DE4402684A1

DE4402684A1 - Ausdehnungsarme Eisen-Nickel-Legierung

Info

Publication number: DE4402684A1
Application number: DE4402684A
Authority: DE
Inventors: Bodo Dipl Phys Gehrmann; Angelika Dr Ing Kolb-Telieps; Ulrich Dr Ing Heubner
Original assignee: Krupp VDM GmbH
Current assignee: VDM Metals GmbH
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1994-01-29
Publication date: 1994-12-01
Anticipated expiration: 2014-01-30
Also published as: CN1099428A; EP0626462B1; DE59410377D1; DE4402684C2; CN1036665C; EP0626462A1; JPH073401A; JP2694864B2; KR100266974B1

Description

Die Erfindung betrifft ausdehnungsarme Eisenbasislegierungen mit mindestens 34% Nickel, insbesondere zur Herstellung von Schattenmasken für Farbfernseh geräte.

Es ist bekannt, daß solche Eisenbasislegierungen mit etwa 36% Nickel einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich zwischen Raumtemperatur und 100°C haben. Diese Legierungen werden deshalb schon seit einigen Jahrzehnten dort eingesetzt, wo auch bei Temperaturveränderungen konstante Längen gefordert sind, wie bei Präzisionsinstrumenten, Uhren, Bimetallen. Mit der Entwicklung der Farb fernsehgeräte in Richtung höherer Auflösung, Farbtreue und Kontraststärke auch bei ungünstigen Lichtverhältnissen und insbesondere im Hinblick auf die HDTV (High Definition Television)-Technik werden zunehmend Eisen-Nickel-Werkstoffe für Lochmasken eingesetzt. Technische Eisen-Nickel-Legierungen mit etwa 36% Nickel haben im Temperaturbereich von 20 bis 100°C, wie sie in herkömmlichen Fernsehröhren vorherrschen, im geglühten Zustand (30 min bei 950°C) einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 1,2·10^-6 /K oder sogar noch darüber; im Temperaturbereich zwischen 20 und 200°C liegt ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient bei etwa 2,2·10^-6 /K oder darüber. Dieser Temperatur bereich bis herauf zu 200°C wird wegen der zunehmenden thermischen Belastung der Bildschirm-Lochmasken künftig sehr an Bedeutung gewinnen. Aufgabe der Er findung ist nun die Schaffung ausdehnungsarmer Eisen-Nickel-Legierungen mit dem Ziel eines möglichst geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Temperaturbereich von 20 bis 100°C für die herkömmlichen Fernsehröhren einer seits und im Temperaturbereich von 20 bis 200°C für die Bildschirm-Lochmasken künftiger Geräte andererseits sowie zugleich guter Warm- und Kaltverformbarkeit, insbesondere bei der Verarbeitung der Legierung zu Schattenmasken für Farbfern sehgeräte.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe dann am besten gelöst werden kann, wenn für die Anwendung im Temperaturbereich zwischen 20 und 100°C eine Eisen-Nickel-Legierung mit einem Eisen-Nickel-Verhältnis von 1,75 bis 1,83 gewählt wird, und für den Temperaturbereich zwischen 20 und 200°C eine Eisen- Nickel-Legierung mit einem Eisen-Nickel-Verhältnis von 1,68 bis 1,72, wobei die Legierungen neben max. 0,009% Kohlenstoff und max. 0,1% Mangan die üblichen herstellungsbedingten Beimengungen in nur sehr geringen Mengen enthalten. Die Erfindung zieht ihre vorteilhafte Wirkung aus den angegebenen Eisen-Nickel- Verhältnissen. Ergänzt wird diese Wirkung auf den Ausdehnungskoeffizienten durch die gezielte Einstellung der vorstehend genannten weiteren Legierungsbestand teile und der herstellungsbedingten Beimengungen. Die erfindungsgemäße Legierung zeichnet sich darüberhinaus durch eine hervorragende Verarbeitbarkeit aus und verlangt bei der Produktion von Schattenmasken keine zusätzlichen Verfahrens schritte. Sie zeigt weiterhin eine den Bedürfnissen entsprechende Langzeit stabilität ihrer thermischen Eigenschaften.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. So werden Eisen-Nickel-Legierungen mit einem Summengehalt an Aluminium und Silizium von 0,075 bis 0,45% bevorzugt. Mit solchen Legierungen läßt sich der gewünschte niedrige thermische Ausdehnungskoeffizient in den genannten Temperaturbereichen zuverlässig einstellen. Bei einem Mangangehalt von max. 0,07% sollte neben max. 0,05% Si der Aluminiumgehalt im Bereich von 0,1 bis 0,4% liegen. Eine weitere Optimierung ist dadurch möglich, daß der Aluminium gehalt 0,15 bis 0,40%, vorzugsweise 0,2 bis 0,4% beträgt.

In den Eisen-Nickel-Legierungen kann der Mangangehalt max. 0,1% betragen, und es sollte neben 0,001 bis 0,01% Al ein Siliziumgehalt von 0,05 bis 0,30% vor gesehen sein. Bevorzugt wird der Siliziumgehalt auf 0,10 bis 0,30%, vorzugs weise 0,15 bis 0,30% eingestellt. Obwohl nach der herrschenden Meinung Silizium für die Einstellung eines geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sehr abträglich sein soll, hat sich bei den Versuchen bei einem Übergewicht von Silizium gegenüber Aluminium wider Erwarten herausgestellt, daß innerhalb des durch die Erfindung insgesamt gesteckten Rahmens die Einstellung eines extrem geringen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 1×10^-6/K im Temperaturbereich von 20 bis 100°C bei zugleich guter Warm- und Kaltverformbarkeit sogar noch besser möglich ist, wenn man bei Anwesenheit von 0,001 bis 0,01% Al noch 0,05 bis 0,30% Si zusetzt.

In der folgenden Tabelle 1 sind Ausführungsbeispiele Ei mit etwa gleichen Ge halten an Silizium und Aluminium, E2 mit Übergewicht von Aluminium, E3 mit Übergewicht von Silizium mit Eisen-Nickel-Verhältnissen zwischen 1,75 und 1,83 für den Temperaturbereich zwischen 20 und 100°C und zwei Eisen-Nickel-Legierungen ST1 und ST2 nach dem Stand der Technik gegenübergestellt.

Tabelle 1

Der mittlere thermische Ausdehnungskoeffizient der erfindungsgemäßen Legierungen E1 bis E3 für den Temperaturbereich von 20 bis 100°C wurde nach 30minütiger Glühung bei 950°C ermittelt. Er liegt damit um ca. 30% niedriger als bei den zum Stand der Technik gehörenden Legierungsbeispielen ST1 und ST2. Da der er findungsgemäße Werkstoff außerdem mit maximalen Oxidzeilen von 2.2 gemäß DIN 50602 metallurgisch sauber und hervorragend warm- und kaltverformbar ist, eignet er sich hervorragend zur Herstellung z. B. von Schattenmasken von Farbbildröhren.

In der nachfolgenden Tabelle 2 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel E4 mit dem thermischen Ausdehungskoeffizienten für den Temperaturbereich von 20 bis 200°C den beiden Legierungen ST1 und ST2 gegenübergestellt.

Tabelle 2

Der thermische Ausdehnungskoeffizient der erfindungsgemäßen Legierung E4 für den Temperaturbereich von 20 bis 200°C wurde nach 30minütiger Glühung bei 950°C ermittelt. Er liegt damit um ca. 20% niedriger als bei den zum Stand der Technik gehörenden Legierungsbeispielen ST1 und ST2. Da der erfindungsgemäße Werkstoff außerdem mit maximalen Oxidzeilen von 2.2 gemäß DIN 50 602 metallurgisch sauber und hervorragend warm- und kaltverformbar ist, eignet er sich hervorragend zur Herstellung z. B. von Schattenmasken für Farbbildröhren.

Claims

1. Ausdehnungsarme Eisen-Nickel-Legierungen, insbesondere zur Herstellung von Schattenmasken für Farbfernsehgeräte, die (in Masse-%) neben max. 0,009% C und max. 0,1% Mn, mind. 34% Ni, Rest Eisen und herstellungsbedingte Bei mengungen enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anwendung im Temperaturbereich von 20 bis 100°C ein Eisen-Nickel-Verhältnis von 1,75 bis 1,83 mit thermischen Ausdehnungskoeffizienten von unter 1×10^-6/K, und für die Anwendung im Temperaturbereich von 20 bis 200°C ein Eisen-Nickel- Verhältnis von 1,68 bis 1,72 mit thermischen Ausdehnungskoeffizienten von unter 2×10^-6/K eingestellt wird.

2. Eisen-Nickel-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Summengehalt von Aluminium und Silizium im Bereich von 0,075 bis 0,45% liegt.

3. Eisen-Nickel-Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Summengehalt 0,12 bis 0,45% (Al + Si) beträgt

4. Eisen-Nickel-Legierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Summengehalt 0,17 bis 0,45% (Al + Si) beträgt.

5. Eisen-Nickel-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Begrenzung der Legierungselemente Mangan, Aluminium und Silizium auf max. 0,07% Mn, 0,001 bis 0,05% Si und 0,1 bis 0,4% Al.

6. Eisen-Nickel-Legierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt im Bereich von 0,15 bis 0,40% liegt.

7. Eisen-Nickel-Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt im Bereich von 0,2 bis 0,4% liegt.

8. Eisen-Nickel-Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einem Mangangehalt von max. 0,1% neben 0,001 bis 0,01% Al einen Silizium gehalt von 0,05 bis 0,30% hat.

9. Eisen-Nickel-Legierung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumgehalt 0,10 bis 0,30% beträgt.

10. Eisen-Nickel-Legierung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumgehalt 0,15 bis 0,30% beträgt.