4J29 سبيكة كوفار

4J29 (المعروفة أيضًا باسم Kovar، UNS K94610/DIN 1.3981) عبارة عن سبيكة حديدية نموذجية معترف بها عالميًا من النيكل والكوبالت وختم الزجاج بالتمدد الثابت. تحتوي هذه السبيكة على معامل تمدد خطي مشابه لمعامل زجاج بورون السيليكون الصلب عند 20-450 درجة، وهي نقطة كوري عالية، ويمكنها تحقيق موثوقية عالية في الغلق المحكم، كما تتمتع باستقرار هيكلي جيد في درجات الحرارة المنخفضة. طبقة الأكسيد الخاصة بالسبيكة كثيفة ويمكن اختراقها جيدًا بواسطة الزجاج. ولا يتفاعل مع الزئبق، ومناسب للاستخدام في الأدوات التي تحتوي على تفريغ الزئبق. يتم اختراق طبقة الأكسيد الكثيفة بسهولة عن طريق الزجاج وهي المادة الهيكلية الرئيسية للختم لأجهزة التفريغ الكهربائية. وهي أيضًا المادة المفضلة لتعبئة المكونات الهيكلية في أشباه الموصلات والفضاء والمجالات الأخرى.

الصين: GB/T 15018-1994 تسمية السبائك الدقيقة - النوع 4J29

الولايات المتحدة: ASTM F15-1998 – UNS K94610

أوروبا: إن 10269-2013 – 1.3981

اليابان: JIS C2520-1999 – سبيكة كوفار

المكونات الرئيسية لسبائك 4J29 هي:

• النيكل (ني): 28.5% – 29.5%
• الكوبالت (الشركة): 16.8% – 17.8%
• الحديد (الحديد): التوازن

عناصر أخرى (الحدود القصوى):

• الكربون (C) أقل من أو يساوي 0.03%
• السيليكون (Si) أقل من أو يساوي 0.30%
• المنغنيز (Mn) أقل من أو يساوي 0.50%
• الفوسفور (P) أقل من أو يساوي 0.020%
• الكبريت (S) أقل من أو يساوي 0.020%

مجموع العناصر مثل الألومنيوم والمغنيسيوم والزركونيوم والتيتانيوم وغيرها أقل من أو يساوي 0.20%

• الكثافة: حوالي 8.2 – 8.3 جم/سم3. تعكس الكثافة العالية نسبيًا التركيبة المميزة والتعبئة الذرية الضيقة للسبائك.
• نقطة الانصهار: حوالي 1420 – 1455 درجة، مما يسمح للسبيكة بالحفاظ على هيكل مستقر حتى في درجات الحرارة المرتفعة.
• معامل التمدد الحراري (CTE): في حدود 20 – 450 درجة، وهو قريب من معامل التمدد الحراري لزجاج البورسليكات الصلب، حوالي 1.1 – 1.5 × 10⁻⁶/ درجة. يعد تطابق CTE مع الزجاج ميزة أساسية لتطبيقات الختم.
• نقطة كوري: مرتفعة نسبيا. على الرغم من عدم توفير قيمة محددة، فإن نقطة كوري العالية تضمن الاستقرار المغناطيسي ضمن نطاق درجة حرارة معين.

تعطي هذه الخصائص الفيزيائية لسبائك 4J29 آفاقًا واسعة للتطبيق في مجالات مثل أجهزة الفراغ الكهربائي والفضاء والأدوات الدقيقة. على سبيل المثال، في أجهزة الفراغ الكهربائي، يضمن CTE المناسب إغلاقًا موثوقًا للزجاج والمعدن، في حين أن نقطة انصهاره العالية تسمح له بتحمل بيئات التشغيل ذات درجة الحرارة العالية. وفي صناعة الطيران، تساهم خصائصه الفيزيائية الممتازة في تحسين موثوقية واستقرار المكونات.

تعرض سبيكة 4J29 مجموعة من الخواص الميكانيكية الممتازة.

• قوة الشد: عادة بين 450 – 600 ميجا باسكال. يشير هذا إلى مقاومة قوية لأحمال الشد وميل منخفض للكسر تحت التوتر.
• قوة الخضوع: حوالي 200 – 300 ميجا باسكال. عندما يصل الضغط المطبق إلى هذا المستوى، تبدأ المادة في الخضوع لتشوه البلاستيك.
• الاستطالة: بشكل عام حوالي 20% – 30%. وهذا يعكس قدرة السبيكة على الخضوع لتشوه البلاستيك أثناء تحميل الشد، مما يجعلها أقل عرضة للكسر الهش.
• الصلابة: حوالي 170 – 220 فولت. توفر السبيكة قوة ضغط جيدة ومقاومة للتآكل.

هذه الخصائص الميكانيكية تمكن سبيكة 4J29 من تلبية متطلبات التطبيقات الصناعية المختلفة. على سبيل المثال، في هياكل الختم لأجهزة الفراغ الكهربائي، تساعد خواصها الميكانيكية الجيدة على ضمان أختام موثوقة ومستقرة. وفي مجال الطيران، يمكنها تحمل البيئات الميكانيكية المعقدة، مما يوفر دعمًا مناسبًا للقوة والمتانة للمكونات. بالإضافة إلى ذلك، في التطبيقات التي تتطلب تصنيعًا دقيقًا ومقاومة التآكل، تلعب الصلابة والاستطالة والخصائص الأخرى لسبائك 4J29 دورًا مهمًا.

• التنقية وتفريغ الغاز قبل الختم (معالجة الهيدروجين الرطب): 950-1050 درجة، عزل لمدة 10-30 دقيقة، تبريد الفرن (إزالة الغاز، مضاد للمسامية)
• التلدين بالهيدروجين الرطب بدرجة حرارة عالية: يُثبت عند 900 درجة ± 20 درجة لمدة ساعة واحدة → يُثبت عند 1100 درجة ± 20 درجة لمدة 15 دقيقة، ويُبرد إلى أقل من 200 درجة عند أقل من أو يساوي 5 درجات / دقيقة (تثبيت الهيكل، وتحسين اتساق التمدد)
• معالجة ما قبل الأكسدة: الأكسدة في الهواء عند حوالي 800 درجة، وزيادة الوزن بمقدار 0.2-0.4 مجم/سم ² (يولد طبقة أكسيد كثيفة، ويعزز تسلل الزجاج وقوة الترابط)
• التلدين لتخفيف الإجهاد: 470-540 درجة، الاحتفاظ لمدة 1-2 ساعة، تبريد الفرن/تبريد الهواء (تخفيف الضغط بعد التشغيل الآلي لمنع التشوه)
• التلدين المتوسط: 750-900 درجة، الاحتفاظ لمدة 15-1 ساعة، تبريد الفرن/تبريد الهواء/تبريد الماء (القضاء على تصلب العمل بعد الدرفلة على البارد/السحب على البارد)

• أداء المعالجة: أداء جيد للمعالجة الباردة/الساخنة، حجم حبيبات الشريط المسحوب العميق أكبر من أو يساوي 7، تباين بلاستيكي منخفض؛ يكون الأداء الشامل مثاليًا عندما يكون معدل الإجهاد البارد 60-65% وحجم الحبوب 7-8.5 مستويات
• Weldability: Suitable for brazing, fusion welding, and resistance welding; Good weldability with metals such as copper, steel, nickel, etc; Argon arc welding requires strict control of zirconium content (>0.06% يمكن أن يسبب تكسير اللحام بسهولة)
• المعالجة السطحية: يمكن أن يتم سفعه بالرمل، أو صقله، أو تخليله؛ بعد الختم، يمكن استخدام 10% حمض الهيدروكلوريك+10% حمض النيتريك (70 درجة، 2-5 دقائق) لإزالة طبقة الأكسيد؛ يمكن طلاءه بالذهب/الفضة/النيكل/الكروم لتعزيز التوصيل ومقاومة التآكل
• الخطر الرئيسي: درجة حرارة منخفضة غاما ← تحول ألفا مارتنست (درجة حرارة التحول<-80 ℃) can cause volume expansion and internal stress cracking in sealing, requiring strict control of composition and heat treatment; Avoid heating in a sulfur-containing atmosphere

• معامل التمدد الحراري المنخفض - يتطابق معامل التمدد الحراري لسبائك 4J29 بشكل وثيق مع معامل التمدد الحراري للزجاج الصلب البورسليكات، مما يسمح له بالحفاظ على الحد الأدنى من التغيرات في الأبعاد تحت تقلبات درجات الحرارة، وبالتالي ضمان استقرار وموثوقية المكونات المختومة.
• قابلية تشغيل جيدة - يمكن معالجة السبيكة بطرق مختلفة مثل التشكيل، والدرفلة، والسحب، مما يسهل التصنيع والتجميع اللاحق.
• خصائص ميكانيكية ممتازة - تتميز سبيكة 4J29 بقوة شد عالية، وقوة إنتاجية، وصلابة، ومؤشرات أداء ميكانيكية أخرى، مما يمكنها من تلبية متطلبات مختلف ظروف التشغيل المعقدة.
• ثبات حراري جيد - تحافظ السبيكة على أداء مستقر على نطاق واسع من درجات الحرارة، مما يجعلها مناسبة لكل من البيئات ذات درجات الحرارة العالية والمنخفضة.

• تغليف أشباه الموصلات/الدوائر المتكاملة: الغلاف، إطار الرصاص، حامل الرقاقة، قابس محكم الغلق (ختم عالي الموثوقية)
• أجهزة التفريغ الكهربائية: أنبوب الانبعاث، أنبوب التذبذب، أنبوب الإشعال، المغنطرون، مبيت الترانزستور، الدعامة (مادة أساسية زجاجية محكمة الغلق)
• الفضاء الجوي: مثبتات درجة الحرارة العالية، مكونات الأجهزة، أغلفة أجهزة الاستشعار (ثبات الأبعاد لدرجات الحرارة العالية والمنخفضة)
• الأدوات الدقيقة: المرحلات، والمفاتيح، وأدوات التفريغ، وأدوات تفريغ الزئبق (غير الملامسة للزئبق)
• الآلات الدقيقة: أجزاء ذات حجم عالي الثبات، وأكمام العمود، ومكونات التوجيه (منخفضة التمدد، -مقاومة للتآكل)

Q1: ما هي سبائك كوفار 4J29؟
ج: 4J29 (المعروف أيضًا باسم Kovar أو UNS K94610 أو DIN 1.3981) عبارة عن سبيكة من الحديد والنيكل والكوبالت مصممة لإغلاق الزجاج بالمعادن. يتطابق تمدده الحراري بشكل وثيق مع تمدد زجاج البورسليكات الصلب (على سبيل المثال، بيركس)، مما يجعله مثاليًا للأختام المحكمية.

س2: ما أهمية مباراة التوسعة؟
ج: إذا تمدد المعدن بشكل مختلف عن الزجاج، فسوف يتشقق الزجاج أثناء التبريد. يؤدي التوسيع المطابق لـ Kovar إلى إنشاء ختم ضغط ضاغط قوي ومحكم ومستقر حرارياً.

س3: هل يمكن تشكيله ولحامه؟
ج: نعم. لديها قابلية تشغيل جيدة على البارد/الساخن. يمكن أن تكون ملحومة أو ملحومة بالانصهار أو ملحومة بالمقاومة. بالنسبة للحام TIG، احتفظ بالزركونيوم<0.06% to avoid cracks.

س 4: ما هي المعالجات السطحية الممكنة؟
ج: السفع الرملي، التلميع، التخليل. بعد الختم، يمكن إزالة الأكسيد في 10% حمض الهيدروكلوريك + 10% HNO₃ (70 درجة، 2-5 دقائق). يعمل الطلاء باستخدام Au أو Ag أو Ni أو Cr على تحسين الموصلية ومقاومة التآكل.

س 5: هل 4J29 مغناطيسي؟
ج: نعم، إنها مغناطيسية حديدية حتى نقطة كوري (~430 درجة). قد يكون هذا مفيدًا ولكنه يحتاج أيضًا إلى الاعتبار في التطبيقات الإلكترونية الحساسة.

س6: لماذا يضاف الكوبالت؟
ج: يخفض الكوبالت معامل التمدد الحراري ويرفع نقطة كوري، مما يضمن احتفاظ السبيكة بتمدد مطابق حتى درجات حرارة أعلى.

س7: لماذا يُفضل استخدام الأختام الزجاجية بدلاً من المعدنية؟
ج: إن التمدد الحراري المتطابق تقريبًا لزجاج البورسليكات يمنع التشقق أثناء التبريد. يشكل السطح المؤكسد مسبقًا رابطة كيميائية مع الزجاج المنصهر، مما يخلق ختمًا محكمًا ومقاومًا للضغط.

س8: هل 4J29 هو نفس كوفار؟
ج: نعم. "Kovar" هي علامة تجارية (في الأصل من Westinghouse) والتي أصبحت الاسم العام لسبائك Fe‑Ni‑Co مع خاصية التمدد المحددة هذه. 4J29 هي التسمية الصينية، وUNS K94610 هي التسمية الأمريكية، و1.3981 هي التسمية الأوروبية.

الوسم : 4j29 سبائك كوفار، الشركات المصنعة لسبائك كوفار 4j29 في الصين