Сплав 29НК

Сплав 29НК — прецизионный железо-никель-кобальтовый сплав с нормируемым температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР). Химический состав и нормы ТКЛР устанавливает ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки». В англоязычной практике этот класс сплавов известен под торговым обозначением Kovar.

Ключевое свойство 29НК — ТКЛР, близкий к аналогичному показателю боросиликатного стекла. Именно это позволяет создавать надёжные вакуумно-плотные стеклометаллические спаи: при нагреве и охлаждении металл и стекло расширяются практически одинаково, что исключает растрескивание спая. На этом свойстве строится основная область применения сплава.

Химический состав по ГОСТ 10994-74

Элемент	Содержание, % (масс.)
Железо (Fe)	51,14–54,5 (основа)
Никель (Ni)	28,5–29,5
Кобальт (Co)	17,0–18,0
Углерод (C)	не более 0,03
Кремний (Si)	не более 0,30
Марганец (Mn)	не более 0,40
Хром (Cr)	не более 0,10
Титан (Ti)	не более 0,10
Алюминий (Al)	не более 0,20
Медь (Cu)	не более 0,20
Сера (S)	не более 0,015
Фосфор (P)	не более 0,015

Все элементы, кроме Fe, Ni и Co, нежелательны: они искажают ТКЛР и ухудшают адгезию к стеклу. Именно поэтому состав жёстко контролируется на стадии выплавки, а сплав выплавляется в дуговых электропечах с добавлением легирующих компонентов в форме ферросплавов.

Физические свойства

Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) — определяющая характеристика

ТКЛР сплава 29НК в диапазоне температур −70…+420°C составляет (4,5–6,5)×10⁻⁶ К⁻¹. Это нормируемый показатель — именно с его контролем связано отнесение сплава к прецизионным. Стандарт устанавливает верхнюю границу точки перегиба зависимости ТКЛР(T), которая совпадает с температурой Кюри.

Для сравнения: боросиликатные стёкла марок С49-1, С52-1, С48-1, С47-1, С49-2, С51-1 имеют ТКЛР в диапазоне 20–300°C около 5,2×10⁻⁶ К⁻¹ — значения сопоставимы с 29НК, что и обеспечивает стабильность спая.

Выше точки Кюри (420°C) происходит фазовый переход II рода: сплав перестаёт быть ферромагнетиком, и ТКЛР скачком возрастает примерно до 9×10⁻⁶ К⁻¹. Этот излом ограничивает рабочий температурный диапазон для стеклометаллических спаев.

Прочие физические свойства

Свойство	Значение
Плотность	8 200 кг/м³ (8,2 г/см³)
Температура плавления	1 450°C
Модуль упругости (E)	138–196 ГПа (зависит от состояния: отожжённое или нагартованное)
Удельное электросопротивление	около 500 нОм·м при 20°C

Механические свойства (лента по ГОСТ 14080-78)

Показатель	Значение
Предел прочности (σв)	490–610 МПа
Относительное удлинение (δ)	не менее 23%

Магнитные свойства

Сплав 29НК является ферромагнетиком. Температура Кюри — 420°C: выше этой температуры сплав переходит в парамагнитное состояние, и его ТКЛР существенно возрастает. Это необходимо учитывать при эксплуатации изделий в условиях нагрева.

Коррозионная стойкость и защитные покрытия

Во влажной среде сплав 29НК подвержен коррозии и требует защитных покрытий. Стандартная практика — никелирование изготовленных деталей (в частности, токопроводящих выводов). В условиях нормальной влажности дополнительная защита, как правило, не требуется.

Технологические свойства

Сплав пластичен, хорошо обрабатывается давлением: прокатка, волочение, штамповка, давильные операции (после отжига). Обработка резанием ведётся твердосплавным инструментом при пониженной скорости подачи.

Хорошо паяется оловянно-свинцовыми припоями. Допускается пайка серебросодержащими припоями и медью. Сваривается без особых ограничений.

Подготовка к стеклометаллическому спаю

Перед спайкой со стеклом или керамикой заготовки из 29НК проходят двухэтапную термообработку:

1. Отжиг в атмосфере влажного водорода при 800–900°C — для снятия напряжений и очистки поверхности.
2. Оксидирование — нагрев на воздухе до контролируемой температуры заданной длительности с целью формирования оксидной плёнки нужной толщины. Плёнка состоит преимущественно из оксидов кобальта и никеля; она существенно улучшает адгезию к расплавленному стеклу.

При спае сквозь прозрачное бесцветное стекло проволока из 29НК выглядит медно-красной — это характерный признак правильно сформированного оксидного слоя, не признак наличия меди в составе.

Применение сплава 29НК

Основное применение — вакуумные стеклометаллические спаи в радиоэлектронной аппаратуре: токопроводящие вводы в баллонах электровакуумных приборов, газонаполненных и герметизированных устройств; металлостеклянные изоляторы; металлокерамические корпуса микросхем. Сплав применяется со стёклами марок С47-1, С48-1, С49-1, С49-2, С51-1, С52-1 и аналогичными боросиликатными стёклами с ТКЛР ≈ 5,2×10⁻⁶ К⁻¹.

Отдельные области применения: оптические приборы с широким рабочим температурным диапазоном (в том числе космические аппараты), лампы накаливания и люминесцентные лампы (кольцо или гребешок для крепления нити и ввода тока через стекло баллона).

Сплав 29НК-ВИ — модификация вакуумно-индукционной выплавки — применяется в изделиях с повышенными требованиями к чистоте состава и однородности ТКЛР. Подробнее — на странице сплава 29НК-ВИ.

Нормативная документация и формы поставки

Химический состав регламентирует ГОСТ 10994-74. Виды металлопроката, технические условия на поставку и методы испытаний — следующие действующие стандарты:

Документ	Вид продукции
ГОСТ 14080-78	Лента с нормируемым ТКЛР
ГОСТ 14081-78	Проволока с нормируемым ТКЛР
ГОСТ 14082-78	Прутки и листы с нормируемым ТКЛР
ГОСТ 1133-71	Пруток кованый круглый и квадратный
ГОСТ 2590-2006	Пруток горячекатаный круглый
ГОСТ 14955-77	Пруток круглый со специальной отделкой поверхности
ТУ 14-3-972-80	Трубы холоднодеформированные бесшовные из сплавов 29НК и 29НК-ВИ

Поставляем прокат из сплава 29НК в форме ленты, проволоки, прутка, листа и трубы. Для уточнения типоразмеров, наличия и условий поставки — обращайтесь. Также в ассортименте сплавы никеля смежных групп.