Аустенитный железо-никелево-хромово-медный сплав

Аустенитный железо-никелево-хромово-медный сплав

Реферат

Настоящее изобретение относится к железо-никелево-хромово-медному сплаву, предназначенному, в частности, для изготовления электромагнитных устройств.

Железоникелевые и железо-никелево-хромовые сплавы с высоким содержанием никеля известны в течение долгого времени и благодаря их новым и разнообразным свойствам используются для многих применений в электротехнике и электронике, в дисплеях, при транспортировке энергии, в применениях, связанных с терморегуляцией и электробезопасностью.

В частности, эти сплавы характеризуются коэффициентами расширения в диапазоне температур от 20 до 100°С, равными от 2 до 13×10^-6/°С в зависимости от их состава, что является исключительной характеристикой для любого пластичного материала, которая свойственна немногим редким материалам.

Эти сплавы проявляют также стойкость к водной коррозии от хорошей до очень хорошей, которая тем лучше, чем выше содержание никеля или хрома.

Сплавы обладают также очень хорошей формуемостью благодаря однофазной аустенитной структуре, которая делает возможной прокатку до очень малой толщины, а также высокоскоростную резку, перфорирование, штампование или вытяжку.

Замечательно и ферромагнитное поведение сплавов, характеризующееся наличием точки Кюри Т_c (температуры, при которой исчезает ферромагнетизм), а также их магнитные свойства (относительная магнитная проницаемость µ_r, коэрцитивное поле Н_c и магнитные потери Р).

Магнитные потери этих сплавов являются очень хорошими, следствием чего является низкое потребление энергии для их намагничивания. Благодаря этому эти железоникелевые и железо-никелево-хромовые сплавы в течение долгого времени используют для электромагнитных применений, в которых важным является либо экономия энергии (электродвигатели для настенных или наручных часов, высокочувствительные реле-прерыватели остаточных токов в электрических цепях, высокоскоростные ненагревающиеся электродвигатели и т.д.), либо очень малый гистерезис, позволяющий значительно ограничить разброс при измерениях от магнитных датчиков (трансформаторы тока, датчики постоянного тока, резольверы и синхрорезольверы) или гистерезисные потери (преобразователь измерений, преобразователь модема и т.д.), либо существование особо предпочтительного направления для линий магнитного потока, что, например, имеет место в некоторых станинах магнитных приводов с большим динамическим диапазоном (например, в электромагнитной топливной форсунке), в колесных моторах или в пассивных обмотках электромагнитов с высокой степенью понижения.

Железоникелевые сплавы, коэрцитивное поле которых обычно меньше 125 мЭ, позволяют достигать реального снижения потребления энергии в электрических системах по сравнению с традиционно используемыми железокремневыми материалами, поскольку последние достигают коэрцитивных полей порядка 190 мЭ только вдоль одного представляющего интерес направления и только для нескольких применений, но чаще всего достигаются поля в пределах от 500 до 1250 мЭ, когда для применения необходим магнитный поток, распространяющийся в материале в разных направлениях (в случае электродвигателей, генераторов и т.д.).

Однако существует потребность в улучшении некоторых свойств этих железоникелевых сплавов, в частности в улучшении их стойкости к водно-кислотной коррозии и стойкость к коррозии, обусловленной солевым туманом, которые не всегда достаточны в некоторых агрессивных средах.

Кроме того, изготовление листов этих сплавов включает в себя промышленную термообработку в атмосферах, которые не всегда бывают чистыми, в результате чего образуется окисленный поверхностный слой, который защищает базовый металл от более глубокого окисления. Однако этот поверхностный слой не очень адгезивен и механически очень слаб, что снижает эффективность его защитных свойств.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков путем создания композиции сплава с улучшенными стойкостью к водно-кислотной коррозии и стойкости к коррозии в солевом тумане, достаточными для образования окисленного слоя с высокоадгезивной поверхностью, которая могла бы быть использована для многих применений и имела бы низкую стоимость.

Для достижения этой цели первым объектом изобретения является аустенитный железо-никелево-хромово-медный сплав, состав которого включает в вес.%:

24%≤Ni≤36%

Cr≥0,02%

Cu≥0,1%

Cu+Со≤15%

0,01%≤Mn≤6%

0,02%≤Si≤2%

0≤Al+Ti≤3%

0≤С≤2%

0≤V+W≤6%

0≤Nb+Zr≤0,5%

0≤Мо≤8%

Sn≤1%

0≤В≤0,006%

0≤S+Se+Sb≤0,008%

0≤Ca+Mg≤0,020%

и остальное железо и полученные при плавке примеси, причем процентные содержания никеля, хрома, меди и кобальта таковы, что сплав удовлетворяет также следующим условиям:

Со<Cu

Со<4%, если Cr>7,5%

Ур1>28% при Ур1=Ni+1,2 Cr+(Cu/5)

Cr<7,5%, если Ni>32,5%

а содержание марганца, кроме того, удовлетворяет следующим условиям:

- если Ур3≥205, Mn≤Ni-27,5+Cu-Cr

- если 180,5≤Ур3≤205, Mn≤4%

-если Ур3≤180,5, Mn≤2%

при Ур3=6Ni-2,5Х+4(Cu+Со)и X=Cr+Mo+V+W+Si+Al.

Предложенное решение представляет собой семейство ферромагнитных аустенитных сплавов F-Ni-Cr-Cu, которые пригодны для недорогой промышленной плавки с использованием дуговой печи или индукционной печи, которые содержат недорогие элементы и которые обладают высокими или новыми уровнями характеристик для ряда областей применений, которые будут подробно описаны ниже. До сих пор не известно, чтобы какое-либо семейство сплавов могло обладать такими свойствами. Кроме того, при использовании одного и того же сплава для самых разных применений (например, какого-либо сплава, одновременно удовлетворяющего требованиям низкой расширяемости, стойкости к коррозии, магнетизма и точки Кюри) можно производить его в очень большом масштабе, приобретать больший опыт в промышленном производстве и, следовательно, иметь более надежный сплав с точки зрения воспроизводимости его свойств.

Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили способность кремния, хрома и меди к механическому и химическому усилению слоя окисленного защитного покрытия и к приданию ему высоких адгезионных свойств. Таким образом, окисленный слой становится очень устойчивым во времени в результате термообработки или использования его в какой-либо окислительной окружающей атмосфере, становится очень стойким химически по отношению к внешним химическим веществам и становится очень стойким механически по отношению к ударам и трению между металлическими деталями в промышленном производственном цикле.

Кроме того, этот очень устойчивый оксид имеет, как правило, малую толщину в несколько микрометров, зависящую от используемого цикла термообработки. Такая малая толщина оксида особенно благоприятна в часовом механизме, поскольку она ограничивает и в то же время калибрует зазор между статором и сердечником соленоида, что приводит, соответственно, как к ограничению потребления часами энергии гальванического элемента, так и к уменьшению вариаций двигателей промышленно производимых наручных или настенных часов.

Далее изобретение описывается более детально (но без ограничения его объема) и иллюстрируется примерами.

Сплав согласно изобретению содержит описанные ниже компоненты в весовых процентах.

Содержание никеля ограничивается 36 вес.%, преимущественно 35%, более предпочтительно 34% и даже 29%. Такое ограничение позволяет сильно ограничить себестоимость этого сорта. Оно также позволяет иметь электросопротивление не менее 70 мкОм·см или даже по меньшей мере 80 мкОм·см, если содержание никеля меньше 34%, причем никель является одним из элементов с хорошей характеристикой динамического намагничивания (остальные два элемента дают малую толщину металла и низкое коэрцитивное поле). Для некоторых применений, таких как изготовление биметаллических полос, чтобы обеспечить высокую точку Кюри, предпочтительно иметь содержание никеля равным 30% или более. Минимальное содержание никеля равно 24%, что гарантирует получение аустенитной структуры в пределах всего диапазона композиции согласно изобретению.

Содержание хрома равно или больше 0,02%, так как минимальное содержание хрома необходимо для получения требуемых характеристик стойкости к коррозии. При этом, когда содержание никеля составляет от 32,5 до 36%, то для ограничения стоимости всех элементов, не являющихся железом и кремнием, содержание хрома ограничивают до 7,5%.

Названные отличительные признаки позволяют улучшить стойкость данного сорта к водно-кислотной коррозии и горячей окислительной коррозии, поскольку происходит образование химически очень устойчивой оксидной поверхности, которая, кроме того, обладает высокой адгезией к металлу. При этом наличие этих элементов не ухудшает в существенной степени другие эксплуатационные свойства сплава, такие как точка Кюри или намагничивание насыщения.

Содержание меди равно или больше 0,1% и ограничено содержанием 15%, преимущественно содержанием 10% (чтобы ограничить стоимость всех элементов, не являющихся железом и кремнием) с возможным замещением кобальтом. Кроме своего влияния на стойкость к коррозии данного сорта медь значительно улучшает адгезию окисленного слоя, который образуется на поверхности сплава в горячем состоянии.

Предпочтительно, чтобы данный сорт не содержал кобальт по причине его стоимости и по той же причине, если кобальт присутствует, необходимо, чтобы его содержание было ниже содержания меди. Кроме того, если хром присутствует в количестве более 7,5%, кобальт должен быть ограничен максимумом 4% и предпочтительно до 2%, так как желательно ограничить стоимость всех элементов, не являющихся железом и кремнием.

Добавление по меньшей мере 0,02% кремния значительно повышает стойкость к механическому износу поверхностного оксидного слоя. При этом к сплаву согласно изобретению можно добавлять до 2% кремния, чтобы он участвовал в раскислении сплава в дуговой печи, не ухудшая других свойств сплава.

Далее, авторы настоящего изобретения установили, что содержания никеля, хрома и меди должны удовлетворять следующему соотношению:

Ур1>28% при Ур1=Ni+1,2Cr+(Cu/5)

Причина этого состоит в том, что если состав удовлетворяет этому условию, можно гарантировать аустенитный характер сплава, без чего ни одно из эксплуатационных свойств сплава не будет соответствовать поставленным целям и что будет также препятствовать достижению хорошей формуемости.

Содержание марганца составляет от 0,01 до 6 вес % и предпочтительно от 0,02 до 6 вес.%, что позволяет получать сплав, который благодаря образованию сульфидов претерпевает нормальное высокотемпературное превращение без ухудшения эксплуатационных свойств сплава, таких как точка Кюри и намагничивание насыщения. Для поддержания значений индукции насыщения B_s выше 4000 Гс предпочтительно, чтобы содержание марганца оставалось ниже 5%. Более конкретно, предпочтительно, чтобы содержание марганца составляло от 0,1 до 1 вес.%. Кроме того, в присутствии хрома влияние марганца на индукцию насыщения осложняется, а отсюда возникает необходимость ограничить его следующим образом:

Mn≤Ni-27,5+Cu-Cr,	если Ур3≥205
Mn≤4%,	если 180,5≤Ур3≤205
Mn≤2%,	если Ур3≥180,5
при	Ур3=6Ni-2,5X+4(Cu+Co)
и Х=Cr+Mo+V+W+Si+Al

Сплав может также содержать добавочные элементы, такие как углерод, титан, алюминий, молибден, ванадий, вольфрам, ниобий, цинк, олово, бор, серу, селен, сурьму, кальций и магний.

Углерод можно добавлять к сплаву в количестве 2% и предпочтительно 1%, чтобы упрочнять сплав с помощью деформации карбидов. Однако, если применение сплава требует коэрцитивного поля Н_с менее 125 мЭ, содержание углерода после затвердевания плавки в слиток или сляб следует поддерживать ниже 0,1%, так как его присутствие сильно ухудшает названное свойство. Кроме того, для достижения этого свойства (H_c) и сохранении его во времени тонкий лист в конечном состоянии может быть подвергнут декарбюризационной термообработке с целью значительного снижения содержания углерода: до менее чем 1000 ч/млн и предпочтительно до менее чем 50 ч./млн.

Титан и алюминий могут добавляться к сплаву в суммарном количестве 3% с целью упрочнения данного сорта осаждением соединений Ni₃ (Ti, Al). Добавление алюминия может также улучшать свариваемость сплава со стеклом. Однако при термообработке в восстанавливающем газе желательно использование крекинг-аммиака или предварительной азотно-водородной смеси. В этом случае азот соединяется во время низкотемпературного отжига с образованием соединений типа AlN и TiN и по этой причине необходимо как можно сильнее снижать содержание остатков Al и Ti, чтобы обеспечить совместимость высоких магнитных характеристик с термообработкой в каком-либо азотсодержащем газе. Такая проблема возникает, в частности, для применений, для которых требуются высокие магнитные характеристики и проведение операций отжига в азотсодержащей атмосфере. В этом случае суммарное содержание титана и алюминия ограничивается до 30 ч/млн и предпочтительно до 20 ч./млн.

Молибден можно добавлять в количестве 8%, чтобы улучшить как механическую прочность, так и стойкость сплава к горячему окислению. Предпочтительно ограничение до 4% с целью ограничения стоимости всех элементов, не являющихся железом и кремнием.

Ниобий и цирконий могут добавляться к сплаву в суммарном количестве 0,5% для улучшения его механической прочности.

Олово можно добавлять к сплаву в количестве 1% в качестве частичной замены хрома.

Бор можно добавлять к сплаву согласно изобретению в количествах от 2 до 60 ч/млн, предпочтительно от 5 до 10 ч/млн, с целью улучшения обрабатываемости сплава резкой в результате образования нитридов бора. Ниже названных пределов влияние бора уже не наблюдается, в то время как при превышении 60 ч/млн эффект насыщается.

Сера является примесью, содержащейся в железном ломе, используемом для выплавки сплава, но ее можно также и добавлять в количествах от 5 до 80 ч/млн, предпочтительно, от 10 до 30 ч/млн, также с целью улучшения обрабатываемости сплава резкой и вместе с тем обрабатываемости сплава за счет образования сульфида марганца. Всю или часть серы можно заменять добавками селена и/или сурьмы.

Когда серу и бор добавляют в качестве агентов обрабатываемости сплава резкой, их суммарное содержание составляет от 5 до 60 ч/млн, но предпочтительно объединять эти два элемента с учетом их собственных предпочтительных пределов содержания.

Аналогичным образом, кальций и магний могут добавляться к сплаву согласно изобретению в суммарном количестве от 4 до 200 ч/млн с целью улучшения способности резки в результате образования соединений типа MgO или СаО, в то время как широкий диапазон Ca+Mg создает возможность для компромисса между способностью резки и регулируемыми магнитными характеристиками, так как, в отличие от некоторых сульфидов (MnS и т.д.) и нитридов (AlN и т.д.), высокотемпературный восстанавливающий отжиг не способен растворить эти соединения к концу производства.

Остальную часть композиции составляют железо и неизбежные примеси, образующиеся в результате плавки. Из них можно упомянуть, более конкретно, фосфор, азот и кислород, которые содержатся в количестве до 500 ч./млн. В случае некоторых применений, чтобы поддерживать коэрцитивное поле в желаемых пределах, необходимо ограничивать суммарное содержание кислорода и азота до 100 ч./млн.

Как правило, сплав согласно изобретению можно выплавлять и производить в виде горячекатаной полосы, которую затем подвергают холодной прокатке, отжигают и после этого, необязательно, механически упрочняют. Можно также остановиться и на состоянии горячекатаной полосы.

Сплав согласно изобретению можно также использовать в виде объемных продуктов, которые можно подвергать или не подвергать ковке, или в виде заготовки в форме прутка, получаемой с помощью горячей прокатки с последующей необязательной операцией волочения проволоки.

Полосу сплава или ее часть можно получать любым подходящим способом, осуществление которого известно специалистам в данной области техники.

Сплав согласно изобретению преимущественно выплавляют в вакуумной индукционной печи и разливают в слитки. Слитки могут быть подвергнуты штамповке при температуре от 1100 до 1300°C и затем горячей прокатке до толщины 2,5 мм при температуре от 1000 до 1200°C. Перед холодной прокаткой до заданной толщины горячекатаная полоса может быть подвергнута химическому травлению.

При необходимости создать специальную кристаллографическую структуру типа {100}<001> операцию холодной прокатки проводят с конечной степенью обжатия от 90 до 99% в несколько проходов без промежуточного отжига между проходами.

После холодной прокатки с целью смягчения полосы сплава преимущественно проводят отжиг при температуре от 800 до 1100°C, облегчая тем самым последующую резку или формование полосы. Однако может оказаться еще более выгодным проводить резку (с помощью высокоскоростной штамповки или перфорирования) в механически упрочненном состоянии в конце холодной прокатки, в особенности если металл был оптимизирован в отношении такой обработки указанными выше элементами: В, S, Ca, Mg, Se и т.д.

После резки или формования полученные детали целесообразно отжечь в течение 3 час при 1100°C в очищенном Н₂ (точка росы ниже - 70°C), в частности с целью оптимизации магнитных свойств сплава. Однако этот отжиг может оказаться полностью ненужным, если поставленной целью было, в частности, расширение или точка Кюри, или характеристики стойкости к коррозии.

Как следует из сказанного, сплавы согласно изобретению могут производиться с помощью промышленного отжига в газе любого типа.

Сплавы согласно изобретению находят свое возможное применение во многих областях. Ниже описаны предпочтительные пределы содержания компонентов, объединяющих сплавы, которые могут быть специально предназначенными для того или иного применения.

Электромагнитные устройства с саморегулированием температуры

В первом предпочтительном варианте осуществления процентные содержания никеля, хрома, меди, кобальта, молибдена, марганца, ванадия, вольфрама, кремния и алюминия таковы, что получаемый сплав удовлетворяет следующим условиям:

0,02≤Mn

Ур2≥0,95 при Ур2=(Ni-24)[0,18+0,08(Cu+Co)]

Ур3≥161

Ур4≤10 при Ур4=Cr-1,125(Cu+Co)

Ур5≤13,6 при Ур5=Cr-0,227(Cu+Co)

Ур6≥150 при Ур6=6Ni-2,5Х+1,3(Cu+Co)

Ур7≥150 при Ур7=6Ni-5Cr+4Cu.

Этот состав в особенности приемлем для изготовления электромагнитных устройств с саморегулированием температуры.

Мягкий ферромагнитный материал обладает магнитной проницаемостью µ, которая намного выше магнитной проницаемости вакуума. Когда этот материал подвергают магнитному возбуждению, которое меняется во времени, материал порождает намного большие магнитные потери до того, как он достигнет характеристического значения, называемого точкой Кюри T_c, чем когда он превышает эту температуру, выше которой материал уже не является ферромагнитным. Кроме того, по мере приближения температуры к T_c намагничивание насыщения материала, его магнитные потери и, следовательно, генерирование тепловой энергии постепенно снижаются.

Саморегулирование температуры устанавливают, таким образом, вблизи точки Кюри сплава, если остаточные магнитные потери, специфичные для каждого немагнитного проводника, рассеиваются, или, иными словами, покидающий сплав тепловой поток превышает поток тепла, создаваемый магнитными потерями. Чтобы добиться этого, иногда необходимо поместить рядом со сплавом согласно изобретению материал, который является намного лучшим проводником тепла, например алюминий или медь, и который ответственен за рассеяние парамагнитных потерь и, в частности, обеспечивает саморегулирование температуры в случаях применений, связанных с тепловой обработкой пищи, в которых тепло от котла, который по недосмотру нагревают пустым, может рассеиваться с помощью одной лишь естественной конвекции.

Такой метод был, в частности, описан в патентной заявке ЕР 1455622, в которой саморегулирования температуры добиваются с помощью комбинирования сплавов, имеющих низкие T_c (от 30 до 350°C) и содержащих по меньшей мере 32,5% никеля с алюминиевым теплоотводом, позволяющим рассеивать магнитные потери сплава Fe-Ni-Cr, когда он достигает T_c.

Главным эксплуатационным свойством остается, таким образом, функциональная точка Кюри, требуемое значение которой составляет от 30 до 400°C в случае обработки пищи с помощью индукционного нагрева или промышленного индукционного нагрева, например для инжектора и выполненных из композита сопел для нагрева напитков, пищи, медицинских изделий, крови и ее составляющих, мягких и органических материалов и т.д.

Требуется также минимальная стойкость к коррозии/окислению, поскольку сплавы часто находятся в контакте с различными средами и/или компонентами промышленных атмосфер. В результате этого для сплава необходима хорошая химическая стабильность, проявляющаяся в высокой стойкости к водной коррозии и высокой стойкости к коррозии в солевом тумане, и хорошая механическая устойчивость (адгезия плюс износостойкость) слоя окисленной поверхности в горячих окислительных атмосферах.

Кроме того, предпочтительно также иметь сплавы, имеющие коэффициент расширения в пределах температур от 20 до 100°C выше 4×10^-6/°C или даже выше 7×10^-6/°C. Такая характеристика позволяет, в частности, снижать возможный биметаллический эффект, который может возникать между сплавом и проводящим слоем, тесно соединенным со сплавом с помощью плакирования, стягивания, сварки, плазменного осаждения и т.д.

С другой стороны, какие-либо особые требования к магнитным свойствам отсутствуют и коэрцитивное поле может быть в значительной степени ухудшено. Следовательно, можно добавлять большие количества углерода: до примерно 2% и преимущественно менее 1%. Причиной этого является то, что, как известно, в течение длительного времени углерод в больших количествах создает большое напряжение в кристаллической решетке и, таким образом, повышает обменное взаимодействие между магнитными моментами, что приводит к повышению точки Кюри. Это позволяет еще больше снижать процентное содержание никеля, чтобы поддерживать тот же уровень точки Кюри и, следовательно, ту же саморегулируемую температуру.

Однако применение с саморегулируемой температурой не ограничивается тепловой обработкой жидкой и твердой пищи с помощью индукционного нагрева, но чаще всего связано с какой-либо бытовой или промышленной системой, в которой используется электромагнитный индуктор и по меньшей мере одна термическая активная деталь на переходных элементах, которые должны мгновенно нагреваться без превышения некоторой критической температуры.

Одним из заслуживающих упоминания примеров является ввод относительно вязких жидкостей, имеющих отношение к пище для повышения скорости приготовления порции материала, подогретого с целью дегустации, или же не имеющих отношения к пище в качестве необходимого условия для какой-либо другой последующей промышленной операции, например термосварки или вулканизации пластиков и композитов и т.д.

Может быть также упомянут быстрый саморегулируемый поверхностный нагрев пресс-форм для термореактивных композитов (для которых необходимо регулирование температуры от 200 до 350°C в зависимости от типа композита) или термопластичных композитов (для которых необходимо регулирование температуры от 150 до 250°C в зависимости от типа композита).

Еще одним заслуживающим упоминания примером является саморегулируемый нагрев иглы или вставки из сплава с низкой T_c, обладающими биосовместимостью благодаря покрытию, в центре злокачественной опухоли (клетки которой более чувствительны к теплу по сравнению с нормальными клетками).

Последним заслуживающим упоминания примером является саморегулируемый нагрев экструзионной матрицы, фильеры для формования волокна из расплава и т.д., позволяющий ограничивать тепловой градиент в той части, которая перерабатывается через матрицу или фильеру, ограничивая тем самым внутренние напряжения, поверхностную хрупкость, градиенты свойств, структурные неоднородности и т.д.

Сплавы согласно изобретению, которые указаны выше, позволяют достичь всех необходимых свойств.

В частности, изобретатели установили, что, если удовлетворяются предельные значения в уравнениях 2-7, можно обеспечить не только уровень индукции насыщения при 20°C выше 0 Гс и даже выше 1000 Гс, обеспечивающий тепловыделение в результате магнитных потерь, но также и точку Кюри T_c≥30°С.

В более общем плане и независимо от применения согласно изобретению было установлено, что путем подбора состава сплава можно изменять значения каждого из уравнений 2-7 так, чтобы они удовлетворяли предельным значениям, заданным в том или ином конкретном применении, и, таким образом, регулировали уровень индукции и значение T_c определенного сплава.

Устройства с саморегулированием магнитного потока

В другом предпочтительном варианте осуществления сплав может быть таким, что:

Ni≤29%

Со≤2%

0,02≤Mn≤2%

Ур2≥0,95 при Ур2=(Ni-24)[0,18+0,08(Cu+Co)]

Ур3≥161

Ур4≤10 при Ур4=Cr-1,125(Cu+Со)

Ур5≤13,6 при Ур5=Cr-0,227(Cu+Со)

Ур6≥150 при Ур6=6Ni-2,5Х+1,3(Со+Cu)

Ур7≥160

Этот состав особенно подходит для изготовления устройств с саморегулированием магнитного потока.

Регулирование магнитного потока какого-либо устройства в зависимости от внешней температуры основано на снижении намагничивания насыщения с температурой вблизи точки Кюри по существу постоянной и весьма высокой скорости снижения. Система отклонения потока обеспечивает прецизионную компенсацию снижения намагничивания магнитов с помощью варьирования магнитного потока через участок между магнитом и компенсационным сплавом и, таким образом, постоянно обеспечивает один и тот же магнитный поток в данных пределах температур.

Такое саморегулирование магнитного потока обычно осуществляется в области температуры окружающей среды, в частности от 30 до +100°C. По этой причине существует потребность в разных сплавах, имеющих точку Кюри T_c в указанном температурном диапазоне.

Однако какие-либо специальные требования в отношении магнитных свойств отсутствуют и в этой ситуации коэрцитивное поле может быть сильно понижено по отношению к пределу 10 А/м, соответствующему эксплуатационному потенциалу новых сплавов согласно изобретению. Как и ранее, содержание углерода может быть отрегулировано в пределах до 2% и предпочтительно до 1%.

Устройства с регулируемым расширением

В еще одном предпочтительном варианте осуществления сплав может также быть таким, что:

Ni≤35%

0,02≤Mn

С≤0,5%

Ур2≥1

Ур3≥170

Ур4≤10 при Ур4=Cr-1,125(Cu+Co)

Ур5≤13,6 при Ур5=Cr-0,227(Cu+Со)

Ур6≥159

Ур7≥160 при Ур7=6Ni-5Cr+4Cu.

Более конкретно, этот состав пригоден для изготовления устройств с регулируемым расширением.

Выражение «сплавы с регулируемым расширением» подразумевает сплавы, имеющие коэффициенты расширения более низкие, чем у других металлических сплавов (α_20-100>10×10^-6/°С), т.е., как правило, α_20-100<10×10^-6/°С или α_20-300<13×10^-6/°С.

Такие сплавы используются в случаях применений, требующих, чтобы геометрия и размеры некоторых из этих компонентов строго выдерживались как функция температуры, или же требующих высокого уровня совместимости в отношении термической расширяемости между одним из этих активных материалов и сплавом с регулируемым расширением, обеспечивая тем самым другие функции (например, электропроводность или функцию механической опоры). Общим в названных применениях является то, что компоненты подвержены изменениям температуры в пределах от 20 до 450°C.

В некоторых применениях, таким образом, необходимо, чтобы имела место близкая совместимость в отношении термического расширения с каким-либо другим активным материалом (кремнием, германием, GaAs, SiC, натриевым стеклом, каким-либо другим стеклом, нержавеющей сталью с малым коэффициентом термического расширения, керамикой и т.д.). Такого рода близкая совместимость между каким-либо другим материалом и сплавом позволяет обоим материалам, соединенным между собой с помощью плакирования, сварки, склеивания, спаивания, стягивания и т.д., расширяться совместно, не меняя своей формы, в то время как размеры будут меняться только предсказуемым образом в соответствии с общим законом теплового расширения. Другим преимуществом такой близкой совместимости по расширению является очень низкий уровень индуцируемых теплом внутренних напряжений между двумя материалами. В результате этого тепловая усталость во время работы содержащего два материала устройства незначительна, что существенно продлевает срок его службы.

Одним из таких применений является соединительный участок в интегральной схеме (типа рамки с выводами), где сплав тесно соединен с полупроводником с целью подачи на него электрического тока. Таким образом, чтобы значительно ограничить тепловую усталость и преждевременное повреждение поверхности контакта, необходимо использование сплава с регулируемым расширением.

Другим применением является механическая опора с малым коэффициентом термического расширения, используемая в заданном температурном диапазоне. Например, в видеопроекторах используются множество небольших зеркал, положения которых должны сдвигаться как можно меньше при нагревании аппарата, в результате которого температура опор для зеркал может локально доходить до 400-450°C.

Еще одним применением является изготовление подложек и упаковок для транзисторов, контурных полупроводников в оптоэлектронике (например, выполненных из GaAs), рентгеновских трубок, уплотненных прохождений через стекла и т.д.

Во всех этих применениях обладающий регулируемым расширением сплав плотно соединен с полупроводником или стеклом, или керамикой и требования в отношении коэффициентов расширения могут лежать в пределах от (4-5)×10^-6/°С до 11×10^-6/°С. Одним из заслуживающих упоминания примеров является пример с опорой/сгибанием двух солнечных люков на автомобильной крыше (открывающихся или нет), в которых сплав должен обязательно расширяться вместе с клеем, который приклеивает их так же, как и стеклянную панель. Могут быть также упомянуты малодеформирующиеся опоры для пьезоэлектрической керамики, такой как пьезодатчики, используемые в качестве исполнительных механизмов для впрыскивания топлива.

Возможно также, чтобы сплав, обладающий регулируемым расширением, проявлял при применении только эту единственную функцию, будучи все же при этом пригодным к прецизионному формованию сгибом, протяжкой, штампованием, спинингованием, механической обработкой, химическим измельчением (травлением), сваркой и т.д. В этом случае механическая деталь, имеющая точные размеры, полученные в обладающем регулируемым расширением сплаве, имеет то преимущество, что она характеризуется низким и заранее определенным расширением в широком диапазон температур. Так, детали электронной пушки нагреваются за счет эффекта электронов, предоставляя им для прохождения только определенные отверстия (регулирование размеров электронного пучка), что и является функцией этих деталей. В этом случае, следовательно, существует потребность в сплаве, который бы расширялся как можно меньше во всем рабочем диапазоне температур и обладал хорошей формуемостью.

Наряду с расширяемостью требуемыми свойствами являются высокая стойкость к водно-кислотной коррозии, высокая стойкость к коррозии в солевом тумане и высокая стойкость оксидного слоя к механическому износу. Этих свойств добиваются с помощью недорого промышленного отжига (низкая или пониженная точка росы) или в жестких условиях без необходимости дополнительной защиты.

Таким образом, указанные сплавы представляют собой хорошие заменители традиционных FeNi сплавов, причем содержат меньшее количество никеля.

Датчики тока, преобразователи измерений и магнето-гармонические датчики

В еще одном предпочтительном варианте осуществления сплав может быть также таким, что:

Cu≤10%

0,02≤Mn %

С≤0,1%

Ур2≥1

Ур3≥170

Ур4≤10 при Ур4=Cr-1,125(Cu+Co)

Ур5≤13,6 при Ур5=Cr-0,227(Cu+Со)

Ур6≥159

Ур7≤160 при Ур7=6Ni-5Cr+4Cu

Более конкретно, этот состав пригоден для изготовления датчиков тока и преобразователей измерений.

Поставленной целью преимущественно является возможность получения хороших магнитных характеристик в промышленной неокислительной атмосфере любого типа, такой как инертный газ, Не, Н₂, N₂, NH₃ и т.д., при как можно большем снижении содержания титана, преимущественно <30 ч/млн Ti и предпочтительно <20 ч/млн Ti.

Выражение «датчики тока и преобразователи измерений» подразумевает устройства для детектирования тока или магнитного поля с целью предупреждения о нарушении порога (электронный прерыватель цепи остаточного тока) или с целью измерения тока или поля (преобразователь тока или напряжения, счетчик энергии, датчик прямого тока).

Для этого типа применения чаще всего необходимо низкое коэрцитивное поле, в то время как намагничивание насыщения может быть низким (от 4000 до 8000 Гс при 20°C), как, например, во многих случаях датчиков тока с замкнутой петлей, или же может быть высоким, как в случае датчиков тока с открытой петлей.

Основным параметром применения является точность измерения, которая сильно зависит от коэрцитивного поля используемого сплава и во многих случаях линейности кривой В-Н намагничивания или гистерезисного цикла, причем чем ниже H_c, тем выше точность измерения.

В некоторых применениях, таких как преобразователи/датчики тока с широкой полосой частот, для гарантии высокой точности измерений и умеренных частот требуется очень низкий динамический гистерезис, чего можно достичь с помощью конструкций с замкнутой петлей, работающих при низкой индукции, но при этом с выбором материалов, имеющих низкое H_c и высокое электросопротивление.

Если суммировать сказанное, подходящий для таких применений материал должен иметь следующие характеристики:

- индукция B_s при 20°С от 4000 Гс до более чем 13000 Гс в зависимости от применения;

- H_c<75 мЭ (преимущественно <37 мЭ); и

- электросопротивление ρ_el>60 мкОм·см (преимущественно ρ_el>70 мкОм·см).

В некоторых применениях желательна также линейность кривой В-Н-намагничивания до перелома на кривой намагничивания. Эта линейность характеризуется отношением B_r/B_m, т.е. отношением остаточной индукции к измеряемой индукции в зоне, близкой к насыщению. Если B_r/B_m<0,3, то в этих специфических применениях с магнитными сердечниками без локализованного зазора линейность становится пригодной для использования.

Сплавы согласно изобретению позволяют получать все эти свойства.

Состав, пригодный для названных применений, пригоден также и для изготовления магнито-гармонических датчиков.

В случае этого применения материал, обладающий высокой магнитной проницаемостью и низким коэрцитивным полем, подвергается относительно высокой магнитной поляризации полуостаточно намагниченного материала - состояние намагничивания (намагниченное, размагниченное или частично намагниченное) этого материала соответствует информации или предупреждению, которые передаются на мягкий материал посредством его поляризации. Мягкий материал возбуждается на умеренных частотах внешним магнитным полем, не производя гармоник, производя немного гармоник или производя много гармоник эмитируемой основной частоты в зависимости от того, было ли мягкому материалу придано размагниченное, частично намагниченное или намагниченное полуостаточное состояние соответственно. Таким образом, детектируемая амплитуда гармоники является отражением уровня поляризации полуостаточного состояния.

Например, в какой-либо библиотеке названное устройство заводят в суперобложку каждой хранящейся книги. При выдаче книги на дом ее регистрируют и одновременно размагничивают, чтобы ее можно было беспрепятственно пронести через охраняемый дверной проем (отсу