CN1153223A - 用于电子枪部件的铁镍合金和用于电子枪的冲切部件 - Google Patents

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Abstract

用于电子枪4的部件10的铁镍合金，用冲头模压冲切形成让电子束3通过的小孔10a，10b，10c。小孔10a、10b、10c周围形成的毛刺对部件有害。按本发明的Fe-Ni合金的主要成分是：30-55wt％的Ni，不大于0.5wt％的Si，不大于1.5wt％的Mn，平衡量的Fe和不可避免的杂质，该合金包含每1mm2纵向截面有长度在10μm以上的A型或B型非金属掺杂物10至1000，和直径5μm以下的C型非金属掺杂物100至50000。

Description

用于电子枪部件的铁镍合金 和用于电子枪的冲切部件
本发明涉及冲切特性改善了的，适于作电子枪电极材料的铁镍合金。本发明还涉及用冲切Fe-Ni合金制造的，钻有让电子束通过的小孔的电子枪的模压-冲切部件。
图1是现有荫罩型彩色阴极射线管的剖视图。荧光涂层2加在屏盘1上，并发射三原色，即红、绿和蓝色。电子枪4设置在阴极射线管的管颈内。并发射电子束3。用偏转线圈5偏转和扫描电子束3。数字6和7分别表示荫罩和磁屏蔽。部件1至7均为已知的。
图2展示一个经碾压然后模压冲切的作为电子枪4的一个电极的部件10。数字10、10’表示主碾压面。图2(A)和图2(B)分别是电极的说明图和剖视图。用精密模压和冲切材料板制成小孔10a，10b和10c，并让产生红(10a)，绿(10b)和蓝(10c)色的各电子束由此穿过。通常用厚度从0.05至0.5mm的非磁性不锈钢薄板制造图像接收管中用的电子枪的部件。因为非磁特性对加速从电子枪的阴极发射的热电子的电极10而言，非常重要。像上述的不模压而直接冲制一样，这种不锈钢板经中间模压然后冲切加工。
近来，除非磁特性外，认为低热膨胀特性更重要。因为，计算机显示器等的图像接收管成了高精度高性能管。这种情况下，热膨胀引起电极10的尺寸微小变化均影响图像性能(色纯)。
由于Fe-Ni合金，特别是Fe-42％Ni合金(称作42合金)有低热膨胀性能，因而，它已开始用做电极材料。但是，用冲头冲切常规42合金制造电极部件时，在冲制品尾剩材料从钢板分开的前端10e(图2)处形成有害的毛刺。冲切毛刺对有高精度要求的电子枪部件的尺寸精度造成有害的影响。此外，当电极加高电压时，在毛刺处出现不正常的放电，使电子枪的耐压性降低。这是极严重的问题。随着图像接收管精度的提高，电子枪部件的毛刺带来的损害会越来越严重。
至此，日本未审查查专利特开平6-122945，平6-184703、平7-84199平7-3400和平7-34200提出了一种冲切性能改进的Fe-Ni合金。日本未审查专利特开平6-184703中将Fe-Ni合金的S含量限定在0.002％至0.05％的范围。硫或硫化物沿晶界分布或分布在晶粒中。但是，只加特定量的硫不能充分防止毛刺，因此，近年来，致力于改善对合金进行极精密的冲压成形加工时的加工性。
随后，日本未审查专利特开平6-122945，平7-84199，和平7-34200提出，在合金中加入诸如Ti、Nb、V、Ta、W、Zr，等增强元素，提高合金的硬度并增加合金的脆性，由此抑制产生毛刺。但是，由于Fe-Ni合金的硬度增加，使其金属寿命缩短。而且，由于加入特殊元素就必然使价格上升。
日本未审查专利特开平7-34200公开了一种Fe-Ni合金制成的引线框架，对其形状和所含非金属掺杂物数量作了规定，其平行于轧制方向的长度在1微米以上。即限制了平行于轧制方向的10mm2的截面中所含非金属掺杂物的量。这种对掺杂物的规定和限制的结果，据说有可能增加引线框架的引线腿数。正如该公开专利文件所述，必须按要制造的引线框架的形状和尺寸等规定非金属掺杂物的最大长度。该说明书提出了非金属掺杂物的适用形状与电子器件的实际部件之间的关系。更具体地说，适合于电子枪的部件的非金属掺杂物的结构与适合于引线框架的非金属掺杂物的结构不同，因为部件的形状和尺寸不同。但是，这种关系至今仍不清楚。
本发明的目的是，为克服上述缺陷提出一种Fi-Ni合金，改善其冲切性能，使其能满足电子枪的模压成型部件的要求。
本发明的另一目的是，提供用于电子枪的Fe-Ni合金模压冲切部件，抑制在模压冲切部件上形成毛刺。
按本发明，提供一种Fe-Ni合金，其主要成份包括：30-55wt％的Ni，不大于0.5wt％的Si，不大于1.5wt％的Mn，平衡量的Fe，和不可避免的杂质，在平行于轧制方向和垂直于轧制表面的截面，每1mm2以上的截面包括其长度在10μm以上的10至100的A型或B型非金属掺杂物，和直径在5μm以下的100至50000的C型非金属掺杂物。
按本发明，还提供模压冲切的Fe-Ni合金轧制板，它由以下主要成份构成：30-55wt％的Ni，不大于0.5wt％硅、不大于1.5wt％的Mn，和平衡量的Fe，和不可避免的杂质。在平行于轧制方向和平行于轧制表面垂直方向的每1mm2截面中，有长度为10μm以上的10至1000的A型或B型非金属掺杂物，有直径为5μm以下的100至50000的C型非金属掺杂物。
以下将详细说明本发明。
Fe-Ni合金中Ni是重要元素并决定热膨胀特性。Ni含量大于55wt％或小于30wt％时，热膨胀系数变得不利的高。因此Ni含量在30wt％至55wt％。
Si的主要功能是脱氧，Fe-Ni合金中存在少量的A、B和/或C型非金属掺杂物。溶质Si提高Fe-Ni合金的硬度，改善其冲切性能。因而，最好含少量Si。但是，Si含量在0.5％以上时，Fe-Ni合金太硬，不能保证金属有长的寿命。Si的含量最好是0.1wt％至0.5wt％。
为了脱氧和改善合金的热加工性通常加Mn。加Mn的结果，形成以MnO为基的掺杂物(B或C型非金属掺杂物)和MnS为基的掺杂物(A型非金属掺物)。像Si一样，加Mn提高Fe-Ni合金硬度，并提高模压冲切特性。但是，Mn含量超过1.5wt％，Fe-Ni合金太硬，不能确保其金属长期寿命。Si含量最好是0.1至1.5wt％。
除上述元素的其它元素有铁和不可避免的杂质，它包括常规元素如碳、氧、磷、硫、铝、铜等。这些杂质是元素形式，有损模压冲切性能和热膨胀性能。这些元素也以细非金属掺杂物形式存在、如Al2O3、MnS、SiO2、P2O5和Cu2S，并改善模压冲切性能。杂质总含量最好从约100至2000ppm。
本发明最重要的特征之一是，按相应的结构类型来决定非金属掺杂物总量。规定如下，板材纵向截面每1mm2含A型或B型非金属掺杂物应为10至1000。上述截面每1mm2含直径5μm以下的C型非金属掺杂物应是100至50000。这里所述直径是指与各非金属掺杂物颗粒有相同面积的圆的直径。B型非金属掺杂物长度是指按直线形排列的掺杂物的组或束的长度，它们与其它组或束清楚地分开。A或B型非金属掺杂物的长度小于10μm时，冲切中这些掺杂物只有可忽略不计的开始的碎裂。因而，本发明中，只规定10μm以上的A或B型非金属掺杂物。当这些A或B型非金属掺杂物的量在纵向截面每1mm2小于10时，掺杂物的密度和碎裂起始点的数量小到在冲头前端附近是平滑的不产生碎裂。这时，在冲孔周围形成极大量毛刺。另一方面，当这种掺杂物的密度在截面大于1000/1mm2时，冲切表面变粗，使在粗糙表面会出现不正常放电，像在毛刺上产生放电一样。因此长度为10μm以上的A型或B型非金属掺杂物数量在截面是10至1000/1mm2最好是50至800/1mm2。
随后，直径为5μm以上的C型非金属掺杂物在模压冲切中也影响碎裂蔓延和造成有害的粉碎，因此缩短了金属寿命。因此，本发明中规定了5μm以下的C型非金属掺杂物的数量。当Fe-Ni合金受到来自冲头的剪切应力时，形成近似于5μm以下的C型非金属掺杂物的气孔。要求不要存在大于5μm的C型非金属掺杂物。但是，应注意，大于5μm的C型非金属掺杂物不妨碍实现本发明目的。特别是在抑制毛刺方面，只会带来上述的粉碎等问题。当C型非金属掺杂物数量在截面小于100/1mm2时，当在存在A型或B型非金属掺杂物的碎裂起始点出现这种碎裂时，其数量太小，以致这些碎裂不能通过气孔迅速蔓延。当这种数量大于50000时，冲切表面很粗糙以至于不适用于作电子枪部件。
用以下方式来观察上述的非金属掺杂物。用2％的硝酸酒精腐蚀液顺序腐蚀纵向截面几秒钟。应仔细进行抛光和腐蚀，使其看不到微小的掺杂物，特别是难以发现有大小为亚微米的C型非金属掺杂物。用光学显微镜电子显微镜等观察这样制成的样品。显然，腐蚀样品的非金属掺杂物的尺寸严格说来应不是实际尺寸。但是测试误差裕度确切地小于规定极限。即，对A或B型杂质而言是10μm，对C型杂质而言是5μm。
可用以下方式控制上述非金属掺杂物的量。
制备铁源，如将用于电磁材料和电解镍的铁屑作主要原始材料。预先测试起始材料中包含的非金属掺杂物的量。当非金属掺杂物的测试量小时，给主原始材料中加少量氧和硫。氧可以是氧化铁形式，而硫可以是硫化镍或硫化铁形式。可按每100kg主起始材料加入100g的氧化物和硫化物。添加材料中包含的氧和硫与熔融的脱氧剂或浇铸包内的难熔材料反应，生成非金属掺杂物。用有轻微空气氧化的高频真空熔炉熔化原始材料。但是，在熔化中可降低真空度使其氧化。
主原始材料中有极大量的非金属掺杂物时，与其它高纯度材料混合，混合物应在真空中熔化。
按JIS G0555(钢中非金属掺杂物的显微镜测试法用的方法)规定A、B、C型非金属掺杂物。A和B型非金属掺杂物称作线性掺杂物。本发明人详细研究了非金属掺杂物对电子枪部件用的Fe-Ni合金的模压冲切性能的影响。对线性掺杂物和C型掺杂物在冲切碎裂机理中起不同作用已经说明了。因而，将从不同的观点和不同的范围说明用掺杂物前后的情形。更具体地说，模压冲切会引起工件剪切变形。随着剪切变形的出现，工具边缘附近的应力增大，因而碎裂终于发生。在存在够粗的A或B型非金属掺杂物的起始点开始这种碎裂。因此，碎裂从A或B型非金属掺杂物开始蔓延。由于应力集中，因而在碎裂前端应力进一步增大。因此，够细的C型非金属掺杂物，成了气孔形成位置。一旦所产生的碎裂通过气孔蔓延，就会引起工件截面碎裂。
以下将参考附图用实施例说明本发明。
图1是现有荫罩型阴极射线管的截面图，
图2(A)是图1所示阴极射线管的电极的立体图；所示电极是按本发明的电子枪的冲切部件的一个实例；
图2(B)是图2(A)沿A-A线的截面图；
图3是冲切方法说明图；
图4(A)是本发明例样品的冲切孔的照片(放大100倍)，展示出毛刺形状。
图4(B)是比较例的样品的冲切孔照片(放大100倍)，展示出毛刺形状。
                       实施例
在感应型真空熔炉中，在10-5至10-1乇的真空度下熔融Fe-42wt％Ni合金。原始材料是高纯度电解铁，模压成形的钢层屑，再硫化碳钢，沸腾钢屑，电解镍，和电解锰。原始材料是主要成份的混合物，即42wt％的Ni，和平衡量的Fe、并调节杂质如S、Al和O的含量。制成的每个合金锭约重6kg。
对合金锭进行均质化退火，然后，在1200℃热轧成4mm厚的板，对轧制板退火和酸洗。然后冷轧成1.5mm厚的薄板。退火后再冷轧成0.4mm厚的箔，并在750℃对0.4mm厚的箔在真空中退火1小时，然后测试制成品。
用30吨压力机冲制10个直径为0.4mm，孔间间隔为3mm的孔，评估制成箔在模压成形中的冲切性能。然后，测试毛刺的最大厚度和高度，此外，还要测碎裂表面比。碎裂表面比定义为(截面碎裂厚度/箔厚)×100％。。图2(A)和2(B)展示出毛刺及其厚度和大小，即它们为自孔的外圆周的凸起长度。
表1列出了发明合金和对比例合金的化学成分，毛刺的最大厚度和高度和碎裂表面比。
                                            表1
 样品号        化学组分(wt％)       掺杂物数/mm2             毛刺   碎裂表面比(％)   粗糙状况
Ni Si Mn 10μm以下A或B型 5μm以下C型 最大厚度(μm) 最大高度(μm)
  1   41.2   0.05   0.45   47   782   20   7   21.3   好
  2   40.9   0.12   0.46   76   1211   18   5   22.7   好
  3   41.8   0.25   0.52   35   561   21   5   21.5   好
  4   41.0   0.29   0.50   134   2875   15   4   23.1   好
  5   41.5   0.17   0.48   112   2244   17   7   23.8   好
  6   40.8   0.02   0.61   8   86   51   16   12.4   好
  7   41.8   0.09   0.56   5   74   45   13   13.8   好
  8   41.3   0.18   0.47   7   91   58   15   11.9   好
9 42.1 0.16 0.51 1105 46254 12 3 25.7 差
  10   40.4   0.21   0.56   847   59214   13    3   24.4   差
注意，Fe是除痕量杂质外的Ni、Si和Mn的平衡量，样品1至5是本发明，而6至10是比较例。
正如从表1和图2(A)和图2(B)所看到的，本发明的毛刺最大厚度和高度低于比较例的毛刺最大厚度和高度。因此可以认为用本发明能抑制模压冲切中产生的毛刺。本发明样品的碎裂表面比大于比较例的碎裂表面比。因此，本发明改善了模压冲切性能。

Claims (2)

1.一种用于电子枪(4)的部件(10)的铁镍合金，主要由以下组分构成：30至55wt％的Ni，不大于0.5wt％的Si，不大于1.5wt％的Mn，平衡量Fe和不可避免的杂质，该合金包含平行于纵向截面每1mm2中长度在10μm以上的A型和B型非金属掺杂物10至1000、和直径为5μm以下的C型非金属掺杂物100至50000。
2.一种模压冲切铁镍合金轧制薄板，它主要由以下组分构成：30至55wt％的Ni，不大于0.5wt％的Si，不大于1.5wt％的Mn，平衡量Fe和不可避免的杂质，该合金包含每1mm2纵向截面中长度在10μm以上的A或B型非金属掺杂物10至1000，和直径在5μm以下的C型非金属掺杂物100至50000。
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