精细金属掩模板用近零夹杂Invar合金制备技术

Invar合金是制备精细金属掩模板(Fine Metal Mask,简称FMM)的重要基材,其纯净度直接影响FMM的质量以及有机发光二极管(Organic Light EmittingDiode,简称OLED)技术的发展水平。首先概述了FMM的主要制备技术,介绍了对FMM基材Invar合金的质量要求,并对国产Invar合金箔和国外进口Invar合金箔内的夹杂物进行了表征分析。结果表明,国产Invar合金箔的纯净度与进口Invar合金箔相比,仍存在很大的差距,主要体现在夹杂物的尺寸和数量等方面。为实现OLED配套产业全国产化,攻克Invar合金的近零夹杂难题,开发新型制备技术是关键突破点。最后详细论述了超重力技术在Invar合金除杂方面的研究成果和电铸Invar合金箔应用的可行性,并指出超重力技术和电铸技术有望解决近零夹杂金属材料的制备难题。

激光加工工艺参数对Invar 36合金表面微织构质量的影响

目的提高微织构的加工效率和加工质量,为改善Invar 36合金的表面性能及微织构加工工艺参数提供理论依据。方法为了保证该研究的合理性和可行性,采用光纤激光加工技术并结合正交试验法研究了激光功率,激光频率,激光扫描速度和扫描次数4种不同加工参数对微织构凹槽表面形貌结构尺寸及加工质量的影响,并通过摩擦学试验方法测试了其对应的摩擦学性能。最后,通过三维形貌测试仪和扫描电子显微镜对微织构加工结果进行测量表征。结果微织构凹槽的加工质量与激光扫描次数和扫描速度的关系更大,随着激光扫描次数的增加,微织构的深度明显增加,但是其宽度逐渐减少。当扫描次数在5~15次时,随着扫描次数的增加,微织构表面及边缘熔融物不规则凸起逐渐平整。激光扫描速度与微织构凹槽的宽度成正比,但是与微织构凹槽的深度及边缘不规则凸起的高度成反比关系。此外,当激光扫描次数为15次,激光扫描速率为400~500μm/s时,加工的微织构表面粗糙度更低,且根据摩擦试验结果,发现该条件下加工的微织构摩擦副的减摩耐磨效果更佳。结论激光扫描次数和激光扫描速度是影响凹槽型微织构加工质量和表面性能的关键因素,试验结果表明在适当的激光加工工艺参数下(P=0.04 W,f=20 kHz,v=500μm/s,n=15)微织构凹槽具有较高的加工质量,从而有效改善Invar 36合金的摩擦学性能,对未来进一步提高Invar 36合金的表面性能及加工质量具有一定的指导意义。

Invar36合金中厚板K-TIG焊接头组织及性能分析

Invar36合金具有与航空复合材料相近的低膨胀系数,是制备航空复合材料模具的首选材料,涉及材料厚度多介于10~20mm,采用传统MIG多层多道焊工艺存在焊接效率低、使用成本高及成品率低等问题。鉴于此,选用厚度为10mm和19mm厚Invar36合金,采用K-TIG焊和摆动MIG焊工艺进行了试验研究。焊缝组织及接头性能分析表明,10mm和19mm厚Invar36合金焊缝各区域均未发生相变,热影响区为粗大的奥氏体等轴晶,焊缝为奥氏体柱状晶。10mm厚Invar36合金K-TIG接头热影响区晶粒尺寸为178μm;19mm厚Invar36合金K-TIG侧和摆动MIG侧的热影响区晶粒尺寸分别为150,131μm。10mm和19mm厚Invar36合金接头抗拉强度分别为427,452MPa,延伸率分别为31%和36%。

蓝宝石与Invar合金超快激光选区微焊接接头组织和性能

采用飞秒激光选区微焊接技术制备了蓝宝石/Invar合金异质材料接头,研究了激光功率对接头密封性、宏微观形貌和剪切性能的影响.采用扫描电子显微镜、能谱分析仪和激光共聚焦显微镜等表征了接头界面焊接缺陷与元素分布的规律以及接头断裂行为.结果表明,蓝宝石和Invar合金分别经过非线性吸收和线性吸收作用,材料发生了熔化、混合和扩散,形成了犬牙交错的连接界面,说明界面存在着冶金结合和机械咬合双重作用.接头抗剪强度随激光功率单调增加,当激光功率为10.19 W时,最大抗剪强度为145.3 MPa.蓝宝石/Invar合金接头的断裂形式主要为解理性断裂,两侧断口均有Fe,Ni,Al和O元素,进一步说明了超快激光促进了两种材料在界面的冶金反应.

变形与热处理对Invar合金组织及性能的影响

针对实际生产中Invar合金抗跌落性能差的问题 ,对Invar合金试样进行了不同温度 (80 0℃、90 0℃、10 0 0℃ )的退火、不同变形量的冷变形及不同温度 (5 0 0℃、6 0 0℃ )的二次退火试验 ,并进行了显微组织观察和力学性能试验 ,分析各种工艺参数对Invar合金的组织和性能的影响。结果表明 ,经 80 0℃退火 + 2 3%变形 + 5 0 0℃二次退火处理的Invar合金具有最佳综合性能。

焊接残余应力对Invar钢疲劳寿命影响分析

利用有限元软件MSC.Marc计算了液化石油天然气船液舱Invar钢薄膜的焊接温度场和残余应力场,并计算了焊接残余应力与液体晃荡压力耦合条件下焊缝处的疲劳寿命.结果表明,焊缝表面中心线上的节点的纵向残余应力可达298.1 MPa左右,焊缝纵向残余应力的峰值可达328.3 MPa左右,高于Invar钢的室温屈服强度280.1 MPa.由于焊接残余应力的存在,Invar钢薄膜焊缝的疲劳寿命约由2.1×106降低到1.7×105.

4J42 Invar合金粉末注射成形工艺研究

以羰基Fe，Ni粉为原料，蜡基聚合物为粘结剂，采用粉末注射成形技术制备了4J42 Invar合金零件。研究了粉末注射成形Invar合金的脱脂及烧结工艺。结果显示：“溶剂脱脂＋热脱脂”工艺能有效快速地实现粘结剂的完全脱除；经1350℃氢气烧结，可以获得致密度98．5％，30-300℃内平均热膨胀系数为4．5×10^-6 K^-1、漏气率〈1．4×10^-9 Pa·m^3·s^-1的PIM 4J42 Invar合金。金相显微组织及XRD分析表明合金为单一稳定的奥氏体（γ相）组织。

Invar合金电子封装零件的制备及性能

研究了粉末注射成型技术生产Invar合金电子封装零件的工艺.设计一种新型蜡基多聚合物组元粘结剂,其组成：PW,PEG,LDPE,PP,SA的质量分数分别为50 %,20 %,15 %,10 %,5 %.并依其差热分析结果制定了合理的脱脂工艺.在1 350 ℃氢气烧结时,可制备出性能优良的PIM Invar合金电子封装零件,其致密度、抗拉强度、30～300 ℃温度内的平均热膨胀系数α30～300 ℃分别为98.5 %、420 Mpa、4.5×10-6℃-1,其漏气率小于1.4×10-9 Pa·m3·s-1.

Invar 36合金搅拌摩擦焊焊缝的低温韧性

为了研究Invar36合金搅拌摩擦焊焊缝的低温韧性,采用小冲杆试验方法(small punch test)对焊接速度2 mm/s,搅拌头旋转频率200～1 000 r/min的Invar36合金焊缝进行低温(77 K)和室温(298 K)韧性测试.298 K下,所有焊接工艺的焊缝小冲杆试验能均高于母材,焊缝韧性随搅拌头旋转频率的提高而降低.77 K下,搅拌头旋转频率小于等于400 r/min的焊缝的低温韧性明显优于母材.所有焊缝在77 K下的小冲杆试验能均高于298 K下的结果,未发生脆性转变.结果表明,Invar合金搅拌摩擦焊焊缝具有优异的低温韧性,但随着搅拌头旋转频率的提高,焊接热输入增加使焊缝组织粗化,从而导致焊缝韧性降低.

非晶态Fe_（90－x）Co_xZr_（10）合金的Invar效应研究

研究了作晶态Ｆｅ_（９０－ｘ）Ｃｏ_ｘＺｒ_（１０）合金的磁体积效应和广义声子谱．通过热膨胀测量和磁测量给出了自发体积磁致伸缩ωｓ和平均磁矩μ_（ＦｅＣｏ）与平均价电子数Ｎ_（ｅｆｆ）的关系，发现ωｓ的峰值位置与μ_（ＦｅＣｏ）开始急剧下降的位置（Ｎ_（ｅｆｆ）＝８．１－８．２）相对应，从而证实了金属－金属型非晶态因瓦合金中的Ｉｎｖａｒ效应与铁磁态的不稳性有关．用非弹性中子散射方法测量了广义声子谱，从中观察到了与Ｉｎｖａｒ效应相关的声子谱软化现象．

4J32 Invar合金的注射成形

以铁粉、镍粉和钴粉为原料，研究了4J32 Invar合金的注射成彤工艺。选择了一种适合4J32 Invar合金注射成形的粘结剂体系。在烧结温度为1350℃，烧结时间为120min，烧结气氛为H2时，烧结样品的致密度达到97．1％。在低于100℃的范围内，烧结样品的膨胀系数小于0．64×10^-6／K，完全符合低膨胀系数的合金的要求：在20～100℃范围内，其热膨胀系数α≤1.8 ×10^- 6/℃.

LNG船的Invar钢焊接参数的选择与数值模拟

本文首先介绍了LNG船液舱围护系统中Invar钢的化学成分和机械性能，然后在不同焊接参数下对1．5／0．7mm的搭接进行试验，通过对焊缝的检测得到较合理的焊接参数，最后在此参数下对焊接进行数值模拟，得到焊接的温度场，验证在此参数下不会造成Invar钢材的焊穿。

4J36 Invar合金注射成形研究

以羰基铁粉及镍粉为原料,多组元蜡基聚合物为粘结剂,对4J36 Invar合金的粉末注射成形工艺及其性能进行了深入研究。结果表明,提高烧结温度或采用合适的烧结气氛都有助于获得高性能的PIM 4J36 Invar合金;在优化烧结工艺条件下,即烧结温度1350℃、烧结时间120min、氢气气氛,合金的致密度达到98.1%,其热膨胀性能低于传统工艺制备的4J36 Invar合金,其室温～100℃温度范围内平均热膨胀系数仅为0.97×10-6℃-1,适应于精密零器件的制备。金相显微组织及XRD分析表明合金为单一稳定的奥氏体(γ相)组织。

基于正交试验的Invar36合金铣削切削参数优化

为了研究采用硬质合金刀具加工Invar36合金时切削参数对零件加工表面质量的影响,本文采用正交试验法,设计了以径向切深、主轴转速、每齿进给速度作为主要因素的3因素3水平正交试验表,并通过极差分析法得到影响表面质量的切削参数最优组合和本试验方案的最优水平,最后采用了方差分析法和F-检验分析切削参数影响表面粗糙度的显著关系,并验证了进给速度的变化对零件的表面粗糙度有显著影响。

轧制与退火处理对粉末冶金Cu/Invar电子封装复合材料结构和性能的影响（英文）

对粉末冶金制备的Cu/Invar复合材料,进行变形量至70%的轧制及750°C退火处理,研究在此工艺过程中复合材料物相、组织结构及性能的变化。研究结果表明,轧制和退火处理后的Cu/Invar复合材料中体心立方（BCC）α-Fe（Ni,Co）相明显减少,部分Ni原子从Cu中脱溶,并溶入α-Fe（Ni,Co）中,促使其向面心立方（FCC）的Invar合金转变。Cu/Invar复合材料的轧制变形过程分为3个阶段：当变形量小于40%时,Cu发生塑性变形,Invar颗粒随之发生位移,且颗粒间的气孔逐渐被压合;当变形量为40%~60%时,Invar合金和Cu发生协调变形,形成流线形结构;当变形量大于60%时,以Invar的变形为主,形成双连续网络状结构。经过变形量为70%的轧制及随后退火处理的Cu/Invar复合材料相对密度为98.6%,抗拉强度为360 MPa,伸长率为50%,热导率为25.42W/（m·K）,热膨胀系数为10.79×10-6 K-1。

Invar 36合金厚板三点弯曲回弹规律研究

采用Ls-Dyna软件,利用Swift硬化模型、Mises屈服准则,建立三点弯曲有限元模型,模拟研究了不同厚度、不同温度下Invar 36合金厚板的回弹规律。依据模拟结果,设计制作三点弯曲模具,在万能液压机上进行三点弯曲回弹试验。结果表明,板料厚度越大,成形温度越高,回弹程度越小。室温下材料厚度从12.7增加至19.05 mm时,回弹量由19.73%降至10.76%,减小了45.5%;19.05 mm厚度的板料成形温度为室温时回弹量为10.76%,而当成形温度升高至800℃时回弹量则降至1.4%,减小了87.0%。有限元模拟结果和试验结果吻合度高,表明该有限元模型、材料模型可有效预测Invar 36合金不同厚度、不同温度下的回弹情况。

Invar合金激光-MIG复合多层焊接焊缝形貌及显微组织

借助激光-MIG复合焊技术,采用Invar M93焊丝对厚度为19.05 mm的Invar合金板材进行多层对接焊实验。分析了工艺参数对焊缝熔深、熔宽及深宽比等宏观形貌参数的影响,并研究Invar合金复合焊接头不同区域的显微组织特点及形成原因。结果表明:从打底层到盖面层焊缝的平均深宽比由2.6减小到0.86,热影响区宽度明显增加,焊缝形貌由钉头状转变为高脚杯状。焊缝中心区域形成纵向分布的狭长奥氏体柱状树枝晶,两侧为斜向生长的奥氏体胞状树枝晶。从打底层到盖面层,焊缝中不同区域的晶粒度均逐渐增大。另外,相邻焊缝边界亦存在热影响区,出现联生结晶现象。

Cu-25Sn-10Ti活性钎焊SiO_(2f)/SiO_2复合材料与Invar合金

采用Cu-25Sn-10Ti钎料钎焊SiO2f/SiO2复合材料与Invar合金,研究了界面组织结构及其形成机理,分析了不同钎焊保温时间下界面组织对接头性能的影响.结果表明,在钎焊温度880℃,保温时间15 min的工艺参数下,接头在SiO2f/SiO2复合材料侧与Invar合金侧均形成了连续的界面反应层,界面整体结构为Invar合金/Fe2Ti+Cu(s,s)+(Ni,Fe,Cu)2TiSn/Cu(s,s)+Cu41Sn11+CuTi/TiSi+Ti2O3/SiO2f/SiO2复合材料.在钎焊温度一定时,随着保温时间的延长,复合材料侧TiSi+Ti2O3反应层厚度逐步增加,Fe2Ti颗粒逐步呈大块状连续依附其上,接头强度先增大后减小.当钎焊温度880℃,保温时间15 min时,接头室温抗剪强度达到11.86 MPa.

精密磨削Invar 36合金时的磨料选择

本文对白刚玉、铬刚玉和绿色碳化硅三种磨料砂轮磨削Invar36合金时的磨削力、磨削温度、表面粗糙度和磨削比进行了对比分析。结果表明:白刚玉砂轮对Invar36合金的磨削比最高,磨削表面粗糙度较好,但是磨削温度和磨削力也比较高,适用于Invar36合金的粗磨;铬刚玉砂轮磨削时的磨削力最小,磨削温度最低,但是磨削比也比较低,因此适用于易变形零件的精密磨削。

放电等离子体烧结Cu/Invar双金属基复合材料的工艺优化、显微结构与力学/热性能

采用放电等离子体烧结(SPS)工艺制备(30~50)%Cu/Invar(质量分数)双金属基复合材料。通过设计正交实验方案,系统研究Cu含量、压制压力及烧结温度对复合材料显微结构、力学性能和热性能的影响。结果表明,随着Cu含量由30%增加至50%(质量分数),Cu基体逐渐转变为连续网络分布,复合材料致密度、热导率及热膨胀系数增大,但抗拉强度降低。提高烧结温度,Cu/Invar界面扩散加剧,导致复合材料的热导率降低,抗拉强度增大。压力对复合材料热性能的影响较为复杂。在700℃,60 MPa下制备的50%Cu/Invar(质量分数)复合材料具有最高的热导率,为90.7 W/(m·K),优于以往报道的大多数Cu/Invar复合材料。