RU2801844C1 - Copper-nickel alloy for casting microwires in glass insulation - Google Patents

Copper-nickel alloy for casting microwires in glass insulation Download PDF

Info

Publication number
RU2801844C1
RU2801844C1 RU2022132888A RU2022132888A RU2801844C1 RU 2801844 C1 RU2801844 C1 RU 2801844C1 RU 2022132888 A RU2022132888 A RU 2022132888A RU 2022132888 A RU2022132888 A RU 2022132888A RU 2801844 C1 RU2801844 C1 RU 2801844C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
microwires
casting
copper
silicon
Prior art date
Application number
RU2022132888A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анастасия Анверовна Каширина
Лидия Владимировна Мухамедзянова
Янина Валерьевна Петраускене
Михаил Владимирович Старицын
Борис Владимирович Фармаковский
Михаил Валерьевич Хроменков
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей")
Application granted granted Critical
Publication of RU2801844C1 publication Critical patent/RU2801844C1/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to alloys for casting resistive microwires in glass insulation, and can be successfully implemented in the creation of circuitry for precision instrumentation. The alloy for casting microwires contains, wt%: nickel 40.0-42.0, silicon 2.5-3.2, boron 0.8-1.2, cerium 0.2-0.6, lanthanum 0.1 -0.5, yttrium 0.2-0.6, silicon carbide 4.0-6.0, copper - balance.
EFFECT: alloy has a tensile strength of at least 2500 MPa and is also characterized by high electrical properties.
1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к микрометаллургическому процессу литья резистивных микропроводов в стеклянной изоляции и может быть успешно реализовано при создании схемной техники для прецизионного приборостроения.The invention relates to a micrometallurgical process for casting resistive microwires in glass insulation and can be successfully implemented in the creation of circuitry for precision instrumentation.

Известны медно-никелевые резистивные сплавы для литья микропроводов. Эти сплавы (а.с. №345222 от 18.04.1972 г., а.с. №454269 от 28.08.1974 г., а.с. №456022 от 13.09.1974 г., а.с. №456842 от 20.09.1974 г., а.с. №492580 от 28.07.1975 г., а.с. №528342 от 21.05.1976 г., а.с. №550447 от 15.03.1977 г.) имеют высокий комплекс электрофизических характеристик:Known copper-nickel resistive alloys for casting microwires. These alloys .1974, AS No. 492580 dated 07.28.1975, AS No. 528342 dated 05.21.1976, AS No. 550447 dated 03.15.1977) have a high complex of electrophysical characteristics:

- низкий температурный коэффициент электросопротивления (менее 1⋅10-5 К-1) в широком интервале температур;- low temperature coefficient of electrical resistance (less than 1⋅10 -5 K -1 ) in a wide temperature range;

- широкий диапазон погонных сопротивлений (от 5 до 60 кОм/м).- wide range of linear resistances (from 5 to 60 kOhm/m).

Из вышеуказанных аналогов по составу наиболее близким к предлагаемому изобретению является сплав по а.с. №528342 от 21.05.1976, имеющий в своем составе редкоземельные элементы (иттрий и лантан). Наиболее высоким пределом прочности из названных сплавов обладает сплав по а.с. №456023 от 13.09.1974 г. Для микропроводов из этого сплава диапазон значений предела прочности на разрыв для диаметров 5-20 мкм составляет 70- 120 кг/мм2 (700-1200 МПа).Of the above analogs in composition, the closest to the proposed invention is an alloy along.with. No. 528342 dated May 21, 1976, which contains rare earth elements (yttrium and lanthanum). The highest tensile strength of these alloys has an alloy according to a.s. No. 456023 dated September 13, 1974. For microwires from this alloy, the range of tensile strength values for diameters of 5-20 microns is 70-120 kg / mm 2 (700-1200 MPa).

В качестве прототипа выбран медно-никелевый сплав по патенту RU 2553799, близкий к предлагаемому сплаву по достижению технического эффекта - высокой прочности, и имеющий следующий состав (масс. %):As a prototype, a copper-nickel alloy according to patent RU 2553799 was chosen, which is close to the proposed alloy in terms of achieving a technical effect - high strength, and having the following composition (wt.%):

никель 33,0-56,0;nickel 33.0-56.0;

цирконий 3,0-5,0;zirconium 3.0-5.0;

хром 5,0-9,0;chromium 5.0-9.0;

гафний 3,0-8,0;hafnium 3.0-8.0;

церий 0,2-2,0;cerium 0.2-2.0;

лантан 0,5-1,5;lanthanum 0.5-1.5;

иттрий 1,5-3,0;yttrium 1.5-3.0;

нитрид бора 0,6-1,2;boron nitride 0.6-1.2;

медь остальное.copper rest.

Недостатком всех известных сплавов является то, что они имеют низкий предел прочности на разрыв, что вызывает существенные трудности при намотке резистивных элементов.The disadvantage of all known alloys is that they have a low tensile strength, which causes significant difficulties in winding resistive elements.

Известные сплавы, в том числе сплав-прототип, предназначены для получения листов, лент, проволоки методами пластической деформации. В предлагаемом сплаве присутствуют в качестве легирующих компонентов кремний и бор, что необходимо для литья микропроводов с изоляцией из боросиликатных стекол. В этом случае кремний и бор в составе предлагаемого сплава обеспечивают необходимое смачивание расплавленным металлом размягченных стекол и реализацию устойчивого протекания процесса литья микропроводов в стеклянной изоляции.Known alloys, including the prototype alloy, are designed to produce sheets, tapes, wires by plastic deformation methods. The proposed alloy contains silicon and boron as alloying components, which is necessary for casting microwires with borosilicate glass insulation. In this case, silicon and boron in the composition of the proposed alloy provide the necessary wetting of softened glasses with molten metal and the implementation of a stable process of casting microwires in glass insulation.

Техническим результатом изобретения является создание сплава на медно-никелевой основе, позволяющего получать литые микропровода в стеклянной изоляции, имеющие предел прочности на разрыв не менее 2500 МПа, что обеспечит устойчивую эксплуатацию современного намоточного оборудования при производстве схемных элементов сопротивления. При этом обеспечиваются высокие электрофизические свойства микропроводов.The technical result of the invention is the creation of an alloy on a copper-nickel basis, which makes it possible to obtain cast microwires in glass insulation, having a tensile strength of at least 2500 MPa, which will ensure the stable operation of modern winding equipment in the production of resistance circuit elements. This ensures high electrophysical properties of microwires.

Технический результат изобретения достигается за счет создания сплава следующего состава (масс. %):The technical result of the invention is achieved by creating an alloy of the following composition (wt.%):

никель 40,0- 42,0;nickel 40.0-42.0;

кремний 2,5-3,2;silicon 2.5-3.2;

бор 0,8-1,2;boron 0.8-1.2;

церий 0,2-0,6;cerium 0.2-0.6;

лантан 0,1-0,5;lanthanum 0.1-0.5;

иттрий 0,2-0,6;yttrium 0.2-0.6;

карбид кремния 4,0-6,0;silicon carbide 4.0-6.0;

медь остальное.copper rest.

Медно-никелевая основа при содержании никеля 40,0-42,0 масс. % выбрана исходя из того, что при этом соотношения компонентов в двойном сплаве микропровода имеют максимальное значение отрицательного температурного коэффициента сопротивления (ТКС, минус (12-14)⋅10-5 К-1), и при дополнительном легировании другими элементами это значение увеличивается, переходя через ноль.Copper-nickel base with a nickel content of 40.0-42.0 wt. % is chosen based on the fact that in this case the ratio of components in the double alloy of the microwire has the maximum value of the negative temperature coefficient of resistance (TCR, minus (12-14)⋅10 -5 K -1 ), and with additional alloying with other elements, this value increases, passing through zero.

Легирование кремнием и бором при литье микропроводов с изоляцией из боросиликатных стекол (например, типа ТУ, С27-3, С37-2, С48-3 и др.) приводит к существенному улучшению смачивания в системе «сплав-стекло», что необходимо для обеспечения устойчивого процесса литья. При содержании в сплаве кремния менее 2,5 масс. % и бора менее 0,8 масс. % должного эффекта нет. При содержании кремния более 3,2 масс. % и бора более 1,2 масс. % устойчивость процесса нарушается: удается получить только безобрывные отрезки микропровода длиной менее 30 метров.Doping with silicon and boron during casting of microwires with insulation from borosilicate glasses (for example, type TU, S27-3, S37-2, S48-3, etc.) leads to a significant improvement in wetting in the "alloy-glass" system, which is necessary to ensure sustainable casting process. When the content in the silicon alloy is less than 2.5 wt. % and boron less than 0.8 wt. % of the desired effect is not. When the silicon content is more than 3.2 wt. % and boron more than 1.2 wt. % stability of the process is violated: it is possible to obtain only unbreakable segments of the microwire with a length of less than 30 meters.

Введение редкоземельных элементов (церия, лантана и иттрия) обусловлено необходимостью очистки сплава от газов - кислорода, водорода и азота соответственно. Эти элементы имеют наибольшее сродство к этим газам. При содержании этих элементов меньшем, чем 0,2 масс. %, 0,1 масс. % и 0,2 масс. % соответственно, эффекта дегазации не наблюдается; при больших, чем 0,6 масс. %, 0,5 масс. % и 0,6 масс. %, происходит нарушение устойчивости процесса литья микропроводов - процесс весьма трудно настраивается и протекает нестабильно.The introduction of rare earth elements (cerium, lanthanum and yttrium) is due to the need to clean the alloy from gases - oxygen, hydrogen and nitrogen, respectively. These elements have the greatest affinity for these gases. When the content of these elements is less than 0.2 wt. %, 0.1 wt. % and 0.2 wt. %, respectively, no degassing effect is observed; at greater than 0.6 wt. %, 0.5 wt. % and 0.6 wt. %, there is a violation of the stability of the process of casting microwires - the process is very difficult to adjust and is unstable.

Полученные из этого сплава микропровода имеют предел прочности на разрыв не более 1000 МПа.The microwires obtained from this alloy have a tensile strength of not more than 1000 MPa.

Для повышения прочностных характеристик в сплав дополнительно вводится наноразмерный порошок SiC фракции 50-80 нм в количестве 4,0-6,0 масс. %. При меньшем количестве SiC в сплаве наблюдается лишь незначительное увеличение прочности (до 1060-1200 МПа). При большем количестве - процесс литья микропроводов настроить практически не удается.To improve the strength characteristics, an additional nanosized SiC powder with a fraction of 50-80 nm is added to the alloy in an amount of 4.0-6.0 wt. %. With a smaller amount of SiC in the alloy, only a slight increase in strength is observed (up to 1060–1200 MPa). With a larger quantity, the process of casting microwires is almost impossible to adjust.

Свойства литых микропроводов из оптимального состава сплава приведены в таблице 1.The properties of cast microwires from the optimal composition of the alloy are shown in Table 1.

Из этой таблицы видно, что микропровода из сплава оптимального предлагаемого состава имеют высокие механические и электрофизические характеристики, которые делают их пригодными для использования при изготовлении резистивных моточных элементов на современном оборудовании.From this table it can be seen that microwires from an alloy of the optimal proposed composition have high mechanical and electrophysical characteristics, which make them suitable for use in the manufacture of resistive winding elements on modern equipment.

Экспериментальные исследования выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования научным оборудованием «Состав, структура и свойства конструкционных и функциональных материалов» НИЦ «Курчатовский институт» - ЦНИИ КМ «Прометей» при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования - соглашение №13.ЦКП.21.0014 (075-11-2021-068). Уникальный идентификационный номер - RF- 2296.61321X0014.Experimental studies were carried out on the equipment of the Center for the Collective Use of Scientific Equipment "Composition, Structure and Properties of Structural and Functional Materials" of the National Research Center "Kurchatov Institute" - Central Research Institute of KM "Prometey" with the financial support of the Ministry of Science and Higher Education - agreement No. 13.TsKP.21.0014 (075 -11-2021-068). The unique identification number is RF-2296.61321X0014.

Суть изобретения продемонстрирована на следующем примере.The essence of the invention is demonstrated in the following example.

Выплавка сплава системы Cu-Ni-Si-B-Ce-La-Y-SiC осуществлялась в индукционной печи типа СНОЛ в алундовых тиглях. Последовательность введения шихтовых компонентов такова: (Cu+Ni)→(Si+B)→SiC-(Ce+La+Y). Вес слитка составлял 1.0 кг. SiC вводили в расплав с помощью специальной насадки. Порошок SiC перемешивался в электромагнитном поле индуктора и оставался равномерно распределенным по объему сплава после затвердевания. После ввода РЗЭ производился отсос расплава в кварцевые трубки диаметром 5 мм с помощью компрессора КД-1. Таким образом, получались прутки длиной 35-45 мм, удобные для формирования «капли».Smelting of an alloy of the Cu-Ni-Si-B-Ce-La-Y-SiC system was carried out in an induction furnace of the SNOL type in alundum crucibles. The sequence of introduction of charge components is as follows: (Cu+Ni)→(Si+B)→SiC-(Ce+La+Y). The weight of the ingot was 1.0 kg. SiC was introduced into the melt using a special nozzle. The SiC powder was mixed in the electromagnetic field of the inductor and remained evenly distributed throughout the volume of the alloy after solidification. After the introduction of rare-earth elements, the melt was sucked into quartz tubes 5 mm in diameter using a KD-1 compressor. Thus, rods with a length of 35-45 mm were obtained, convenient for the formation of a “drop”.

Литье микропровода осуществляли на установке типа ITMF-3 с использованием стеклотрубок из боросиликатного стекла С37-2. Мощность установки 2 кВт; рабочая частота 880 кГц. Формирование капли осуществлялось в течение 5 минут. Процесс настраивался быстро и протекал весьма устойчиво.The casting of the microwire was carried out on an ITMF-3 installation using glass tubes made of C37-2 borosilicate glass. Installation power 2 kW; operating frequency 880 kHz. The formation of the drop was carried out for 5 minutes. The process was set up quickly and proceeded very steadily.

Были получены микропровода с даметром жилы 5, 12 и 20 мкм длиной от 1,5 до 5,0 км (табл.1).Were obtained microwire with a core diameter of 5, 12 and 20 microns in length from 1.5 to 5.0 km (table 1).

Таким образом, оптимизирован состав сплава для литья высокопрочных резистивных микропроводов за счет:Thus, the composition of the alloy for casting high-strength resistive microwires is optimized due to:

- выбранного соотношения между количеством в сплаве меди и никеля для обеспечения требуемого ТКС микропроводов;- the selected ratio between the amount of copper and nickel in the alloy to provide the required TCS of microwires;

- введения кремния и бора, что обеспечивает быструю настройку процесса литья и устойчивое его протекание;- the introduction of silicon and boron, which ensures a quick setting of the casting process and its stable flow;

- введения редкоземельных элементов (церия, лантана и иттрия), что приводит к дегазации «капли» и также гарантирует длительное и устойчивое протекание процесса литья;- the introduction of rare earth elements (cerium, lanthanum and yttrium), which leads to degassing of the "drop" and also guarantees a long and stable flow of the casting process;

- введения SiC, при этом обеспечивается существенное повышение прочности микропровода, что гарантирует его успешное использование при намотке резистивных элементов на современном высокоскоростном оборудовании.- introduction of SiC, which provides a significant increase in the strength of the microwire, which guarantees its successful use when winding resistive elements on modern high-speed equipment.

Claims (2)

Сплав для литья микропроводов, содержащий медь, никель, церий, лантан и иттрий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бор, кремний и карбид кремния и имеет следующий состав, мас.%:An alloy for casting microwires containing copper, nickel, cerium, lanthanum and yttrium, characterized in that it additionally contains boron, silicon and silicon carbide and has the following composition, wt.%: никель nickel 40,0-42,0 40.0-42.0 кремнийsilicon 2,5-3,2 2.5-3.2 борboron 0,8-1,2 0.8-1.2 церийcerium 0,2-0,6 0.2-0.6 лантан lanthanum 0,1-0,5 0.1-0.5 иттрий yttrium 0,2-0,6 0.2-0.6 карбид кремнияsilicon carbide 4,0-6,04.0-6.0 медьcopper остальное rest
RU2022132888A 2022-12-13 Copper-nickel alloy for casting microwires in glass insulation RU2801844C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2801844C1 true RU2801844C1 (en) 2023-08-16

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2814118C1 (en) * 2023-08-25 2024-02-22 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") Wear-corrosion-resistant copper-nickel alloy

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU553302A1 (en) * 1975-07-31 1977-04-05 Предприятие П/Я М-5273 Copper based alloy
JP3980153B2 (en) * 1998-03-09 2007-09-26 日新製鋼株式会社 Low temperature fuel cell separator
RU2525876C1 (en) * 2013-02-26 2014-08-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Copper-based alloy
RU2553799C2 (en) * 2013-11-12 2015-06-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Wear and corrosion resistant copper-nickel alloy
KR101570555B1 (en) * 2008-07-31 2015-11-19 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 Copper alloy material for electrical and electronic components, and manufacturing method therefor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU553302A1 (en) * 1975-07-31 1977-04-05 Предприятие П/Я М-5273 Copper based alloy
JP3980153B2 (en) * 1998-03-09 2007-09-26 日新製鋼株式会社 Low temperature fuel cell separator
KR101570555B1 (en) * 2008-07-31 2015-11-19 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 Copper alloy material for electrical and electronic components, and manufacturing method therefor
RU2525876C1 (en) * 2013-02-26 2014-08-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Copper-based alloy
RU2553799C2 (en) * 2013-11-12 2015-06-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Wear and corrosion resistant copper-nickel alloy

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2814118C1 (en) * 2023-08-25 2024-02-22 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") Wear-corrosion-resistant copper-nickel alloy

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105821253B (en) The lightweight high conductivity and heat heat resistance aluminum conductor and its preparation technology of a kind of plus iron
CN104946936B (en) A kind of aerial condutor high conductivity rare earth duralumin monofilament material
CN102021444B (en) High-conductive heat-resistant aluminium alloy conductor and preparation method thereof
LU500862B1 (en) Copper alloy wire for connector and method for manufacture thereof
CN104789815A (en) High-resistant chromium-nickel electric heating alloy and preparation process thereof
CN105039850A (en) High-strength and low-expansion hot-rolled invar alloy
CN102482732A (en) Copper alloy wire and process for producing same
CN109055823A (en) Novel high-resistance electrothermic alloy Cr20Ni80Al and preparation method thereof
CN110106418A (en) A kind of rare earth molybdenum and tungsten alloy and preparation method thereof for cutting wire
CN114921735A (en) Thermal regulation and control method for improving mechanical property of high Nb-TiAl alloy for casting
RU2801844C1 (en) Copper-nickel alloy for casting microwires in glass insulation
CN104911408B (en) A kind of hard aluminum wire monofilament and preparation method thereof
CN114807765B (en) Invar alloy with high strength and low expansion coefficient and preparation method thereof
JP2017179502A (en) Copper alloy sheet excellent in strength and conductivity
CN100478470C (en) Precise resistive Cu-Mn-Ga-Ge alloy and preparation method thereof
CN105154726A (en) Aluminum alloy material and aluminum alloy cable
JP2012251219A (en) Heat resistant titanium alloy
CN110106448B (en) Low-expansion alloy material and preparation method thereof
CN117265360A (en) Composite precipitation strengthening type high-entropy alloy and preparation method thereof
JPH09111366A (en) Heat-resistant platinum material
CN103971781A (en) High-strength high-electroconductivity rare-earth and copper alloy electromagnetic wire and preparation process thereof
CN110592420B (en) Tin-plated silver-copper alloy fuse wire for high-breaking glass fuse and preparation method thereof
CN113502423A (en) High-plasticity and high-strength cast beryllium-aluminum alloy and preparation method thereof
CN109609880B (en) Metalloid-containing light rare earth-based bulk amorphous alloy and preparation method thereof
JP2014218698A (en) Copper alloy material and connector part