Invar-bearbetningstjänster

Invar är ett specialstål som innehåller cirka 36 % nickel. Det är en legering med låg värmeutvidgningskoefficient, vilket gör den nästan opåverkad av temperaturförändringar.

Vad är Invar?

Invar är ett specialstål som innehåller cirka 36 % nickel, varav Invar 36 är en vanlig sort. Resten är främst järn, som innehåller spårmängder av andra element. På grund av dess extremt låga värmeutvidgningskoefficient används det ofta inom viktiga områden som tillverkning av mätkomponenter. Kärnegenskapen hos Invar är dess extremt låga värmeutvidgningskoefficient; inom ett temperaturområde på -60 °C till +80 °C är dess koefficient vanligtvis runt 1.5 × 10⁻⁶/°C, vilket är mycket lägre än 11–13 × 10⁻⁶/°C för vanligt stål. När temperaturen överstiger Curiepunkten (cirka 230 °C) försvinner magnetismen, den magnetostriktiva effekten upphör och legeringen börjar expandera normalt som vanliga metaller.

Invar har en viss styrka, hårdhet och god plasticitet, vilket möjliggör både kall- och varmbearbetning. Det formas lätt till olika former såsom trådar, remsor, stänger och rör. Det har dock en stark tendens till deformationshärdning, och värmebehandling kan vara nödvändig för att återställa dess plasticitet efter kallbearbetning.

Egenskaper för invarlegering

Invarlegering Fysiska egenskaper

Invarlegeringsdensitet: 8.0–8.3 g/cm³
Invarlegeringens termiska expansionsegenskaper: 1.5 × 10⁻⁶/℃ (-60 ℃ ~ + 80 ℃)
Invarlegering Draghållfasthet: 400 MPa-700 MPa
Invarlegering Sträckgräns: 250 MPa-500 MPa
Invarlegeringshårdhet: 150HB-250HB
Invarlegering Smältpunkt: 1427 ℃
Invar är ett starkt ferromagnetiskt material mellan -60℃ och +80℃, men dess magnetism försvinner helt över 230℃.

Invarlegering Kemisk sammansättning

kemisk sammansättning	procentsats(%)	De kemiska komponenternas roll
Fe	63 ~ 65	Matriselement säkerställer legeringens grundläggande mekaniska egenskaper.
Ni	35 ~ 37	Att sänka legeringens värmeutvidgningskoefficient förbättrar dess kompatibilitet med glas.
Mn	≤ 0.5	Desoxidation och avsvavling optimerar legeringens gjut- och valsningsegenskaper.
Si	≤ 0.3	Deoxideringsmedel förbättrar legeringars oxidationsbeständighet.
C	≤ 0.05	Att kontrollera legeringens hårdhet och seghet är avgörande; för stora mängder kan minska tätningens tillförlitlighet.
P	≤ 0.02	Skadliga föroreningar måste kontrolleras strikt för att undvika bildandet av spröda faser.

Tillämpningsindustrier av Invar-legering

Halvledarförpackning

Kärnkomponenter för tillverkning/förpackning av wafers: Precisionssteg, bärare och styrskenor för litografimaskiner för halvledarteknik (litografimaskiner kräver dimensionell noggrannhet på nm-nivå, och temperaturdeformation är en central felkälla); fixturer och baser för utrustning för skivbearbetning och bindning; lead frames (Invar42) och förpackningsbaser, som matchar expansionsegenskaperna hos kiselskivor (Si-termisk expansionskoefficient ≈ 2.6 × 10⁻⁶/℃) för att förhindra termisk spänningssprickbildning under förpackning.
Komponenter för vakuumutrustning: Kavitetsstöd och flänsar för vakuumbeläggnings- och etsningsmaskiner för halvledare; temperaturfluktuationer i vakuummiljö orsakar inte tätningsfel eller kavitetsdeformation.

Optik- och optoelektronikindustrin

Optiska komponenter kräver extremt hög stabilitet vad gäller geometri, koaxialitet och parallellitet. Temperaturdeformation leder direkt till bild-/överföringsfel. Invar är ett kärnsubstratmaterial för:

Optiska linser/linsaggregat: Linsrör och linsfästen i avancerade kameror, mikroskop och medicinska endoskop; optiska stöd i infraröda värmekameror, vilket säkerställer att linsens optiska system inte förskjuts på grund av temperatur.

Optoelektroniska displaykomponenter: Precisionsfixturer och substratstöd vid tillverkning av OLED/Mini LED-paneler, vilket bibehåller panelens planhet under tillverkningsprocessen och förbättrar displayutbytet.

Aerospace

Komponenter för satellit-/rymdstation: Satellitantennram, radiofrekvensresonanskavitet och inbyggd optisk utrustningsbas, vilket säkerställer korrekt antenninriktning och optisk vägöverföring även under drastiska temperaturförändringar i omloppsbana; positioneringsleder och referensaxlar för rymdstationens precisionsrobotarm.

Precisionskomponenter för flyg- och rymdteknik: Bas för tröghetsnavigeringssystem (INS) för civila/militära flygplan och kärnstödstruktur för flyginstrument, vilket minskar mätfel orsakade av förändringar i miljötemperaturen under flygning.

Flytande naturgas (LNG) / Kryogen energilagring och transport

Kärnkomponenter för LNG-behållare/lagringstankar: Det inre membranet (0.7~1.2 mm tjockt) i LNG-membrantankar är i direkt kontakt med flytande naturgas vid -163 ℃, vilket löser problemen med kryogen krympning, sprickbildning och deformation av vanligt stål; det används också för tätningar och flänsar i LNG-rörledningar och ventiler.

Kryogenutrustning för flytande väte/flytande syre: Foder och rörledningsanslutningar för lagringstankar för flytande väte (-253 ℃) och flytande syre (-183 ℃) i rymdraketer; Super Invar 4J32 är det föredragna valet på grund av dess lägre värmeutvidgningskoefficient.

Optoelektronik och optisk kommunikation

RF/mikrovågsenheter: RF-kaviteter och filterramar för 5G-basstationer och fasstyrda radarer. Invars låga expansion säkerställer att RF-signalens resonansfrekvens inte avviker med omgivningstemperaturen, vilket förbättrar kommunikationsstabiliteten.

Fiberoptiska kommunikationskomponenter: Förpackningssubstrat för Fiber Bragg-gitter säkerställer att gittervåglängden inte påverkas av temperaturen, vilket bibehåller noggrannheten i fiberoptisk avkänning/kommunikation.

De viktigaste tillämpningarna för Invar-legeringar är: tillverkning av precisionsmätare, passbitar, standardlinjaler, gitterlinjaler och referensstavar för längdmätningsinstrument;

Kärnkomponenter i astronomisk/optisk precisionsutrustning: teleskoprörsstöd, optiska plattformsbaser och laserinterferometerhöljen;

högprecisionsstyrskenor och positioneringsfixturer för litografimaskiner och halvledartestutrustning.

Vanliga frågor om Kovar-bearbetning

Vad är en Invar-legering?

Invarlegeringar är järnbaserade legeringar som består av järn (Fe) och en betydande mängd nickel (Ni), och uppvisar en mycket låg värmeutvidgningskoefficient. Den typiska nickelhalten i dessa legeringar är cirka 36 %, och deras viktigaste egenskap är deras förmåga att bibehålla anmärkningsvärt stabila dimensionsförändringar över ett brett temperaturområde, praktiskt taget opåverkade av temperaturvariationer. Denna egenskap gör Invar-legeringar mycket värdefulla i många precisionstillämpningar där temperaturförändringar är extremt kritiska.

Vilka är de viktigaste användningsområdena för Invar-legeringar?

Invarlegeringar används huvudsakligen inom precisionsinstrument- och testindustrin, flyg- och militärindustrin, elektronik-, kommunikations- och halvledarindustrin samt optik- och optoelektronikindustrin.

Hur eliminerar man spänningar som genereras vid bearbetning av Invar-legeringar?

Före bearbetning genomgår Invar-legeringsämnet en spänningsglödgning, upphettas till 600-650 ℃ och hålls i 2-4 timmar, kyls sedan långsamt i ugnen till under 150 ℃, med en kylningshastighet ≤50 ℃/h. Deformation under bearbetning härrör huvudsakligen från termisk stress orsakad av skärvärme, elastisk deformation på grund av för hög klämkraft och plastisk deformation på grund av ojämn skärkraft från verktyget. Kärnan i detta steg är **"låg temperatur, lätt kraft och jämn skärning"**, med exakta processplaner för varje steg. Efter bearbetning avlastas spänningen vid låg temperatur, upphettas till 300-350 ℃ och hålls i 1-2 timmar, kyls sedan i ugnen till rumstemperatur, med en kylningshastighet ≤40 ℃/h.

Har Invar-legering magnetism?

Invarlegeringar är ferromagnetiska vid rumstemperatur, men deras magnetism försvagas med ökande temperatur. I synnerhet kan magnetismen hos Invar-legeringar minska avsevärt eller försvinna vid en viss kritisk punkt. Detta fenomen liknar förlusten av magnetism i många ferromagnetiska material över deras kritiska temperatur (kallad Curie-temperatur). För Invar-legeringar är Curie-temperaturen vanligtvis låg, vanligtvis runt 230 °C, vilket innebär att dess magnetism börjar försvagas nära denna temperatur.

Kan Invar-legering svetsas?

Invarlegeringar kan svetsas, men de klassificeras som svårsvetsade speciallegeringar. De viktigaste utmaningarna vid svetsning är den höga tendensen till varmsprickbildning, den lätta genereringen av kvarvarande spänning och termisk deformation efter svetsning, och det lätta brottet på grund av svetszonens låga expansionsegenskaper. Alla svetsmetoder är inte lämpliga. Svetsprocesser måste väljas specifikt och svetsparametrar måste kontrolleras noggrant för att säkerställa att svetskvaliteten matchar basmaterialets låga expansionsegenskaper.