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什么是4J50铁镍合金
广东旺特实业有限公司2024-03-22 11:01广东
4J50 铁镍合金(Fe-50Ni)热膨胀系数接近浮法玻 璃，屈服点低，并且具有优异的加工和焊接性能，价 格低廉，因而将 4J50 铁镍合金用于浮法玻璃金属封 接，具有工程应用价值。由于纯金属表面与玻璃不 润湿，所以金属与玻璃的封接前通常要先将金属表面 氧化，形成一层与金属基体连接强度高并与封接玻璃润湿性良好的致密氧化层，然后通过金属表面的氧化 物与玻璃互溶而结合在一起，实现封接。
4J50 合金的 预氧化与氧化膜层的组织结构、致密度直接影响封接 强度和气密性，因此，4J50 合金的预氧化对于高质量 的浮法玻璃-金属封接是至关重要的。
国内外对作为封接金属的铁镍合金预氧化的研究 报道很少，作为惰性金属阳极材料则以 800~1 200 ℃ 长时间氧化为主。CHAPMAN[2]将 Fe50-Ni50 合金在 800 ℃空气中氧化 1 h 以上，其氧化膜成分为 Fe2O3 和 NiXFe2XO2。
4J50实验
实验材料选用淞钢合金厂生产的 4J50带材，厚度为 0.5 mm，其主要化学成分如表 1 所列。剪成 18 mm× 18 mm 的方形试样，热碱去油，经 600#的 SiC 砂纸打 磨、超声清洗后，烘干备用。
在3种加热温度(500，510，520 ℃)、
4种保温时间(5，10，15，20 min)
3 种相对湿度(22%，40%，60%)的实验条件下进行氧化 实验。
通过室内恒温恒湿机调节相对湿度，实验环境 温度为 15 ℃，不同相对湿度对应的水蒸气分压如表 2 所列。实验完毕后，空冷至室温，用 AUY220 电子 天平(精度 0.1 mg)称量试验质量，计算试验单位面积 的质量增量，测试结果取 3 个试样的平均值。用扫描 电子显微镜(SEM)观察氧化膜表面和截面形貌，同时 辅以 X 射线衍射(XRD)和能谱分析(EDS)，以获得表 面氧化膜的成分组成。
结果与讨论
图1 所示为 4J50 合金在不同相对湿度和温度条件 下的氧化质量增加曲线。由图可知，在湿度 22%条件 下，随氧化温度升高和氧化时间延长，合金质量增加。 其中，氧化 20 min 时，氧化温度由 500 ℃升高至 510 ℃ 和 520 ℃，氧化由 0.165 mg/cm2提高到 0.182 mg/cm2 和 0.227 mg/cm2 。
在 510 ℃时，相对湿度由 22%提高 到 40%和 60%，不同氧化时间氧化质量增加皆随湿度 的增大而增加，其中氧化 20 min 时，氧化质量增加由 0.182 mg/cm2 提高到 0.212 mg/cm2和 0.222 mg/cm2。 由此可知，增加相对湿度和升高氧化温度一样，可提 高 4J50 合金的氧化速率。
氧化温度为 510 ℃，相对湿 度为 40%、60%，以及氧化温度为 520 ℃，相对湿度 为 22%时，氧化曲线在 5~20 min 符合抛物线规律；在 相对湿度为 22%，氧化温度为 500 ℃、510 ℃时，氧 化质量增加曲线在 10~20 min 符合抛物线规律。根据 氧化速率控制因素理论[12]，当氧化速率由表面反应控 制时，氧化质量增加为直线规律，当氧化速率由扩散 速率控制时，氧化质量增加为抛物线规律。4J50 合金 在在相对湿度为 22%，氧化温度为 500 ℃、510 ℃时， 氧化质量增加曲线在 0~10 min 可近似为直线规律。
由此可知，4J50 合金氧化初期由表面反应控制，随氧化 膜增厚而转变为由扩散速率控制，且在低相对湿度 (22%)低氧化温度(500 ℃，510 ℃)时，由表面反应控 制的时间相对较长。
4J50物理及化学性能
4J50热性能
4J50溶化温度范围 该合金溶化温度约为1430℃[1,2]。
4J50热导率 λ=16.7W/(m·℃)[1,2]。
4J50比热容 该合金的比热容为502J/(kg℃)。
4J50线膨胀系数 标准规定的合金平均线膨胀系数见表2-2。合金的平均线膨胀系数见表2-3。合金的膨胀曲线见图2-3。
结论 1) 4J50 铁镍合金在 500~520 ℃的空气中氧化时， 在氧化初期，基体表面生成不连续的氧化层；氧化时 间为 10~15 min 后生成均匀、连续的氧化膜，氧化膜 由 Fe2O3 和 Fe3O4 组成，与氧化膜相连的是富镍的过 渡层，其相成分主要为 FeNi3。 2) 提高氧化温度和相对湿度均可加快 4J50 铁镍 合金的氧化过程。
其中，提高相对湿度会降低氧化膜 的粘附性，且在相对湿度为 60%时，粘附性***降低。 3) 在 510 ℃、相对湿度 22%的条件下，4J50 铁 镍合金在空气中氧化 15~20 min，可以获得结构均匀、 与基体粘附性良好的氧化膜。氧化 15 min 和 20 min， 氧化造成的质量增加分别为0.143 mg/cm2和0.182 mg/ cm2 ，氧化膜厚度分别为 0.591 μm 和 0.787 μm。
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