное удлинение  при 600оС, % Сужение площади  поперечного сечения ψ при 600оС, %  Теплопроводность, кал/см*г*сек  Электропроводность  × 10-4, 1/ом*см   Электросопротивление  × 10, ом*см	1083 275-300 40(после отжига)    22 4,1-4,3  47,7  96,7  0,963 при tср=46,9оС  52,8 при tср=46,9оС  1,92 при tср=46,9оС	1083-1160 450-500 80    20-28 10-11  15-25  20  0,452 при tср=55оС (после отжига) 32,20 (после старения)  3,11 (после старения)

 
 

3.2 Сплавы меди с никелем.

Для изготовления втулок, штуцеров ввода и вывода энергии, наконечников и ряда других деталей  электровакуумных приборов широко применяются  мельхиор (МН-19) и константан (МН-45)- сплавы меди с никелем.

Химический состав этих сплавов приведены в табл.8

НАИМЕННОВАНИЕ МАТЕРИАЛА	Содержание, В % легирующих элементов		Содержание  примесей, %, не более:
	Cu	Ni+CO	Fe	Si	Mg	Mn	S	C	Al
Мельхиор константан	Ост. Ост.	18-20 44-45	0,005 0,005	0,15 0,10	0,05 0,05	0,3 1-2%	0,01 0,01	0,05 0,05		0,001 0,001

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Мельхиор и особенно константан  обладают по сравнению  с медью более высокой температурой правления, поэтому для их пайки  с коваром и др. сплавами черных металлов можно применять в качестве припоя бескислородную медь,которая  при пайке хорошо растекается  по поверхности металла и обеспечивает получение вакумплотных паянных  швов.

Физико-механические свойства мельхиора и константана  приведены в таб.9 

Наименование  материала, содержание легирующих элементов	Температура плавления, оС	Предел прочности, σ, кГ/мм2, при 20о С	Относительное удлинение, ϭ %	Твердость по Бринеллю (отоженного) НВ	Теплопроводность, кал*см*сек×град	Удельное электросопротивление, ом *мм2/м	Электропроводность, мкОм*см
Спецконстантан (45%;Co+Ni, Cu-остальное)  Мельхиор (20% Ni, Cu- остальное) обычной плавки  Мельхиор, переплавленный в вакуумной печи (Ni- 20%, Cu- остальное)	1220-1290        1130-1190      1130-1190	40-50          33-34        29-30	38-50          40-41        43-44	75-100          70        -	0,0546          -        -	0,48-0,50          2,7758        2,5870	-          0,3602        0,3865

 Пластические свойства медно-никелевых сплавов в значительной степени зависят от содержания в ней примесей. Очень вредной примесью в этих сплавах является сера,  которая с никелем образует ряд химических соединений и эвтектику с температурой плавления 644^оС, располагающейся на границе зерен.