金属材料百科

电真空用镍合金

2023-06-30

英文

nickel alloy for electronictube

简介

用于制作电真空器件的镍合金。分为氧化物阴极和电真空结构用镍合金两类。氧化物阴极用镍合金又分为直热式和旁热式两种,中国常用的是旁热式镍合金。

氧化物阴极用镍合金 这类合金中含有对碱土金属(钡、锶、钙等)氧化物有强烈还原作用的合金元素,如硅、镁、钙、锆、稀土金属、钨、铼等。对这些合金的要求是:在阴极工作温度范围内,无显著蒸发、对阴极发射有利、对氧化物层的稳定性高、易彻底除气以及辐射和热传导系数小。

分类 工业上常用的氧化物阴极用镍合金有镍硅合金、镍镁合金、镍硅镁合金和镍钨合金。

(1)镍硅合金。最先用作旁热式氧化物阴极基金属的镍合金。在阴极工作过程中氧化物层与基金属接触面上产生一层高电阻的化合物(Ba2SiO4)。这层化合物阻碍硅原子的继续扩散,降低阴极的发射电流,缩短电真空器件的寿命。因此,长寿命、大功率阴极用的镍合金中硅含量应限制在万分之一以下。

(2)镍镁合金。用含镁的镍合金作阴极基金属时,阴极可以获得较大的发射电流及长的寿命(10000~90000h);合金中加入较多的镁时,因镁的大量蒸发,造成极间漏电及电容增加,使阴极工作失常,故氧化物阴极用镍合金中常含有0.03%~0.15%Mg。

(3)镍硅镁合金。又称DN镍。在阴极基金属中加入少量的硅和镁,可以使氧化物阴极获得更大的初始电流和较长的使用寿命,保证电真空器件起动迅速以及所需的各种电气性能。

(4)镍钨合金。旁热式氧化物阴极用镍合金中加入钨(铼)的主要目的在于提高合金的热强度和耐震性。钨对氧化物阴极的脉冲发射无明显影响,经10000h寿命试验的阴极基金属中钨的分布无明显变化。20世纪50~70年代,世界各国用含2%~6%W的镍合金为基础,研制了一系列氧化物阴极用镍合金。由于这些合金的应用,使电真空器件的功率、使用寿命、抗震性都有显著的提高。

(5)含钙、锆的镍合金。钙对碱土金属氧化物有很强的还原作用,用含0.07%~0.2%Ca的镍合金制造氧化物阴极时,可以获得激活性能好、发射电流大、抗干扰能力强、耐离子轰击、寿命较长的阴极。如在合金中加入较多的钙(大于0.2%),将使合金的加工性能急剧变差。合金中加锆作还原剂时,能使镍的再结晶温度和热强度明显地提高。用含0.08%~0.23%Zr的镍合金制成的阴极可获得蒸发最少、活性好、发射电流大、寿命长(10000~90000h)的好效果。

有害杂质 铜、镉、锡、铅、铋、锑、铁、锌、硫、磷、砷等是氧化物阴极用镍合金中的有害杂质。它们的存在将使阴极发射电流大大降低,寿命缩短,应严格控制它们的含量。

成分和性能 常用中国牌号旁热式氧化物阴极用镍合金的主要化学成分和力学性能列于表。

旁热式氧化物阴极用镍合金的主要化学成分和力学性能

牌 号 主要成分/% 力 学 性 能
状态 抗拉强度≥/MPa 伸长率≥/% 布氏硬度≥/MPa
DN镍 Ni-0.1Si-0.1Mg
392
580
30
2
 
NSi 0.19 Ni-0.19Si
392
580
35
2
 
NMg0.1 Ni-0.1Mg
392
580
35
2
 
NW4-0.15 Ni-4W-0.15Ca
398
803
30
5
 
NW4-0.1 Ni-4W-0.1Zr
467
849
37
6
380
2560
NW4-0.07 Ni-4W-0.07Mg
490
867
48
9
1460
2370
NW4-0.2~0.05 Ni-4W-0.05Mg-0.2Zr
515
860
37
4
1270
2860

早期应用的直热式氧化物阴极用镍合金中主要含钴、硅和钛等元素。20世纪50年代使用了高钨(40%左右)的合金。

电真空结构用镍合金 用作电真空结构件的镍合金应满足以下要求:热强度高,耐蚀性能、力学性能及加工性能良好,具有必要的物理性能等。用作电真空结构件的镍合金主要有镍锰合金和镍铜合金。锰能提高镍的耐热性和高温强度,增加镍的电阻系数和热电势,降低电阻温度系数。镍锰合金含锰2%~6%,合金的耐蚀性高,加工性能优良。含40%铜及少量锰、铁的NCu40-2-1合金室温力学性能和高温强度均较一般镍合金为高,且耐蚀性好,易于加工,无磁性,是一种重要的电真空结构用镍合金。

镍锰合金用作电真空器件的引线材料、栅极材料、电工仪表的零件以及内燃发动机火花塞的电极。NCu40-2-1合金主要用作行波管的外壳及其他电真空器件的结构件。