CN1205347C - 具有良好蚀刻加工性的荫罩用Fe－Ni合金材料 - Google Patents
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Abstract
Fe-Ni合金材料，含Ni：26～27重量%、Si：0.001～0.2重量%、Mn：0.01～0.6重量%、Al：0.0001～0.003重量%、Mg：0.001重量%以下、Ca：0.001重量%以下，其余为Fe和不可避免的杂质以及0.02重量%以下的不溶于氯化亚铁水溶液的MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物、SiO2夹杂物或MgO·Al2O3类夹杂物中的任意一种以上的夹杂物，而且提供了蚀刻处理时开孔形状良好的高品质的荫罩等电子材料。
Description
技术领域
本发明涉及具有良好蚀刻加工性的荫罩用Fe-Ni合金材料，特别是提供含有不溶于氯化亚铁水溶液的非金属夹杂物的Fe-Ni合金材料。
背景技术
以往，Fe-Ni合金材料作为各种功能材料如磁性材料、焊接框架、荫罩使用。这些材料根据用途，加工成0.1～1mm厚度的制品使用。特别是Fe-36重量％Ni合金，由于其热膨胀率低，而被有效地用作荫罩材料。该荫罩材料通常是用氯化亚铁水溶液对Fe-Ni合金板进行蚀刻处理，穿孔制造而成。
关于荫罩材料的蚀刻加工性，有很多发明是基于其表面性状(特开平4-99152等)和平面方位(特开平1-247558等)等观点出发的。另外，着眼于合金中含有的非金属夹杂物的研究，虽然有例如特开昭61-84356和特开平7-268558公开的例子，但这些例子仅仅以降低非金属夹杂物含量为目的。而且，即使降低非金属夹杂物的含量，但由于非金属夹杂物的种类和组成不同，也存在着由于蚀刻加工性差而引起孔形差的问题。
即，在荫罩制造过程中，用氯化亚铁水溶液进行蚀刻处理穿孔时，如果恰好在穿孔位置有非金属夹杂物的存在，则对此处进行蚀刻时，就会造成该荫罩材料的孔形变差。特别是在该非金属夹杂物可溶于蚀刻液时，孔形更差。尤其是当该非金属夹杂物的主体是MgO或CaO时，如图1所示，由于蚀刻溶液将薄板表面存在的非金属夹杂物溶解，其周围的Fe-Ni合金材料被腐蚀，从而引起蚀刻的孔形状不规则的问题。
发明内容
因此，本发明的目的是开发能够解决以往技术中存在的上述问题的技术，特别是提供具有良好蚀刻加工性的荫罩用Fe-Ni合金材料。
为了解决上述问题，发明者们对不会引起蚀刻的孔形状变差的非金属夹杂物进行了各种各样的研究。即，实验室中，首先，将Fe-36重量％Ni合金融化，接下来向该合金熔浆中加入CaO-SiO2-Al2O3-MgO-F类矿渣，然后，通过Si、Mn、Al、Mg和Ca等的脱氧剂进行脱氧，制成钢锭。对该钢锭进行锻造或热轧，然后，冷轧成0.11mm板厚的制品。然后，用氯化亚铁水溶液(45波美、60℃)进行蚀刻，研究由蚀刻开孔处周围的不同夹杂物引起的腐蚀情况。
其结果，发明者们发现，当Fe-Ni合金材料中的非金属夹杂物包含MnO-SiO2-Al2O3类、SiO2或MgO·Al2O3尖晶石中任1种或2种以上的组成时，就可以防止形成差的蚀刻孔形，因此可以得到具有良好蚀刻加工性的Fe-Ni合金材料。
另外，MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物中含有的CaO及MgO的总量超过30重量％时，该氧化物在蚀刻液中溶解，引起腐蚀，出现孔形差的情况。
本发明是基于上述观点开发的。即，本发明的Fe-Ni合金材料其特征为，含Ni：26～37重量％、Si：0.001～0.2重量％、Mn：0.01～0.6重量％、Al：0.0001～0.003重量％、Mg：0.001重量％以下、Ca：0.001重量％以下、Nb：0.01～1.0重量％及Co：1～8重量％，其余为Fe和不可避免的杂质组成的合金成分以及0.02重量％以下的其他不溶于氯化亚铁的非金属夹杂物，即，其组成是MnO：25～50重量％，SiO2：40～60重量％，Al2O3：5～30重量％的MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物和SiO2夹杂物和/或具有MgO：5～45重量％，Al2O3：55～95重量％组成的MgO·Al2O3尖晶石的夹杂物组成的夹杂物；或者上述SiO2夹杂物和MgO·Al2O3夹杂物组成的夹杂物。而且，所述MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物中混入的氧化物成分CaO和MgO的总量小于30重量％。
附图说明
图1是存在夹杂物时蚀刻开孔的孔形图。
具体实施方式
下面解说本发明相关的合金材料的化学成分和其组成的限定根据并一同说明Fe-Ni合金材料的作用。
Ni：26～37重量％
Ni是影响热膨胀的成分，已知当不含Co时，200℃下，Ni含量在36重量％附近时，热膨胀率最小。另外，在含有Co时，Co和Ni的含量之和在35～38重量％的范围内，热膨胀率变小。因此，Ni的含量定为26～37重量％。
Si：0.001～0.2重量％
Si是熔钢中脱氧的必需成分，也是控制夹杂物的组成为MnO-SiO2-Al2O3类或SiO2的必需成分。Si的含量不足0.001重量％时，不能控制夹杂物的组成为MnO-SiO2-Al2O3类或SiO2，并难以保证必需的蚀刻加工性。另外，Si的含量超过0.2重量％时，热膨胀率变大，不能满足所需特性。所以，本发明中Si的含量定为0.001～0.2重量％，该含量范围内优选为0.01～0.1重量％。
Mn：0.01～0.6重量％
Mn是控制夹杂物的组成为MnO-SiO2-Al2O3类的有效成分。但也是提高热膨胀率的成分，因此，优选尽量低的浓度。即，Mn的含量不足0.01重量％时，不能控制夹杂物的组成为MnO-SiO2-Al2O3类，Mn·的含量超过0.6重量％时，热膨胀率变大，不能满足所需特性。所以，Mn的含量定为0.01～0.6重量％。该含量范围内优选为0.03～0.4重量％。
Al：0.0001～0.003重量％
Al是控制夹杂物的组成为具有优异的耐腐蚀性的MnO-SiO2-Al2O3类或MgO·Al2O3类的有效成分。然而，Al的浓度增高，会使夹杂物成分变成氧化铝，容易聚集成簇，使表面性状恶化，不能满足所需品质。因此，本发明中Al的含量定为0.0001～0.003重量％。该含量范围内优选为0.0002～0.002重量％。
Mg：0.001重量％以下
从控制夹杂物的组成为MgO·Al2O3的角度出发，Mg是有效的成分，但含量超过0.001重量％时，夹杂物的主要成分只有MgO，对蚀刻加工性产生不良影响。即使不含Mg，夹杂物的组成是具有良好蚀刻加工性的MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物，所以，Mg的含量定为0.001重量％以下，优选为0.0009重量％以下。
Ca：0.001重量％以下
Ca含量超过0.001重量％时，夹杂物中的CaO浓度升高，对蚀刻加工性产生不良影响。因此，优选尽量少加入Ca。所以，Ca的含量定为0.001重量％以下，优选为0.0009重量％以下。
Nb：0.01～1.0重量％
微量的Nb是降低热膨胀率的有效成分。但是，Nb含量超过1.0重量％时，反而增大热膨胀率。所以，添加Nb时，控制在0.01～1.0重量％，优选为0.02～0.5重量％的范围。
Co：1～8重量％
Co是对热膨胀率有影响的成分。Fe-Ni合金含有Co时，当Co的含量不在1～8重量％的范围时，热膨胀率变大，不适合用作荫罩。因此，Co的含量定为1～8重量％。
因此，得出结论：要达到本发明的Fe-Ni合金材料的期望效果，必须控制Fe-Ni合金基体中含有的氧化物形态的非金属夹杂物的组成。
本发明中所要求的非金属夹杂物的形态是主要成分为MnO-SiO-Al2O3类、SiO2或MgO·Al2O3中的1种或2种以上的形态。
特别发现MnO-SiO-Al2O3类夹杂物的组成为MnO：25～50重量％、SiO2：40～60重量％、Al2O3：5～30重量％的范围时具有良好的性质。因为，在此组成范围内，夹杂物的形态是玻璃形态，蚀刻液很难将其溶解。但是，混入的MnO的含量超过50重量％时，即使在没有CaO和MgO的情况下，也有在蚀刻液中溶解的现象。
同样，另外2种物质MgO·Al2O3和SiO2因为不溶于氯化亚铁水溶液，所以不会引起孔形变差的现象。
另外，从发明者们进行的各种试验发现，当MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物中混入CaO或MgO时，在蚀刻液中，腐蚀现象显著。特别是当MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物中CaO和MgO的总量超过30重量％时，出现显著腐蚀，蚀刻的孔形状具有不规则的倾向。因此，本发明中CaO和MgO的总量的上限定为30重量％。优选控制在5重量％的范围，进一步优选不含CaO和MgO。
实施例
在电炉中将Fe-Ni合金熔化，将该合金熔浆放入AOD(常压加氧脱碳设备)或VOD(真空加氧脱碳设备)中，加入CaO-SiO2-Al2O3-MgO-F矿渣进行脱氧处理。处理后的合金熔浆在连续铸造机中铸造，制成厚板材。然后，热轧后冷轧处理至制品板厚为O.11mm。将这样得到的冷轧板切成200mm×400mm的试验板，用氯化亚铁水溶液(45波美、60℃)进行蚀刻穿孔，研究孔周围的夹杂物的腐蚀情况，即研究孔形变差的情况。
评价方法如下：
①化学成分：用荧光X射线分析仪对厚板材切下的样品进行分析。
②夹杂物的组成：用EDS(能谱仪)在20个随机位点对夹杂物进行定量分析。
③差孔形：电子显微镜下随机观察100个蚀刻孔，数出形状差的孔数。
表1给出了实施例及上述评价结果。本发明的实施例中，夹杂物的组成是MnO、SiO2、Al2O3的含量全部在适当的范围内，并控制夹杂物为MgO和CaO的总量在30重量％以下的硅酸盐类、二氧化硅或者尖晶石，所以没有由于蚀刻引起孔形变差的情况。
另一方面，在比较例10中，Mg和Ca的含量高，硅酸盐类夹杂物中混入的MgO和CaO的总量超过30重量％，所以发生了孔形差的情况。在比较例11中，由于Si的含量超出了下限，夹杂物成为以MnO为主体的硅酸盐，出现了孔形变差的情况。在比较例12中，Mg的含量高，夹杂物全部为MgO，出现了孔形变差的情况。在比较例13中，Ca的含量高，夹杂物成为以CaO为主体的硅酸盐，出现了孔形变差的情况。在比较例14中，Si的含量超过上限，虽然夹杂物组成没有问题，但热膨胀率超过要求水平，造成出现次品。在比较例15中，Al和Mg的含量高，夹杂物成为尖晶石，氧化镁和氧化铝。因此，不仅出现孔形变差的情况，而且由于产生了氧化铝簇，从而出现表面性状差的情况。在比较例16中，Mn的含量低于下限，硅酸盐类夹杂物不在适当的范围，同时MgO和CaO的总量超过30重量％，于是出现孔形变差的情况。
表1
| 化学成分(重量％) | 夹杂物组成(重量％)EDS分析20个位点 | 蚀刻评价 | |||||||||||||||||||||||||
| Ni | Si | Mn | Al | Mg | Ca | Nb | Co | 硅酸盐类物质 | 二氧化硅 | 尖晶石 | 氧化铌 | 氧化镁 | 氧化铝 | 差孔形(个/100个孔) | |||||||||||||
| n | MnO | SiO2 | Al2O3 | MgO | CaO | n | SiO2 | n | MgO | Al2O3 | n | Nb2O5 | n | MgO | n | Al2O3 | |||||||||||
| 本发明实施例 | 1 | 31.98 | 0.022 | 0.31 | 0.0003 | 0.0001 | 0.0004 | - | 5.03 | 18 | 31.4 | 44.3 | 12.4 | 4.1 | 7.8 | 0 | 2 | 6.5 | 93.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||||
| 2 | 36.00 | 0.015 | 0.25 | 0.0005 | 0.0004 | 0.0005 | - | - | 12 | 25.2 | 40.2 | 24.1 | 9.2 | 1.3 | 0 | 8 | 25.4 | 74.6 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||||
| 3 | 35.98 | 0.121 | 0.42 | 0.0015 | 0.0005 | 0.0002 | - | - | 10 | 27.1 | 41.2 | 28.1 | 3.2 | 0.4 | 2 | 100 | 8 | 36.1 | 63.9 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||||
| 4 | 36.03 | 0.033 | 0.27 | 0.0002 | 0.0001 | 0.0002 | 0.16 | - | 20 | 48.1 | 45.2 | 5.5 | 0.3 | 0.9 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||||||
| 5 | 35.06 | 0.162 | 0.52 | 0.0023 | 0.0009 | 0.0007 | - | - | 0 | 0 | 20 | 43.2 | 56.8 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||||||||||
| 6 | 36.01 | 0.042 | 0.03 | 0.0018 | 0.0002 | 0.0004 | 0.18 | - | 0 | 6 | 100 | 12 | 41.9 | 58.1 | 2 | 100 | 0 | 0 | 0 | ||||||||
| 7 | 35.99 | 0.039 | 0.02 | 0.0020 | 0.0002 | 0.0005 | 0.16 | - | 0 | 8 | 100 | 12 | 29.1 | 70.9 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||||||||
| 8 | 36.00 | 0.003 | 0.02 | 0.0003 | 0.0003 | 0.0004 | - | - | 8 | 25.3 | 40.2 | 9.5 | 15.2 | 9.8 | 12 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||||||
| 9 | 36.04 | 0.026 | 0.29 | 0.0001 | 0.0001 | 0.0001 | - | - | 17 | 26.2 | 58.1 | 10.5 | 2.3 | 2.9 | 0 | 3 | 36.3 | 63.7 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||||
| 比较例 | 10 | 36.01 | 0.022 | 0.36 | 0.0005 | 0.0012 | 0.0015 | - | - | 20 | 23.4 | 20.5 | 10.2 | 23.8 | 22.1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 | ||||||
| 11 | 36.02 | 0.0005 | 0.45 | 0.0001 | 0.0001 | 0.0001 | - | - | 20 | 80.6 | 16.5 | 0.2 | 2.1 | 0.6 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | |||||||
| 12 | 35.98 | 0.033 | 0.32 | 0.0012 | 0.0023 | 0.0005 | - | - | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 100 | 0 | 15 | |||||||||||
| 13 | 36.02 | 0.011 | 0.35 | 0.0005 | 0.0005 | 0.0035 | 0.18 | - | 20 | 0.5 | 45.2 | 1.5 | 2.5 | 50.3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 13 | |||||||
| 14 | 36.05 | 0.356 | 0.38 | 0.0012 | 0.0004 | 0.0007 | - | - | 15 | 25.5 | 41.2 | 28.1 | 3.2 | 2 | 0 | 5 | 42.1 | 57.9 | 0 | 0 | 0 | *0 | |||||
| 15 | 36.04 | 0.022 | 0.32 | 0.0045 | 0.0012 | 0.0004 | - | - | 0 | 0 | 2 | 25.2 | 74.8 | 0 | 4 | 100 | 14 | 100 | **4 | ||||||||
| 16 | 36.00 | 0.021 | 0.005 | 0.0012 | 0.0008 | 0.0008 | - | - | 18 | 0.2 | 43.4 | 10.2 | 23.5 | 22.7 | 0 | 2 | 23.4 | 76.6 | 0 | 0 | 0 | 5 | |||||
*热膨胀率 大 **表面性状 差
如上所述，本发明的材料通过控制合金中含有的非金属夹杂物的组成是MnO-SiO2-Al2O3类、SiO2、MgO·Al2O3尖晶石中任意的1种或2种以上的物质，使该夹杂物对蚀刻液稳定，所以可以得到孔形良好的Fe-36重量％Ni合金类荫罩。另外，本发明的材料也可作为磁性材料、焊接框架或双金属材料等电气材料使用。
Claims (4)
1.具有良好蚀刻加工性的荫罩用Fe-Ni合金材料，其特征为，含有Ni：26～37重量％、Si：0.001～0.2重量％、Mn：0.01～0.6重量％、Al：0.0001～0.003重量％、Mg：0.001重量％以下、Ca：0.001重量％以下，其余为Fe和不可避免的杂质，并含有下列不溶于氯化亚铁水溶液的非金属夹杂物：
(1)具有MnO：25～50重量％、SiO2：40～60重量％、Al2O3：5～30重量％的组成，并且满足CaO+MgO≤30重量％的MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物和SiO2夹杂物组成的夹杂物；
(2)具有MnO：25～50重量％、SiO2：40～60重量％、Al2O3：5～30重量％的组成，并且满足CaO+MgO≤30重量％的MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物和具有MgO：5～45重量％、Al2O3：55～95重量％组成的MgO·Al2O3尖晶石夹杂物组成的夹杂物；
(3)SiO2夹杂物和具有MgO：5～45重量％、Al2O3：55～95重量％组成的MgO·Al2O3尖晶石夹杂物组成的夹杂物；或
(4)具有MnO：25～50重量％、SiO2：40～60重量％、Al2O3：5～30重量％的组成，并且满足CaO+MgO≤30重量％的MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物，SiO2夹杂物和具有MgO：5～45重量％、Al2O3：55～95重量％组成的MgO·Al2O3尖晶石夹杂物组成的夹杂物。
2.如权利要求1所述的具有良好蚀刻加工性的荫罩用Fe-Ni合金材料，其特征为，含有Ni：26～37重量％、Si：0.001～0.2重量％、Mn：0.01～0.6重量％、Al：0.0001～0.003重量％、Mg：0.001重量％以下、Ca：0.001重量％以下、Nb：0.01～1.0重量％，其余为Fe和不可避免的杂质，并含有下列不溶于氯化亚铁水溶液的非金属夹杂物：
(1)具有MnO：25～50重量％、SiO2：40～60重量％、Al2O3：5～30重量％的组成，并且满足CaO+MgO≤30重量％的MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物和SiO2夹杂物组成的夹杂物；
(2)具有MnO：25～50重量％、SiO2：40～60重量％、Al2O3：5～30重量％的组成，并且满足CaO+MgO≤30重量％的MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物和具有MgO：5～45重量％、Al2O3：55～95重量％组成的MgO·Al2O3尖晶石夹杂物组成的夹杂物；
(3)SiO2夹杂物和具有MgO：5～45重量％、Al2O3：55～95重量％组成的MgO·Al2O3尖晶石夹杂物组成的夹杂物；或
(4)具有MnO：25～50重量％、SiO2：40～60重量％、Al2O3：5～30重量％的组成，并且满足CaO+MgO≤30重量％的MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物，SiO2夹杂物和具有MgO：5～45重量％、Al2O3：55～95重量％组成的MgO·Al2O3尖晶石夹杂物组成的夹杂物。
3.如权利要求1所述的具有良好蚀刻加工性的荫罩用Fe-Ni合金材料，其特征为，含有Ni：26～37重量％、Si：0.001～0.2重量％、Mn：0.01～0.6重量％、Al：0.0001～0.003重量％、Mg：0.001重量％以下、Ca：0.001重量％以下、Co：1～8重量％，其余为Fe和不可避免的杂质，并含有下列不溶于氯化亚铁水溶液的非金属夹杂物：
(1)具有MnO：25～50重量％、SiO2：40～60重量％、Al2O3：5～30重量％的组成，并且满足CaO+MgO≤30重量％的MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物和SiO2夹杂物组成的夹杂物；
(2)具有MnO：25～50重量％、SiO2：40～60重量％、Al2O3：5～30重量％的组成，并且满足CaO+MgO≤30重量％的MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物和具有MgO：5～45重量％、Al2O3：55～95重量％组成的MgO·Al2O3尖晶石夹杂物组成的夹杂物；
(3)SiO2夹杂物和具有MgO：5～45重量％、Al2O3：55～95重量％组成的MgO·Al2O3尖晶石夹杂物组成的夹杂物；或
(4)具有MnO：25～50重量％、SiO2：40～60重量％、Al2O3：5～30重量％的组成，并且满足CaO+MgO≤30重量％的MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物，SiO2夹杂物和具有MgO：5～45重量％、Al2O3：55～95重量％组成的MgO·Al2O3尖晶石夹杂物组成的夹杂物。
4.如权利要求1所述的具有良好蚀刻加工性的荫罩用Fe-Ni合金材料，其特征为，含有Ni：26～37重量％、Si：0.001～0.2重量％、Mn：0.01～0.6重量％、Al：0.0001～0.003重量％、Mg：0.001重量％以下、Ca：0.001重量％以下、Nb：0.01～1.0重量％、Co：1～8重量％，其余为Fe和不可避免的杂质，并含有下列不溶于氯化亚铁水溶液的非金属夹杂物：
(1)具有MnO：25～50重量％、SiO2：40～60重量％、Al2O3：5～30重量％的组成，并且满足CaO+MgO≤30重量％的MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物和SiO2夹杂物组成的夹杂物；
(2)具有MnO：25～50重量％、SiO2：40～60重量％、Al2O3：5～30重量％的组成，并且满足CaO+MgO≤30重量％的MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物和具有MgO：5～45重量％、Al2O3：55～95重量％组成的MgO·Al2O3尖晶石夹杂物组成的夹杂物；
(3)SiO2夹杂物和具有MgO：5～45重量％、Al2O3：55～95重量％组成的MgO·Al2O3尖晶石夹杂物组成的夹杂物；或
(4)具有MnO：25～50重量％、SiO2：40～60重量％、Al2O3：5～30重量％的组成，并且满足CaO+MgO≤30重量％的MnO-SiO2-Al2O3类夹杂物，SiO2夹杂物和具有MgO：5～45重量％、Al2O3：55～95重量％组成的MgO·Al2O3尖晶石夹杂物组成的夹杂物。
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