無(wú)磁蒙乃爾材料漏氣原因分析

　　微波真空電子器件廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星通信、電子加速器等方面。蒙乃爾材料也稱鎳-銅合金，其常被應(yīng)用于微波真空電子器件，其性能好壞將直接影響微波源的可靠性和壽命。但在用銀銅焊料對(duì)蒙乃爾材料進(jìn)行釬焊封接時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生漏氣現(xiàn)象，直接給應(yīng)用者造成損失。針對(duì)這一現(xiàn)象做了一系列的試驗(yàn)，并結(jié)合相關(guān)的理論知識(shí)對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的分析，從工藝控制角度來(lái)探尋適宜可行的解決方法。介紹了在封接工藝中蒙乃爾材料合金退火的重要性及目的，并分析得出了蒙乃爾材料合金退火的溫度及氣氛。

　　微波真空電子器件廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星通信、粒子加速器、全球定位、可控?zé)岷司圩兗拔磥?lái)軍事前沿的高功率微波武器等方面。歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，雖然常規(guī)微波真空電子器件及相關(guān)技術(shù)的理論已基本成熟，并且隨著半導(dǎo)體工業(yè)的迅速發(fā)展，微波固態(tài)器件在某些領(lǐng)域逐漸替代了微波電真空器件，特別是在低頻段，固態(tài)器件起著越來(lái)越重要的作用。但是由于微波固態(tài)器件的互作用區(qū)和散熱區(qū)在同一區(qū)域，而微波真空電子器件的互作用區(qū)和散熱區(qū)分開在慢波區(qū)和收集極兩個(gè)區(qū)域，因而在高頻段、大功率微波器件方面，微波真空電子器件仍占據(jù)著不可動(dòng)搖的地位，并且微波真空電子器件在耐惡劣環(huán)境的可靠性以及制造工藝的相對(duì)簡(jiǎn)單性也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著現(xiàn)代微波技術(shù)的發(fā)展，微波器件對(duì)功率、頻率、帶寬等工作特性不斷提出新的發(fā)展需求，這些需求主要表現(xiàn)在要求更高的頻率、更大的功率、更寬的頻帶、更高的效率和新的工作特性，這些需求進(jìn)而對(duì)微波真空電子器件及支撐技術(shù)的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。

　　材料是真空電子器件技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，真空電子器件的技術(shù)、指標(biāo)是否先進(jìn)，產(chǎn)品的質(zhì)量能否得到保證，除設(shè)計(jì)、制造工藝外，材料的性能也是一個(gè)重要因素，而且往往是決定性因素。真空電子器件材料具有門類多、品種雜、技術(shù)高、用量少、投資大、效益低的特點(diǎn)，加之軍用真空電子器件是一種戰(zhàn)略性物資，一直受到美國(guó)及其西方盟友的禁運(yùn)，相關(guān)的材料也受到牽連。目前，我國(guó)軍用真空電子器件在科研生產(chǎn)中所用材料約有60大類和4000 個(gè)以上的規(guī)格品種，包括了自然界中70% 以上的元素，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。

　　無(wú)磁蒙乃爾(Monel 403)是以鎳為主的鎳銅合金的一種，它具有高強(qiáng)度、延性、可焊性和優(yōu)良的耐蝕能力。在室溫下成弱磁性，正常的處理工藝(如熱軋、鍛造、退火等)對(duì)它的磁導(dǎo)率影響很小。無(wú)磁蒙乃爾(Monel 403)在電真空器件中主要用來(lái)做管殼、電子槍零件等要求無(wú)磁性的零部件，但在用銀銅焊料對(duì)蒙乃爾材料進(jìn)行釬焊封接時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生漏氣現(xiàn)象，直接給應(yīng)用者造成損失。因此真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認(rèn)為分析無(wú)磁蒙乃爾材料焊接過(guò)程的漏氣原因具有十分重要的意義。

1、無(wú)磁蒙乃爾材料漏氣現(xiàn)象

　　蒙乃爾材料零件焊接后出現(xiàn)漏氣，仔細(xì)撿漏后發(fā)現(xiàn)是材料漏氣而不是焊縫漏氣。經(jīng)過(guò)對(duì)焊接零件(銀焊料)的掃描電鏡分析，發(fā)現(xiàn)漏氣零件的蒙乃爾材料表面出現(xiàn)大量大的晶粒間界且有銀焊料滲出，如圖1所示，蒙乃爾材料零件尺寸Φ8.0mm×7.0mm。

圖1 銀焊料焊接后蒙乃爾材料零件表面形貌(漏氣)

　　對(duì)加工的零件進(jìn)行加熱處理后的表面形貌進(jìn)行了分析，見圖2。

圖2 臥式氫爐850℃加熱15min蒙乃爾材料零件表面形貌(漏氣)

　　這說(shuō)明蒙乃爾材料零件焊接后漏氣原因是由于蒙乃爾材料晶粒長(zhǎng)大出現(xiàn)大晶粒晶界造成的，因此要控制蒙乃爾材料焊接后漏氣必須控制蒙乃爾材料的晶粒長(zhǎng)大。

4、結(jié)論

　　蒙乃爾材料零件漏氣原因是由于材料的前期高溫退火工藝(850～900℃保溫1h)造成的，實(shí)踐證明這一退火工藝會(huì)造成大量蒙乃爾材料零件的漏氣。加熱溫度和加熱時(shí)間直接關(guān)系到材料的最終晶粒尺寸，因此要仔細(xì)考慮加熱參數(shù)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知未退火的蒙乃爾材料經(jīng)過(guò)各種加熱處理后都未發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，因此建議蒙乃爾材料不退火或進(jìn)行低溫退火(600～650℃)�，F(xiàn)在采用未退火蒙乃爾材料加工焊接的零件沒(méi)有再出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

　　由于升溫和降溫時(shí)間較短，采用臥式氫爐焊接的蒙乃爾材料零件表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大的現(xiàn)象。采用立式氫爐和真空爐焊接，由于其升溫和降溫時(shí)間較長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)高溫焊接后蒙乃爾材料零件表面發(fā)現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大的現(xiàn)象，隨著處理溫度的提高和時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒間界逐漸變大。雖然蒙乃爾材料晶粒長(zhǎng)大出現(xiàn)大量晶界并不足以使零件漏氣，但會(huì)使蒙乃爾材料的強(qiáng)度下降和滲氣等現(xiàn)象的發(fā)生。

　　含有蒙乃爾材料的零件應(yīng)盡量避免多次高溫加熱，使用臥式高純氫(或露點(diǎn)低于-60℃的氫氣)爐進(jìn)行蒙乃爾材料的高溫焊接，這樣蒙乃爾材料的零件可以不用加熱處理后再進(jìn)行化學(xué)清洗(或進(jìn)行化學(xué)清洗后再化學(xué)鍍鎳后燒氫)而直接進(jìn)行焊接，從而避免蒙乃爾材料的零件因高溫加熱次數(shù)過(guò)多而帶來(lái)的晶粒長(zhǎng)大而出現(xiàn)晶界，從而避免蒙乃爾材料漏氣、強(qiáng)度下降、滲氣等現(xiàn)象的發(fā)生。