精密合金｜Precision alloy

一、1J36牌号概述

1J36是一种典型的铁镍基软磁合金，属于因瓦合金（Invar）的一种，因其在居里温度以下具有极低的热膨胀系数而得名。其化学成分主要为：

• 镍（Ni）含量：35.0%~37.0%

• 铁（Fe）含量：余量

• 其他元素：碳（C）≤0.03%、硅（Si）≤0.2%、锰（Mn）≤0.6%、磷（P）≤0.02%、硫（S）≤0.02%

1J36合金的居里温度约为230℃，在低于此温度时，合金呈现铁磁性，且热膨胀系数极低；高于此温度时，合金变为无磁性，热膨胀系数显著增大。

二、材料性能

1. 软磁性能

• 高磁导率：1J36合金具有优良的初始磁导率，适合高频和高效能应用。

• 低矫顽力：矫顽力通常在4~8 A/m，磁滞损耗低，易于磁化和退磁。

• 高饱和磁感应强度：室温下饱和磁感应强度约为0.8 T，300℃时约为0.6 T，500℃时约为0.4 T。

• 低剩余磁感应强度：剩磁密度约为0.5 T，适合需要快速响应的电磁器件。

2. 热膨胀性能

• 极低的热膨胀系数：在20℃到100℃范围内，热膨胀系数约为1.2×10⁻⁶/℃至1.5×10⁻⁶/℃，在室温至100℃范围内尺寸稳定性极佳。

• 温度稳定性：在-50℃至100℃环境下，磁性能变化率小于10%，适合宽温域应用。

3. 力学性能

• 抗拉强度：约460 MPa

• 伸长率：δ5约为40%

• 硬度：通常在HB180-200之间，高温处理后略有下降，500℃下仍能保持在HB160左右。

• 良好的加工性能：1J36合金易于进行压铸、铣削、焊接和成型等加工工艺。

4. 耐腐蚀性能

• 高耐腐蚀性：在高湿度、水气、盐雾或肼类介质中表现出优异的耐腐蚀性能，适合在恶劣环境中工作。

5. 物理性能

• 密度：约8.1 g/cm³

• 电阻率：约0.8 μΩ·m

• 热导率：较低，仅为45钢的1/3~1/4，适合需要低热导的应用。

三、应用领域

1. 电磁器件

• 用于制造在氧化性介质和肼类介质中工作的电磁器件，如电磁阀、电枢、电磁铁、分动阀、液压阀的磁导体。

• 在潮湿和侵蚀性介质中无防护层工作的各种控制装置。

2. 精密仪器

• 用于制造需要高尺寸稳定性的精密仪器和仪表，如光学仪器、天文望远镜、激光干涉仪等。

3. 航空航天

• 用于制造飞行器的高温部件，如发动机和控制系统，因其低热膨胀系数和高尺寸稳定性。

4. 电子工业

• 用于高频电子设备的磁屏蔽和精密仪器，如5G基站、数据中心电源模块中的高频电感、变压器磁芯。

5. 钟表制造

• 其热稳定性使其能够保持精确的尺寸和时间准确性，被广泛应用于制造钟表的内部部件。

6. 量子通信与新兴领域

• 在量子通信设备中用于超导电路磁通阱构造。

• 在自旋电子学器件中，支持低磁各向异性，适用于磁随机存储器（MRAM）等。

四、加工与热处理

1. 热处理工艺

• 消除应力退火：530~550℃，保温1~2小时，炉冷。

• 中间退火：830~880℃，保温30分钟，炉冷或空冷。

• 稳定化处理：获得低膨胀系数且性能稳定的处理。

2. 焊接工艺

• 可采用所有焊接工艺，包括钨电极焊、金属电弧焊、等离子焊、氩弧焊、手工电弧焊等。

• 优先采用脉冲电弧焊，焊接前材料需处于退火态，干净、无油污，层间温度应低于120℃。

3. 表面处理

• 可采用喷砂、抛光或酸洗。酸洗可采用25% HCl溶液在70℃下清除氧化皮。

五、技术优势与产业价值

1. 系统能效优化：相比铁氧体材料，1J36器件在20 kHz以上频段损耗降低50%~70%。

2. 空间压缩能力：相同功率等级下，磁性元件体积可缩减至传统设计的1/3。

3. 信号保真度提升：在10~100 MHz频段，磁芯损耗角正切值（tanδ）下降2个数量级。

4. 全生命周期成本：尽管材料单价较高，但器件寿命延长30%~50%，综合成本降低。

六、未来技术融合趋势

1. 太赫兹波导器件：利用超薄合金膜（<10 nm）的表面等离子体效应。

2. 磁-光集成芯片：与铌酸锂薄膜结合实现电-磁-光信号转换。

3. 量子比特保护：构建三维磁屏蔽腔体抑制退相干效应。