Makalah ini menerangkan status aplikasi, arah pembangunan masa depan dan cabaran teknikal semasa aloi invar dalam bidang pembuatan ketepatan. Bertujuan untuk masalah kestabilan kualiti dan kualiti permukaan aloi invar yang lemah, satu siri strategi pengoptimuman dicadangkan, yang memberikan asas teoretikal penting dan sokongan teknikal untuk pengembangan aplikasi dan peningkatan teknikal aloi invar dalam industri pembuatan akhir -.
Kata pengantar
01
Aloi Invar adalah aloi ketepatan yang terdiri daripada besi (Fe) dan nikel (Ni), dengan kandungan tipikal sebanyak 64% dan 35% hingga 36%. Besi dan nikel membentuk wajah - struktur kristal yang berpusat (FCC) dalam perkadaran tertentu. Komposisi dan struktur yang unik memberikan sifat khas. Ciri yang paling ketara ialah ia mempunyai pekali pengembangan terma yang sangat rendah (<2×10-6/℃) within a specific temperature range, and there is no significant thermal expansion and contraction phenomenon. It has excellent dimensional stability, which makes it have unique advantages in applications requiring high dimensional stability and is an indispensable material in the field of precision manufacturing. At the same time, Invar alloy also has good mechanical properties, including high strength, high hardness, good ductility and toughness. Invar alloy also has excellent electrical conductivity and magnetic permeability, which can be used in a wider range of applications [1-3].
Makalah ini secara sistematik akan menganalisis status aplikasi semasa dan arahan pembangunan masa depan aloi invar dalam bidang pembuatan ketepatan dari aspek permintaan pasaran dan aplikasi baru muncul.
Permintaan pasaran
02
Dengan perkembangan sains dan teknologi pesat, keperluan dan keperluan kualiti bahan dalam bidang pembuatan ketepatan tinggi - terus meningkat. Aloi Invar telah digunakan secara meluas dalam instrumen aeroangkasa, industri elektronik dan metrologi kerana kelebihan prestasi uniknya [4, 5].
2.1 Aeroangkasa
Tinggi - peralatan ketepatan seperti komponen satelit, sistem navigasi inersia dan gyroscopes perlu beroperasi dengan stabil untuk masa yang lama dan mengekalkan ketepatan yang tinggi di bawah perubahan suhu yang melampau. Mereka mempunyai keperluan yang sangat tinggi untuk prestasi material. Sistem navigasi inersia (INS) adalah peranti penting untuk navigasi dan kawalan kenderaan aeroangkasa yang tepat. Komponen terasnya termasuk gyroscopes dan accelerometers. Komponen ini mempunyai keperluan yang sangat tinggi untuk kestabilan bahan dan ketepatan. Aloi Invar sesuai untuk pembuatan komponen mekanikal ketepatan kerana kestabilan dimensi yang sangat baik dan sifat mekanikalnya, memastikan kebolehpercayaan di bawah operasi jangka panjang -.
Gyroscopes terutamanya digunakan sebagai sensor utama untuk navigasi dan kawalan. Ketepatan mereka secara langsung memberi kesan kepada ketepatan navigasi kenderaan aeroangkasa. Aloi invar digunakan secara meluas untuk mengeluarkan komponen perumahan dan dalamannya, membolehkan gyroscopes untuk mengekalkan keupayaan pengukuran ketepatan - yang tinggi.
2.2 Industri Elektronik
Aloi Invar terutamanya digunakan dalam industri elektronik untuk mengeluarkan termostat, perintang ketepatan, dan substrat litar bersepadu. Thermostats perlu mengekalkan kawalan yang tepat apabila suhu berubah, dan pekali pengembangan haba yang rendah bagi aloi invar dapat memastikan keperluan ini. Perintang ketepatan dan substrat litar bersepadu mempunyai keperluan yang sangat tinggi untuk kestabilan saiz dan sifat elektrik, dan kekonduksian yang baik dan kestabilan aloi invar memenuhi keperluan ini. Oleh kerana produk elektronik berkembang ke arah ketepatan tinggi dan kebolehpercayaan yang tinggi, aloi invar telah menjadi bahan penting untuk pembuatan komponen elektronik utama kerana kelebihan prestasi uniknya [6-8].
Litar Bersepadu (ICS) adalah komponen teras peranti elektronik moden, dan mereka memerlukan kestabilan dan kekonduksian bahan yang sangat tinggi. Oleh kerana pekali pengembangan terma yang rendah dan sifat mekanikal yang baik, aloi invar secara berkesan dapat menghalang ubah bentuk papan litar yang disebabkan oleh perubahan suhu, jadi ia digunakan secara meluas dalam pembuatan substrat litar bersepadu, dengan itu meningkatkan kestabilan kerja dan hayat perkhidmatannya.
Thermostats perlu mengekalkan kawalan suhu yang tepat apabila suhu berubah untuk memastikan operasi biasa peralatan elektronik. Aloi Invar dapat memastikan bahawa termostat dapat mengekalkan kawalan yang tepat apabila suhu berubah -ubah, mengelakkan kemerosotan prestasi peranti akibat perubahan suhu.
Resistor ketepatan memerlukan nilai rintangan mereka kekal stabil apabila suhu berubah, dan boleh digunakan secara meluas dalam pelbagai peranti elektronik. Koefisien pengembangan haba yang rendah dan kekonduksian yang sangat baik bagi aloi invar menjadikannya bahan yang ideal untuk pembuatan perintang ketepatan.
FMM (topeng logam ketepatan) Bahan jalur nipis adalah bahan teras OLED (cahaya organik - memancarkan teknologi paparan, dan produk yang berkaitan ditunjukkan dalam Rajah 1. Ia digunakan secara meluas dalam telefon pintar, TV, tablet, jam tangan pintar dan peranti realiti maya. Teknologi FMM adalah teknologi teras untuk merealisasikan pembuatan skrin paparan OLED resolusi tinggi -, dan jalur nipis aloi invar adalah bahan utama FMM. Oleh kerana keperluan ketepatan tinggi dan kestabilan yang tinggi, jalur nipis aloi invar untuk FMM perlu mempunyai pekali pengembangan terma yang sangat rendah dan kekuatan mekanikal yang tinggi untuk memastikan corak topeng ketepatan - tinggi dapat dikekalkan semasa proses pembuatan skrin paparan OLED. Terutama dalam pengeluaran resolusi tinggi - dan paparan OLED kecil -, keperluan prestasi untuk jalur aloi invar lebih ketat. Pada masa ini, permintaan pasaran untuk jalur aloi invar untuk FMM adalah kuat, tetapi masih terdapat kekurangan dalam teknologi pengeluaran dan sokongan rantaian industri. Pada masa akan datang, adalah perlu untuk meningkatkan pelaburan R & D, meningkatkan teknologi pengeluaran dan tahap proses, mewujudkan pemeriksaan kualiti lengkap dan sistem standard, meningkatkan sokongan rantaian industri, meneroka bidang aplikasi yang baru muncul, dan secara komprehensif meningkatkan daya saing kualiti dan pasaran jalur aloi invar.
Rajah 1 Invar aloi FMM (topeng logam ketepatan)
2.3 Instrumen mengukur
Aloi invar digunakan secara meluas dalam pembuatan blok tolok ketepatan - yang tinggi dan penguasa grating. Instrumen ini mempunyai keperluan yang sangat tinggi untuk kestabilan dimensi bahan. Bahan ini adalah pilihan yang ideal kerana pekali pengembangan terma yang sangat rendah dan sifat mekanik yang sangat baik. Blok tolok dan penguasa grating memainkan peranan penting dalam pengeluaran perindustrian dan penyelidikan saintifik. Penggunaan aloi invar telah meningkatkan ketepatan dan kebolehpercayaan alat -alat ini [9, 10]. Blok pengukur aloi invar dan penguasa grating ditunjukkan dalam Rajah 2.
a) blok tolok invar
b) penguasa grating
Rajah 2 blok tolok invar dan penguasa grating
Blok tolok adalah instrumen standard untuk penentukuran panjang dan pengukuran, dan ketepatannya secara langsung mempengaruhi ketepatan pengeluaran industri dan penyelidikan saintifik. Dalam persekitaran dengan perubahan suhu, blok tolok invar dapat mengekalkan kestabilan panjangnya, dengan itu memastikan ketepatan hasil pengukuran.
Penguasa grating digunakan dalam sistem pengukuran dan kedudukan ketepatan dan digunakan secara meluas dalam peralatan seperti alat mesin, mikroskop, dan menyelaras mesin pengukur. Koefisien pengembangan terma yang rendah dan kekuatan mekanikal yang tinggi dari aloi invar menjadikannya bahan pilihan untuk pembuatan tinggi - penguasa grating ketepatan. Penguasa grating aloi invar dapat mengekalkan dimensi yang stabil apabila suhu berubah, memastikan ketepatan pengukuran dan kedudukan ketepatan.
2.4 Aplikasi Muncul
Pembuatan pintar dan peranti yang boleh dipakai adalah kawasan aplikasi yang baru muncul untuk aloi invar. Pembuatan pintar memerlukan bahan dengan ketepatan yang tinggi dan kestabilan yang tinggi, dan sifat unik aloi invar hanya memenuhi keperluan ini. Dalam peranti yang boleh dipakai, ciri -ciri kekuatan ringan dan tinggi - aloi invar menjadikannya bahan yang ideal. Di samping itu, biokompatibiliti aloi invar juga menyediakan kemungkinan kemungkinan untuk permohonannya dalam peranti perubatan. Komponen satelit perlu mengekalkan saiz dan prestasi yang stabil dalam perubahan suhu yang melampau dan persekitaran vakum. Ciri -ciri aloi invar menjadikannya bahan yang ideal untuk bingkai satelit pembuatan, kurungan antena dan bahagian struktur utama yang lain.
(1) Pembuatan Pintar Pembuatan Pintar mempunyai keperluan yang tinggi untuk ketepatan dan kestabilan material, dan sifat unik aloi invar hanya memenuhi keperluan ini. Dalam bidang pembuatan pintar, aloi invar boleh digunakan dalam alat mesin ketepatan -, peralatan pengukur ketepatan dan sistem kawalan automatik, dan lain -lain, yang dapat meningkatkan prestasi dan kebolehpercayaan peralatan. Aplikasi aloi invar dalam gelendong dan panduan kereta api alat mesin ketepatan dapat memastikan bahawa alat mesin masih dapat mengekalkan keupayaan pemprosesan ketepatan - ketika berjalan pada kelajuan tinggi, dengan itu meningkatkan kecekapan pengeluaran dan kualiti produk.
(2) Peranti yang boleh dipakai Peranti yang boleh dipakai yang ditunjukkan dalam Rajah 3 memerlukan bahan kekuatan ringan dan tinggi -. Aloi Invar juga mempunyai potensi aplikasi tertentu dalam hal ini. Aloi invar mempunyai biokompatibiliti tertentu. Pada masa akan datang, dengan mengkaji selanjutnya biokompatibiliti dan sifat mekanik aloi invar, aplikasinya dalam peranti yang boleh dipakai dapat diperluaskan.
Rajah 3 Peranti yang boleh dipakai
Cabaran dan langkah penambahbaikan
03
(1) Kestabilan kualiti dan prestasi yang tidak mencukupi Bekalan bahan mentah yang tinggi - untuk aloi invar adalah faktor utama yang menyekat kualiti dan kestabilannya. Pengurusan rantaian penyediaan dan bekalan tinggi - besi kesucian dan nikel secara langsung mempengaruhi keseragaman komposisi dan mikrostruktur aloi invar, dengan itu mempengaruhi sifat fizikal dan mekanikalnya. Mengoptimumkan rantaian bekalan bahan mentah dan memastikan bekalan stabil bahan mentah yang tinggi - adalah kunci untuk meningkatkan kualiti aloi invar.
Teknologi peleburan vakum dan elektroslag adalah kaedah yang berkesan untuk meningkatkan kesuritan dan keseragaman komposisi aloi invar. Pencairan vakum berkesan mengurangkan pencampuran kekotoran dan meningkatkan kesucian aloi dengan mencairkan logam di bawah keadaan vakum yang tinggi. Teknologi Remelting Electroslag menggunakan arus elektrik untuk melewati elektrod untuk mencairkan logam dan mencairkannya di bawah lapisan penutup elektroslag, dengan berkesan menghapuskan kemasukan dan meningkatkan lagi keseragaman komposisi dan kualiti mikrostruktur aloi.
Pada masa ini, beberapa bidang aplikasi khas seperti bahan teras aloi invar untuk pengaliran dan acuan aloi invar memerlukan sifat mekanikal yang sangat baik sambil memastikan ciri -ciri pengembangan yang rendah bahan. Sesetengah kajian telah menggunakan strategi microalloying untuk mengukuhkan aloi invar, dan telah mencapai beberapa hasil. Ini adalah kaedah untuk meningkatkan sifat bahan dan mengembangkan aplikasi [11-15].
(2) Keterbatasan peralatan pemprosesan dan proses rawatan haba Proses pemprosesan dan rawatan haba aloi invar mempunyai kesan penting terhadap prestasinya. Walau bagaimanapun, masih terdapat kekurangan yang jelas dalam peralatan pemprosesan ketepatan - yang tinggi dan kawalan proses rawatan haba, yang menjadikannya sukar untuk ketepatan dimensi dan kualiti permukaan aloi untuk memenuhi keperluan pasaran akhir tinggi -. Khususnya, semasa proses rawatan haba, kekurangan perubahan suhu perubahan fasa dan peraturan mikrostruktur dengan serius mempengaruhi prestasi pengembangan yang rendah dan sifat mekanik aloi invar.
Pengoptimuman proses rawatan haba adalah penting untuk peningkatan prestasi aloi invar. Kawalan tepat suhu perubahan fasa dan peraturan mikrostruktur adalah kunci. Dengan mengoptimumkan suhu dan masa rawatan haba, pekali pengembangan terma aloi invar dapat dikurangkan dengan berkesan dan kestabilan dimensinya dapat diperbaiki. Pada masa yang sama, dengan mengawal parameter kadar penyejukan dan proses, mikrostruktur aloi invar dapat dioptimumkan dan sifat mekanikalnya dan ketepatan dimensi dapat ditingkatkan [16-18].
(3) Permintaan untuk ketepatan dimensi dan kualiti permukaan yang lebih baik. Memandangkan permintaan pasaran untuk produk berkualiti tinggi - terus berkembang, keperluan untuk ketepatan dimensi dan kualiti permukaan aloi invar juga semakin tinggi dan lebih tinggi. Bagaimana untuk meningkatkan ketepatan dimensi dan kualiti permukaan aloi invar sambil memastikan prestasi pengembangan yang rendah dari aloi telah menjadi cabaran teknikal utama yang dihadapi oleh aloi invar dalam aplikasi akhir tinggi -. Terutama dalam industri aeroangkasa dan elektronik, keperluan untuk ketepatan bahan sangat ketat, yang memerlukan peningkatan lebih lanjut prestasi komprehensif aloi invar dengan mengoptimumkan teknologi pemprosesan dan teknologi kawalan.
Pada masa ini, penyelidikan teknikal dan pembangunan dan keupayaan pengeluaran jalur aloi invar agak mundur. Terdapat beberapa syarikat yang boleh menghasilkan aloi invar, dan kebanyakannya kekal di pasaran akhir - rendah. Mereka tidak mempunyai peralatan dan teknologi pengeluaran maju, dan terdapat jurang yang besar dengan tahap maju antarabangsa dari segi ketepatan, keseragaman dan kestabilan, menjadikannya sukar untuk memenuhi permintaan untuk jalur aloi invar yang tinggi -. Penggunaan teknologi rolling sejuk maju adalah cara penting untuk meningkatkan sifat mekanikal dan ketepatan dimensi aloi invar. Penggunaan komprehensif proses pengeluaran maju yang disasarkan dapat meningkatkan prestasi komprehensif aloi invar.
Arah pembangunan masa depan
04
Pada masa akan datang, pembangunan bahan aloi invar baru akan menjadi hala tuju utama untuk meningkatkan prestasi komprehensifnya. Dengan mengoptimumkan komposisi aloi dan mengawal selia mikrostruktur, pekali pengembangan terma aloi invar dapat dikurangkan lagi, dan sifat mekanikal dan ketepatan dimensi dapat ditingkatkan. Pada masa yang sama, prestasi bahan aloi baru di bawah persekitaran aplikasi yang berbeza dikaji untuk menyediakan asas teoritis dan sokongan teknikal untuk penggunaan aloi invar dalam lebih banyak bidang.
Peningkatan prestasi komprehensif adalah tumpuan penyelidikan masa depan pada aloi invar. Dengan mengkaji secara sistematik peleburan, penempaan, rawatan haba dan teknologi pemprosesan aloi invar, mengoptimumkan pelbagai parameter proses, meningkatkan prestasi komprehensif aloi invar, dan memenuhi keperluan industri pembuatan akhir - yang tinggi.
(1) Meningkatkan pelaburan dalam penyelidikan dan pembangunan teknologi. Pembangunan pasaran aloi invar memerlukan peningkatan pelaburan dalam penyelidikan dan pembangunan teknologi untuk meningkatkan teknologi pengeluaran dan tahap proses. Dengan memperkenalkan peralatan lanjutan dan pengukuhan industri - University - kerjasama penyelidikan, kita boleh menggalakkan penemuan dalam penyediaan bahan mentah yang tinggi - dan teknologi pemprosesan ketepatan yang tinggi {{{6} Secara aktif menjalankan kerjasama antarabangsa, belajar dan memperkenalkan pengalaman teknologi pengeluaran dan pengurusan lanjutan, dan meningkatkan tahap pengeluaran aloi invar.
(2) Mewujudkan pemeriksaan kualiti lengkap dan sistem standard. Mewujudkan pemeriksaan kualiti dan sistem standard yang lengkap untuk memastikan setiap kumpulan produk dapat memenuhi keperluan ketepatan yang tinggi dan kestabilan yang tinggi, dan meningkatkan daya saing pasaran jalur aloi invar.
(3) Meningkatkan rantaian industri sokongan. Penambahbaikan rantaian industri Invar Alloy Thin adalah kunci untuk meningkatkan kapasiti pengeluaran dan tahap kualiti. Adalah perlu untuk mengukuhkan pembangunan yang diselaraskan bekalan bahan mentah, pemprosesan ketepatan dan pemprosesan seterusnya, membina sistem sokongan rantaian industri yang lengkap, meningkatkan kecekapan pengeluaran dan kualiti produk, dan memenuhi permintaan pasaran yang pesat berkembang.
4) Terokai medan aplikasi yang baru muncul. Invar Alloy mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam aeroangkasa, instrumen ketepatan dan industri elektronik. Dengan memperluaskan bidang aplikasi jalur nipis aloi invar, permintaan pasaran dan skop aplikasi dapat diperluaskan lagi.
Kesimpulan
05
Alloy Invar mempunyai prospek aplikasi yang luas dan nilai pasaran yang penting dalam bidang pembuatan ketepatan. Melalui analisis terperinci mengenai permintaan pasaran untuk aloi invar dalam aeroangkasa, industri elektronik, instrumen metrologi dan bidang aplikasi yang baru muncul, dapat dilihat bahawa ia memainkan peranan penting dalam pembuatan akhir -. Walau bagaimanapun, aloi invar masih menghadapi beberapa cabaran dalam aplikasi praktikal. Adalah perlu untuk terus meningkatkan prestasi komprehensifnya melalui strategi seperti mengoptimumkan bekalan bahan mentah, meningkatkan peralatan pemprosesan dan proses rawatan haba, dan meningkatkan ketepatan dimensi dan kualiti permukaan untuk memenuhi permintaan pasaran yang semakin meningkat dan menyediakan asas bahan yang kukuh untuk pembangunan pembuatan akhir tinggi-.
