Электровакуумные сплавы

4. Никель  и его сплавы.

Чистый никель —  металл серебристо-белого цвета, блестящ, очень твёрд, но хорошо поддаётся  ковке и хорошо полируется. Как  и железо, никель притягивается магнитом. По свойствам никель — близкий  аналог железа и кобальта. Никель тягуч  — из него легко вытянуть тонкие проволоки, сопротивление которых  разрыву не меньше железных (масса  груза для разрыва проволоки  сечением 1 мм2 равна 42 кг.).

      Никель  устойчив на воздухе и в  воде, в некоторых кислотах, так  как на его поверхности образуется  устойчивая защитная плёнка. Металл  легко растворяется в азотной  кислоте. Раствор окрашивается  в зелёный цвет благодаря образованию  нитрата никеля Ni(NO3)2.

Атомная масса  Плотность при 20°С, г/см3  Температура, °С:                   плавления                   кипения Скрытая теплота , кал/г:                  плавления                  испарения Удельное электросопротивление при 20°С, Ом . мм2/м  Модуль нормальной упругости, кг/мм2  Временное сопротивление, кг,/мм2 :                  отожжённого                  деформированного Относительное удлинение, %                  отожжённого                               деформированного Твёрдость НВ никеля:                 отожжённого                 деформированного                 литого Теплопроводность  при 0 – 100°С, кал/(см . сек . град) Коэффициент линейного  расширения при 20 — 100°, 1/град Предел упругости  никеля отожжённого, кг/мм2  Предел текучести никеля, кг/мм2:             отожжённого             деформированного Модуль сдвига, кг/мм2 Предел усталости  никеля на базе 107 циклов, кг/мм2:             отожжённого             деформированного Ударная вязкость отожжённого  никеля, кг . м/см2

58, 71 8, 9  1453 2140  73 1450 0, 068 20000  40-50 70-90  35-40 2-4  70-90 200 60-70 0,142 .0, 000013 8  12 70 7300  16,6 29 18

 

5. Сплавы  для кернов оксидных катодов.

В сплавах никель участвует главным образом в  сочетании с железом и кобальтом. Он является легирующим элементом в  различных конструкционных сталях, а также в магнитных и немагнитных  сплавах, сплавах с особыми физическими  свойствами, нержавеющих и жаропрочных  сталях. Также распространены сплавы на никелевой основе в сочетании  с хромом, молибденом, алюминием, титаном, бериллием.

      Большую  группу сплавов представляют  сплавы никеля на медной основе  — монель, нейзильбер, латуни и бронзы.

     Медноникелевый  сплав монель, содержащий 68 — 70% Ni и 28 — 30% Cu, обладает очень высокой  коррозионной стойкостью в кислотах  и щелочах, во влажной и морской  атмосфере и поэтому используется  в химической и электротехнической  промышленности, в морском оборудовании, при производстве и хранении  пищевых продуктов и в медицине.

6. Прецизионные сплавы для пайки с неорганическими диэлектриками.

6.1 Железо - никелевые, железо-никель-хромистые и железо-никель-медные сплавы

Коэффициенты расширения некоторых марок сплавов при различной температуре,в сравнение с некоторыми стеклами приведены в таб.10 

Сплав	Содержание, %
	С, не более	Si	Mn	Ni	Ti	S	P
Н-36 Н-46 Н-42 Н-52	0,05 0,05 0,03 0,03	≤0,03 ≤0,30 ≤0,30   0,30	0,3-0,6 ≤0,40 ≤0,30 0,3-0,6	35,0-37,0 45,5-46,5 41,5-43,0 51,5-52,5	- - ≤0,10 -	≤0,02 ≤0,02 ≤0,02 ≤0,02	≤0,02 ≤0,02 ≤0,02 ≤0,02

 

Указанные сплавы представляют собой гамма - твердые растворы, которые  не испытывают превращения до температуры примерно 1400^оС и охлаждения до температуры жидкого азота. Эти сплавы отличаются малым температурным коэффициентом расширения (в узком интервале температур), высоким удельным сопротивлением и малой теплопроводностью.

 Сплав Н-36 упрочняется  только при холодной пластической  деформации.

Коэффициент температурного расширения железо – никелевых сплавов в зависимости от содержания никеля изменяется в широких пределах, приведенных в таб.11

Марка сплава	Коэффициент температурного расширения×107 в интервале температур		Точка кюри, оС
	20-300ОС	20-400оС
Н-42 Н-45 Н-50	40-48 70-80 82-93	54-64 75-85 82-93	350 425 500

 Исследования сплавов Fe-Ni показали, что чистые железо - никелевые сплавы мало пригодны для пайки со стеклом вследствие плохого сцепления их окислов с поверхностью металла.

Оксидная пленка, образующаяся при нагревание на поверхности  железо - никелевых сплавов, состоит  из смеси окислов Ni и Fe. Большое содержание окислов железа приводит к образованию неустойчивой рыхлой пленки, хорошо смачивающейся стеклом, но отличающейся слабым сцеплением металлом. Средством борьбы с этим явлением служат предварительные гальванические покрытия серебром, медью, и другими металлами. Кроме того, эти сплавы склонны к повышенному газоотделению при нагрев в вакууме, которое может быть уменьшено за счет предварительного отжига сплава в атмосфере влажного водорода.

Также эти сплавы имеют недостаточную антикоррозионную стойкость во влажной атмосфере.

Широкое применении нашли сплавы, химический состав которых  показан в таб.12

Сплав	Содержание, %
	С	Si	Mn	Ni	Cr	Cu	Fe
Н48Х Н47Х3 Н47ХБ	≤0,05 ≤0,05 ≤0,05	0,15-40 0,10-0,30 0,15-0,30	0,30-0,70 0,30-0,60 ≤0,40	48,0-49,4 46,0-48,0 46,0-48,0	0,7-1,0 3,0-4,0 4,5-6,0	0,15 - -	- остальное

 

Сплав Н47ХБ широко применяется  для  изготовления проволочных спаев  с мягкими стеклами С-87-1, С-89-2 и  др. и в известной мере может  заменить пластинит. Проволока из этого  сплава обладает достаточной вязкостью.

Сплавы марок Н48Х  и Н47Х3 применяются для пайки  с термометрическим стеклом 16Ш и  тончайшими пленками стекла «Лензос».

Введение меди в  железо - никелевые сплавы способствует повышению температуры точек перегиба кривой термического расширения и расширению области низких к.т.р.

По своим пластическим свойствам Н47Д5 подобен ковару и  обладает хорошей пластичностью, позволяющей  изготавливать из него листы, ленту, проволоку, трубки, а также изделия сложного профиля.

При равных  к.т.р. в сплаве Н47Д5 в сравнение со сплавом  Н47ХБ наблюдается значительное понижение  удельного сопротивления электрического сопротивления (0,45 в сравнение с 0,90) и более высокая температура  перепада кривой расширения (460^оС в сравнение с 340^оС для Н47ХБ).

6.2 Железо-никелевые- кобальтовые сплавы.

Ковар — магнитный  сплав, состоящий из кобальта (Co, 17 %) никеля (Ni, 29 %) и железа (Fe, остальное). Отечественная маркировка 29НК[1].

Магнитный сплав  на основе железа, содержит Co и Ni. Характеризуется  низким коэффициентом теплового  расширения [(4,5—5,2)×10−6 1/°C — в интервале 20—400 °C], близким к коэффициенту теплового расширения стекла. Температура  плавления Ковар 1450 °C, удельное электрическое  сопротивление 0,5 мкОм·м, температура  Кюри 420 °C. Во влажной среде сплав  подвержен коррозии, требует защитных покрытий. При впайке в стекло Ковар  образует прочное вакуумно-плотное  сцепление, что используется в электровакуумной технике при изготовлении корпусов и токовыводов различных ламп, приборов. Предел прочности 65кг/мм^2 Теплопроводность 19 вт/м °С 

Состав сплава в % от общей массы

Fe	Ni	Co	C	Si	Mn
баланс	29 %	17 %	<0.01 %	0.2 %	0.3 %

 

6.3 Сплавы на основе тугоплавких металлов

6.3.1 Вольфрам и его сплавы

Вольфрам имеет  самую высокую температуру плавления  среди всех металлов — 3,422 °C (6,170 °F)

 Вольфрам. 

Рений используется в сплавах с вольфрамом в концентрации до 22 %, что позволяет повысить тугоплавкость  и устойчивость к коррозии. Торий  применяется в качестве легирующего  компонента вольфрама. Благодаря этому  повышается износостойкость материалов. В порошковой металлургии компоненты могут быть использованы для спекания и последующего применения. Для получения  тяжёлых сплавов вольфрама применяются  никель и железо или никель и медь. Содержания вольфрама в данных сплавах  как правильно не превышает 90 %. Смешивание легирующего материала с ним низкое даже при спекании.

Вольфрам и его  сплавы по-прежнему используются там, где присутствуют высокие температуры, но нужна однако высокая твёрдость  и где высокой плотностью можно пренебречь. Нити накаливания, состоящие из вольфрама, находят свое применение в быту и в приборостроении. Лампы более эффективно преобразовывают электроэнергию в свет с повышением температуры. В вольфрамовой газодуговой сварке оборудование используется постоянно, без плавления электрода. Высокая температура плавления вольфрама позволяет ему быть использованным при сварке без затрат. Высокая плотность и твёрдость позволяют вольфраму быть использованным в артиллерийских снарядах. Его высокая температура плавления применяется при строении ракетных сопел, примером может служить ракета «Поларис». Иногда он находит свое применение благодаря своей плотности. Например, он находит свое применение в производстве клюшек для гольфа. В таких деталях применение не ограничивается вольфрамом, так как более дорогой осмий тоже может быть использован. 

6.3.2 Сплавы молибдена

Широкое применение находят сплавы молибдена. Наиболее часто используемый сплав — титан-цирконий-молибден — содержит в себе 0,5 % титана, 0,08 % циркония и остальное молибден. Сплав обладает повышенной прочностью при высоких температурах. Рабочая  температура для сплава — 1060 °C. Высокое  сопротивление сплава вольфрам-молибден (Mo 70 %, W 30 %) делает его идеальным материалом для отливки деталей из цинка, например, клапанов.

 

Молибден.

Молибден используется в ртутных герконовых реле, так  как ртуть не формирует амальгамы с молибденом.

Молибден является самым часто используемым тугоплавким  металлом. Наиболее важным является его  использование в качестве усилителя  сплавов стали. Применяется при  изготовлении трубопроводов вместе с нержавеющей сталью. Высокая  температура плавления молибдена, его сопротивляемость к износу и  низкий коэффициент трения делают его  очень полезным материалом для легирования. Его прекрасные показатели трения приводят его к использованию в качестве смазки где требуется надежность и производительность. Применяется  при производстве ШРУСов в автомобилестроении.