射频同轴连接器设计
提高接插件镀层耐磨性试验
吴秉钧
【摘 要】为提高镀金插拔件的耐磨性,通常采用镀金合金镀层和在镀金层表面涂固体润滑保护剂的方法。本文对不同的金合金镀层和涂DJB-823保护剂的纯金镀层在同样条件下进行了耐磨性试验,结果表时两种情况均有较好耐磨性。文中还对两种方法的优缺点进行了讨论。
【主题词】 接插件,镀层,耐磨性
一、前言
射频同轴连接器是精密微波测量和微波设备中的不可缺少的元件之一,其内外导体除要求具有良好的导电性、抗蚀性、可焊性外,还应有高的耐磨性和可靠性等。由于黄金具有极高的化学稳定性,所以目前国内外的精密微波同轴元件上其导电件仍广泛采用镀金件,但由于黄金价格十分昂贵,一般零件镀金层厚度仅为1~2μm (美军标射频同轴连接器总规范MIC-C-39012C 规定为1.27μm )。在精密微波射频同轴连接器研制过程中,我们发现由于连接器在使用中需要频繁插拔,常常因镀金层产生磨损而引起腐蚀,从而导致接触不良,接触电阻加大,电性能下降,甚至导致失效。为提高镀金层的耐磨性,目前国内外通常采用两种途径:(1)镀金合金镀层,例如:Au-Co,Au-Cu 合金,以提高镀层耐磨性;(2)在镀金(银)层表面涂固体润滑保护剂,例如BY-2、DJB-823等。那么究竟哪一种方法抗磨性好,同时对其它性能影响最小呢?本文对不同的金合金镀层和涂DJB-823保护剂的纯金镀层,在同样条件下进行了耐磨性试验。试验表明,无论金合金镀层中或纯金镀层上涂DJB-823后都具有良好的耐磨性。 二、试验方法和结果
选择了国内应用最广的L16射频同轴连接器的插针、插孔进行试验。
首先,把加工好的插针插孔,分别镀纯金和金合金(其中包括Au-Co 、Au-Ni 、Au-Ag ),再把镀纯金的零件任取10件涂DJB-823固体薄膜保护剂,然后分别把镀金后涂和未涂DJB-823保护剂的镀金合金镀层的插针、插孔分成三组进行插拔试验(详见表1)。
在插拔试验前,对每一个插针在β测厚仪上精确地测定镀金层(或金合金镀层)的实际厚度,然后分别进行1000次插拔试验,再分别把插拔后的插针镀金层厚度测量出来,以观察镀金层的实际磨损量。试验结果表明,Au-Co 合金实际磨损量为0.02μm ,Au-Ni 合金镀层为0.17μm ,Au-Ag 合金镀层为0.045μm ;而涂DJB-823保护剂的纯金镀层磨损量分别为:0.26、0.42μm ,未涂保护剂的纯金镀层磨损量分别为1.26、1.48μm.
表1 涂和未涂DJB-823固体保护剂镀金层、金合金层耐磨性比较
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二、结果分析
从上面的试验结果看,无论是哪种金合金镀层或者涂DJB-823保护剂后的纯金镀层,都具有良好的耐磨性。在当前黄金价格十分昂贵的情况下,为满足同样寿命要求,无论采用哪种方法,对提高产品质量和可靠性、降低产品成本、节省贵金属都是十分有利的。两种方法各有其优缺点,有待于进一步改进提高。
例如:涂DJB-823保护剂的零件,插拔力明显降低,通常降低27.6%~38.5%。但是,涂DJB-823的射频同轴连接器在微波频率工作时,插入损耗增加,电性下降;而且DJB-823保护剂涂层能溶于溶剂,而一般微波元器件使用一段时间应清洗,用户由于不清楚零件表面有没有涂保护剂,就可能把涂层洗掉,从而丧失保护作用;此外,镀金后再涂保护剂,使工艺更趋复杂,产品成本也有所增加。
因此,对多接点,且插拔力太大的低频接插件,涂DJB-823保护剂是较为适宜的,它对降低插拔力和提高耐磨效果是十分明显的。而对射频同轴连接器等微波元件,较适宜用金合金镀层。
研制具有良好导电性、可焊性、抗蚀性、耐磨性且具有自润滑特性的新的二元或多元合金镀层(例如镀层中加石墨等),是十分有意义的。这种镀层耐磨性高,摩擦系数低,可焊性好,抗蚀性高,性能稳定,而且对电性能的影响可降低到最小程度,同时工艺方法较简单(一次完成),可较大幅度地提高产品质量。
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铍青铜弹性零件性能试验与研究
吴秉钧 彭今朝
【摘 要】 本文对国内外几种铍青铜弹性零件的成份分析及性能试验比较, 证明了国产含镁铍青铜新材料(QBe 2 Mg)较原来铍青铜(QBe 2)材料,具有更高的硬度、强度和弹性;较小的弹性后效值。同时还给出了国外同类产品零件进行分析测量结果,通过分析比较,部分性能指标接近国外同类零件指标。我们认为这种含镁铍青铜(QBe 2Mg )是适用于电子工业中制造弹性零件较理想的材料之一。 一、前言
在电子工业、仪器仪表工业中的各种电接触元件的设计中,例如,插接件、电位器、继电器、开关„„等,大量使用着各种弹性零件。这些弹性零件性能的优劣与整机的性能及可靠性密切相关。众所周知,常用的弹性零件材料,大致可分二类;一类是钢类。另一类是铜合金类。电子工业中的弹性材料多采用以铜合金为主,常用的铜合金材料有硅锰青铜、锡磷青铜、铍青铜。但是铍青铜具有很高的强度,硬度、弹性、耐磨性、耐蚀性等特性,虽然铍青铜材料生产成本较其它青铜高些,同时、在材料生产过程中,存在着氧化铍污染这个十分令人头痛的问题,但是在电子产品向小型化、超小型化发展的今天,对弹性材料性能要求日益提高的情况下,铍青铜仍是电子工业、宇航、科学应用最为广泛的弹性材料,特别适用于键盘、按盘、弹性接点,高可靠插接件弹性件、游丝等。
在我们过去研制生产的精密微波同轴接头及微波元器件上,大量使用国产QBe 2,铍青铜做弹性插孔等零件,总的来说能满足性能要求;但也发现一些问题,即零件寿命较短,使用数月或一段时间后,发现插孔零件弹性明显降低,弹性后效较大;致使精密微波同轴接头、机电性能下降。我们也对国外进口的同类接头中的弹性零件进行了仔细观察,这些接头使用数年后弹性仍很好,接触压力变化很小,其弹性后效小,无论是电性能机械性能仍很好。为进一步改善、提高弹性件性能,我们曾在国内进行了调研,选用了国内最新研制的含镁铍青铜做弹性插孔零件。并与国外一些公司同类零件及铍青铜(QBe 2)零件进行了分析比较,试验证明,用含镁铍青铜线材加工的插孔零件弹性较好,弹性后效小,时效温度敏感性较小。本文主要讨论了国内外几种铍青铜弹性件性能试验结果。 二、插接件中对弹性零件的主要要求
对弹性零件的要求,根据用途不同其要求各不相同,但是零件弹性性能受材料、工艺、设计等因素影响,忽视任何一个方面都会导致弹性降低、甚至导致不能满足使用要求。电子工业中微波同轴元件及接头设计中对弹性零件的主要要求如下:
1.高的导电性,均匀的弹性,足够的接触压力。 2.高的尺寸稳定性。 3.应具有良好的可焊性。
4.应具有高的耐磨性和抗蚀性。
5.其它:如材料加工工艺性好,成本低、设计上应避免应力集中等。 三、影响零件弹性性能的主要因素及试验结果
影响弹性件性能的因素是多方面的,例如,合金的材料成份,材料的状态,加工工艺,
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设计的合理性等都会影响弹性件性能。即使是好的材料,若设计的结构不当,或工艺、热处理不合理,都可能给零件的弹性带来致命影响;因此,必须重视材料选择、设计结构、加工工艺每一个环节,只有这样才能生产出好的产品来。
(一)铜合金成份对铍铜性能的影响
一般铍铜合金通常添加镍、钴、钛等元素,我国、苏联的铍青铜是添加镍或镍、钛,而日本和西方大多数铍铜合金则添加钴,即在铍铜合金中加入0.2~0.5%的镍或钴;当加入0.1~0.2的钛、镁后能细化合金晶粒,抑制时效过程的晶界反应。
表一列出了有关资料和利用荷兰菲利浦EM —400电子扫描镜对美国弹性件及国产含镁铍青铜分析合金成份及含量。
从实测的结果亦可清楚地看到,美国铍青铜和国产铍青铜有加镍、钴的区别,过去人们总认为性能好坏,是由于分别加镍、钴差别的缘故,其实国内有关部门研究证明,在铍青铜中加镍或钴的作用是要相类似的。至于加镍还是加钴,多半与资源情况和习惯有关[3],而添加钛、镁或其它稀土元素才是为了细化晶粒,有效地抑制时效过程中的晶界反应。因此在原来QBe2铍青铜基础上添加微量镁的铍青铜,提高了铍青铜的抗拉强度,降低弹性后效值,我们的试验也证明了这一点;我们把含镁铍青铜和普通铍青铜加工成同样形状的零件,然后经同样条件时效处理,含镁铍青铜较普通铍青铜零件具有更高的硬度、强度和弹性,详见表2。
图1为弹性插孔零件插拔试验图,先分别用含镁铍青铜和普通铍青铜二种材料加工成图1a 形状零件,零件洗槽后经钳工去毛刺,并将槽收口至闭合后,经340℃、2小时时效
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处理,分别检验其硬度为412Kg/mm、320Kg/mm,我们根据美军标准要求加工,过盈插针(图1b )和标准插针(图1c ),先用过盈插针(图1D )插拔三次,并观察零件弹性后效,然后再用带重锤标准插针(图1E ),插拔500次,经500次寿命试验后能吊起标准重锤者为合格。试验表明含镁铍青铜的三个零件经500次插拔后,三件均能吊起标准重锤。而普通铍青铜三件零件,只有一件能吊起重锤;另二件不合格;其弹簧松驰较大,弹性后校差。
图1 弹性插孔零件插拔试验图
(二)工艺对合金性能的影响
(1)时效温度和时间对加镁铍青铜性能的影响。
根据国内有关单位研究试验结果报导[3],随着时效温度的升高,强度升高。340℃/2小时,时效达峰值强度,或360℃/1小时;时效达峰值,温度继续升高;时间再延长,强度开始下降,出现所谓过时效。为了摸清这种新材料特性,我们进行了一些试验,试验结果详见表3。
表3 时效温度、时间对性能的影响
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试验结果证明,含镁铍青铜对时效温度敏感较小,而表中也给出了QBe 2铍青铜同一批零件性能变化较大,所以含镁铍青铜新材料克服了QBe 2铍青铜材料对时效温度和时间敏感性大。即每批或同一批产品时效处理性能波动较大的缺点。
(2)校直工艺方法对零件性能的影响
铍青铜丝材供应状态为淬火的盘料,因此加工过程中首先需要进行校直处理。我们先
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后采用三种校直工艺方法,分别叙述如下:
a .钳工校直法:
毛坯料加工后的零件,产生较大的变形,致使零件弯曲太大而报废。所以这种方法校直的丝材在加工前再进行一次淬火处理,即校直→淬火→机加成形→时效处理。采用上述工艺过程加工的弹性零件,几何形状精度和弹性均较好。零件340℃/2小时时效处理,其
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硬度可达320~340Kg/mm。
b .电校直法:
由于钳工校直方法内应力较大,后来采用电校直机校直,校直后内应力消除较好,但由于校直过程中通电加热,材料淬火状态破坏;所以倘若校直后直接机加工成形然后时效处理,虽然变形克服了,但时效后弹性明显降低,在340℃/2小时时效处理后,零件硬度
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270~290Kg/mm,不能满足使用要求。故热校后毛坯料必须重新淬火。
c .校直机校直
从上述两种校直方法看,为达到足够的强度和弹性,必须对校直后的毛坯料重新淬火。但是对于直径 1左右的细长零件,因为淬火后加工很困难,倘若校直后再淬火,又产生氧化和变形。因此,最好校直后再加工的丝材,不需要重新淬火,外径不再加工,我们对这种丝用校直机校直,校直较好。
由此可见,同一材料加工工艺效果也不一样,只有通过正确合理的工艺,才能把材料所具有性能充分发挥出来,所以工艺正确与否对弹性件性能起着重要作用。
(3)设计结构和要求对性能的影响
设计结构是否正确或要求是否合理,同样对弹性件性能带来严重影响,例如在片簧设计中,尽量避免直角过渡。由于直角过渡造成应力集中,将导致簧片早期失效或断裂。在设计中为提高弹性,提出过高硬度值要求也会导致弹簧脆性增大而断裂等。
因此,我们必须抓住材料、工艺、设计等每个环节,才能加工制造出好的弹性零件来。 四、结束语
近年来,国内外材料科学研究表明,当材料成份一定,热处理工艺状态一定的情况下,材料的各种硬度之间、硬度与强度之间存在着一定的对应关系。由于硬度试验是最迅速、最简单的方法,且不需破坏工件,因而这是设计生产中对弹性件性能检验最常用的方法。通过对几种材料硬度值的比较,说明这种含镁铍青铜比普通QBe 2铍青铜具有更高的硬度、强度和弹性。因此我们认为它是电子工业中较为理想的弹性材料,为研制长寿命、高可靠的同轴小接头提供了新的铍铜材料。
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脉冲镀金——钴合金镀层性能试验
吴秉钧
一、前言
精密微波同轴接头采用直流镀金工艺、纯金镀层。其镀金层组织疏松,光泽性差,孔隙率高,耐磨性和抗蚀性也较差,严重地影响着产品质量,因此就改用脉冲镀新工艺,进行金——钴合金镀层试验。 二、试验内容与结果
(一)金合金镀层成份、硬度、耐磨性
国外用于电接触的金合金镀层有金—铜、金—镍、也有金—锑和金—铟合金。据美国贝尔实验室研究证明:镀金—钴合金镀层配对乃是最好的材料组合。[1]但近年来又报导,金—铁合金用作电接触镀层具有和金—钴镀层相近的硬度、耐磨性和接触电阻,但镀层的内应力却比金—钴合金低。[2]尽管这些金合金性能各有差异,但是其共同的特点是由于镀层中添加了微量的钴、镍、锑、铟、铁等元素,使镀层硬度、耐磨性等机械、物理性能明显提高。
表1分别列出了用荷兰EM —400电子扫描镜和日本JXA50A 电子探针对金—钴合金和国外两个公司同类产品的镀层分析结果;此外又对国外的OMNi 公司同一个零件镀层局部稍有腐蚀的镀层处进行了分析。从分析结果看有局部腐蚀点的镀层除含有金、铜等成份外,还含有大量的K 、Cl 、Ca 、Si 等非金属氧化物。
与此同时,对脉冲镀金—钴合金和普通直流镀纯金镀层的相同的零件,进行耐磨性比
较试验,进行了1000次插拔试验,用西德β2060型测厚仪对零件插拔前后的镀层进行准确测量,以观察镀层的磨损情况,由于金—钴合金硬度是纯金镀层的一倍,因此镀层的耐磨性大大提高,试验结果详见表2。
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表2 不同镀层耐磨性比较
对采用脉冲电镀工艺的不同的通断比和电镀时间试镀的几种样件用扫描电子显微镜观察镀层表面质量,并与美国的ADYU 公司同类零件镀层表面进行比较,详见表3,图1。
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从照片a 和c 中可以看到1 和3金钴合金插针电镀沉积层晶粒细而均匀,在零件不同位置不同放大倍率下观察,镀层表面几乎都没有明显斑点和孔洞,整个镀层表面的晶粒
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较为均匀平整,致密性好。但在截止时间较短的条件下镀出的2金钴合金零件,在零件不同位置和不同放大倍率下观察时发现有少量黑斑点,均匀性也较差,特别是在高倍率下观察更为明显,详见图1中照片b 0对美国ADYU 公司同类零件的金镀层在不同位置和不同放大倍率下进行观察,其沉积层表面虽然也较均匀,但其致密性差,详见图1中照片d 。
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a 放大2500倍 b 放大2500倍 c 放大2500倍 d 放大3500倍
图1 弹性插孔零件插拔试验图
a 、b 、c 为金钴合金镀层照片;d 为美ADYU 公司金镀层照片
(三)镀层厚度均匀性比较
在设计图纸中,镀层厚度系指镀层最小厚度。所以对于一个电镀零件来说不仅要使镀层厚度达到设计标准和要求,而且应使镀层均匀一致。镀层厚度均匀不仅保证了零件尺寸精度,同时还降低贵金属消耗。但是在电镀过程中,由于种种原因将导致镀层厚度不均匀。通常是边缘部分厚,中间薄;凸出部分厚,凹陷处薄。我们对采用不同工艺方法镀金零件和国外同类产品另件进行了测量比较,试验证明,脉冲镀金的零件不仅致密性和光泽性好,同时厚度均匀性也比直流镀金零件要好,详见表4。
三、分析与讨论
采用脉冲镀新工艺镀金层致密,晶粒细而均匀,光泽性好,显微硬度高,经1000次
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插拔试验,其镀层表面未发现破裂、起皮和剥落现象,磨损仅0.2μ左右,较直流镀纯金磨损量大大降低。这说明在镀层中加入了微量钴、铟元素,基本上保持了金所具有的高的化学稳定性和良好的导电性及较低的接触电阻,镀层的机械、物理性能大大提高对延长电接触元件寿命,提高产品可靠性十分有利,因此,我们认为金钴合金是插接件镀层较理想的材料之一。
从试验分析结果看,试镀的零件,合金镀层钴含量偏高,变化较大,据国外资料报导,钴含量应控制在0.2~0.3%为宜,因为镀层中钴含量增加,将使镀层应力增加,易产生开裂等缺陷。
镀金层孔隙应控制得愈少愈好,因为孔隙容易引起基体金属腐蚀。将国外金铜合金零件用电子扫镜对孔隙区域分析,可清楚地看到,除金及合金成份外,还有大量非金属元素及氧化物(其中包括Si 、Ca 、Cl 、K )。其含量约占30%,这将使镀层导电率大大下降,接触电阻增加。而从脉冲镀金钴合金镀层与直流纯金镀层分析比较结果看,脉冲镀层结晶细而致密,孔隙少,镀层厚度均匀,所以无论是为了提高产品质量还是为了降低黄金消耗,精密电接触零件镀层应尽快采用脉冲镀等新工艺。
试验得到钢铁研究总院电子扫镜组、有色金属研究院电子探针组、上海轻工所电镀组等有关同志大力帮助,在此表示感谢。
DJB —823固体保护剂的机械磨损试验
吴秉钧
【摘 要】射频同轴连接器在使用中需要频繁插拔,常常由于镀金层磨损引起腐蚀,导致接触不良电性能下降,经实验。在镀金层厚度≤2μm 时,插拔1000次,镀金层相对磨损量达73~85%;若插针涂DJB —823而插孔不涂时,在相同条件下试验,镀金层相对磨损量为0.036~0.042%,若插针、插孔两者均涂DJB —823则其相对磨损量为1.5~2.5%。插拔力降低了27.6~38.5%,实验证明在镀金后涂DJB —823固体薄膜保护剂可大大提高插针、插孔的耐磨性,从而可减小镀金层厚度,降低黄金消耗,延长产品寿命,提高可靠性。
【主题词】 涂料 润滑剂 防蚀 磨擦
一、问题的提出
射频同轴连接器是精密微波测量和微波设备中不可缺少的元件之一,除要求具有良好的导电性、抗蚀性、可焊性外,还应有高的耐磨性和可靠性等,近几年来,国内许多单位把DJB —823固体薄膜保护剂广泛地应用于电子设备和元件的制造上,例如在接插件上应
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用,可降低插拔力提高可靠性,在波导元件镀银表面应用可防止银层发黑提高抗蚀性,由于黄金具有极高的化学稳定性,所以目前国内外的精密微波同轴元件产品上,其导电件仍广泛采用镀金件,但由于黄金价格十分昂贵,一般零件镀金层厚度仅1~2μm ,在精密微波射频同轴连接器研制过程中发现,由于连接器在使用过程中需要频繁插拔,使镀金层产生磨损引起腐蚀,而导致接触不良,接触电阻加大,性能下降,甚至导致失效。近几年来国内许多单位报导,在镀层表面涂DJB —823固体薄膜保护剂后,由于其有良好润滑性,其插拔力降低了27.6~38.5%,从而大大提高了插接件的耐磨性,但是,耐磨性究竟提高多少缺少试验结果,针对这问题个开展了试验工作,取得了较满意的效果。 二、试验方法和结果
1.试验方法和结果
试验工作是这样进行的,我们选择了国内广泛应用的L16射频同轴连接器的插针,插孔进行试验,图1a 、b 分别为L16头和L16座射频同轴连接器的插针、插孔试验部位的形状和尺寸。
a 插针 b 插孔
图1 L16射频同轴连接器插针、插孔
首先我们把同一批加工的插件、插孔零件各50件镀2μm 金(标称值),再任意各抽样10件涂DJB —823固体薄膜保护剂,然后分别把镀金后涂和未涂DJB —823保护剂的插针、插孔零件分成三组进行1000次插拔试验,详见表1。在插拔试验前对每一个插针在β测厚仪上精确地把镀金层的实际厚度测量出来,然后分别进行1000次插拔试验,再分别把插拔后的插针镀金层厚度测出来,以观察镀金层的实际磨损量,试验结果表明,当插针、插孔两零件均未涂DJB —823保护剂经1000次插拔后,其镀金层已严重磨损,而涂过DJB —823保护剂的插针镀金层虽然也有少量磨损,但其磨损量却极其轻微,详细结果见表1。
从表1可以清楚看出,当插针、插孔表面镀金后均未涂DJB —823固体薄膜保护剂时,在镀金层厚度为≤2μm 情况下,插拔1000次镀金层相对磨损量达73~85%,而当插针镀金后涂DJB —823固体薄膜保护剂,而插孔未涂时,在同样条件下插拔1000次,其镀金层相
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对磨损量仅0.036~0.042%,而当插针、插孔两零件镀金后都涂DJB —823固体薄膜保护剂,在同样条件下也插拔1000次,其相对磨损量为1.5~2.5%。
表1 涂和未涂DJB —823固体薄膜保护剂镀金层磨损量比较表
2.结果分析
从上面试验结果清楚表明,当相互磨擦的电接触零件,无论插针插孔,其中一件或二件都涂DJB —823固体保护剂后,对接触件的镀金层都有明显的润滑作用,由于涂DJB —823固体保护剂后,大大减小插拔时插针,插孔间的磨擦力,因而使镀金层的机械磨损量明显地降低,这对延长插接件寿命,提高可靠性起着重要的作用。 三、结论
由于DJB —823固体薄膜保护剂能大大降低插针、插孔间的磨擦力和插拔力,能明显提高精密微波射频同轴连接器镀金层的耐磨性,对延长产品寿命,提高产品可靠性有十分明显的效果,特别是当前黄金价格十分昂贵,在满足同样寿命要求的情况下,可考虑适当减少镀金层厚度然后在镀金层表面涂DJB —823固体保护剂,无论对提高产品质量和可靠性,降低产品成本,降低黄金消耗都是十分有利的。
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精密微波同轴接头的结构工艺性
吴秉钧
一、概述
同轴接头和同轴转换接头是同轴传输线不可缺少的一部分,也就是说它是微波测试和微波设备中的重要元件之一。它的作用是把两个特性阻抗相同,内、外导体直径也相同的同轴传输线连接起来;或者是把两个特性阻抗虽然相同,但内、外导体直径不同,还有时两个特性阻抗不同,内、外导体尺寸也不同的两个同轴传输线,通过同轴转换接头把两个同轴传输线连接起来。所以同轴接头及转换接头有很广泛的用途。其性能优劣直接影响同轴传输线性能。特别是近些年来随着微波技术的发展,宽频带集成电路元件的应用,宽带精密微波同轴小接头应用也不断增加,因而对同轴接头的设计和加工提出了更高的要求。本文的目的在于:根据精密同轴接头设计的一般原则,通过对典型接头结构的分析,对改进设计,改善工艺性,从而大大提高接头的电性能等内容作了叙述。 二、接头的主要指标及机械误差对电性能的影响
精密同轴接头主要指标是电压驻波比低,插入损耗小,电磁能量泄漏小,连接时接头电接触可靠,易于加工,装配方便。此外,接头的互换性好,与任一个同样接头能良好的连接,并具有良好的重复性。为了达到上述指标要求,对同轴接头设计和加工提出了较高的要求。因为同轴线的特性阻抗直接取决于同轴线的尺寸,因此,同轴线的加工误差,将直接影响着特性阻抗的精度。从式(1)可看出。
ΔZ060⎛ΔDΔd⎫
=- ⎪„„„„„„„„„„(1) Z 0d ⎭Z 0εr ⎝D
式中:D —接头外导体内孔
Z0—特性阻抗 d—内导体外径
∆D —外导体内径公差 ∆d —内导体外径公差 ∆Z 0—特性阻抗误差
在实际加工中不可避免存在加工误差,因此,应把加工误差控制在允许范围之内。一
+0.02
般接头特性阻抗误差为50欧±0.5欧。我们曾对SMA 接头内外导体尺寸要求为φ4.1,φ1.27+0.02时进行了计算,其特性阻抗误差为0.46欧[2];对于标准精密接头而言,其特性阻抗误差更小,则内、外导体尺寸公差常控制在±0.005以内。
此外在实际加工中除尺寸公差外,还会产生同轴度、圆度等加工误差,这些误差除给连接带来不良影响外,同样导致特性阻抗误差。但这些误差相对于尺寸误差影响稍小些,在此不再详述。
值得提出的是同轴接头内、外导体光洁度影响是不可忽视的。内、外导体光洁度不好,不仅使内、外导体有效直径变化而导致特性阻抗的变化。随着频率增高,同轴线尺寸愈来
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愈小,光洁度低,尖的毛刺或棱角还会使承受最大峰值功率值显著下降。同时频率愈高,趋肤深度愈小,使高频电流在趋肤深度内流通时路径增长,如图1所示相当于使导体的等效长度加长,而且使电流集中在每一波纹的边缘,则使同轴线的等效电阻增加,损耗就增加,频率愈高影响则愈大。因此同轴接头内、外导体光洁度要求一般不低于∇7,对于标准精密接头则要求更高些。
同时为了提高导体的导电率,防止锈蚀,以保证接触时接触电阻小于2m Ω。加工后的内外导体需进行良好的涂复。由于金具有高的化学稳定性,对于精密同轴接头,一般采用镀金或金合金涂复厚度要大于趋肤深度。为提高镀层耐磨性,国外接头采用镀金—钴、金—铜合金镀层或复合镀层。同时为使镀层均匀,致密对小孔或深孔处都能得到良好均匀镀层。国外广泛采用脉冲镀及超声装置等新工艺。
图1 内外导体表面不平度造成高频电流路径加长
三、同轴接头结构工艺性分析
衡量同轴接头性能的指标很多,主要是电压驻波比小,重复性要好,即反射要小,可靠性高。看起来同轴接头转换接头结构似乎很简单,但是由于接头的尺寸和结构直接影响电性能,设计是否合理无论对电性能和加工工艺性影响都很大,一个好的设计,应把设计的基本原则,体现在设计之中,使设计合理,不仅结构简单,加工方便,装配容易,且精度高,电性能好。反之,结构复杂,加工工艺性和装配工艺性差,且精度低,电性能差。现试举几例加以说明。
图2 改进前后SMA90°弯头痤结构比较图
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(1)SMA90︒弯头座的结构设计
SMA90︒弯头座是一种使用较为广泛的转换接头,由于这种接头在90︒转弯处有较大的阻抗不连续性,所以无论从设计和加工角度来讲,都是一种难度较大的接头。开始我们采用常见的90︒弯头结构(如图2a 示)经二次局部改进和生产,电压驻波比性能都无明显改进。在2—18GHz 频段范围内,由原先的VSWR ≤2提高到VSWR ≤1.8仍未达到设计要求。同时加工工艺性也很差。针对上述问题,我们进行了反复分析,并查阅有关国外资料,找出图2a 结构在设计上缺点:
1.φ1.27内导体由二个零件焊接而成。在90︒弯角处产生突变,阻抗不连续性大,因而在传输能量时反射大。所以电压驻波比大,同时在φ1.27内导体的圆柱面上加工φ0.6小孔,无论是轴向对称度,轴向尺寸精度都很难保证,因而造成装配时装配工艺性差,装配时难对准。即使对准了,焊接工作在φ4.1的内孔里进行,焊接工艺性差,易产生虚焊。且焊后也无法修光。在90︒转弯处增加了新的不连续,反射加大,导致电压驻波比大。
2.接头内、外导体是由两段组成,一段是填充介质,一段是空气线,两段突变处不连续性较大,而在设计上又未采取适当的补偿措施,所以电压驻波比大。
图3 改进前后SMA 座一SMA 座结构图
针对图2a 结构中的问题,改进设计如图2b 所示的结构,其优点是:
1.采用了整体的内导体,在90︒弯角处均匀圆角过渡,既保证了内导体尺寸精度,又避免了90︒弯角处产生突变,从而减少反射,可降低电压驻波比。同时我们避免了图2a 的焊接结构,因而大大改善了加工工艺性,提高了可靠性,保证了加工精度,从而提高了电性能。
2.为了使阻抗均匀变化,避免90︒处大的不连续性,介质设计采用了切比雷夫过渡段结构,使阻抗均匀变化,减小反射,降低电压驻波比。在两个介质交界而处采用了45︒斜面结构,不仅保证了内、外导体同轴度,同时接头可靠性进一步提高。
设计改进以后,加工工艺性大大改善,尺寸精度易于保证,生产出的SMA90︒弯头座,经过性能测试,电压驻波比大大提高。在2—18GHz 频带范围内,电压驻波比由VSWR ≤1.8提高到VSWR ≤1.36。
(2)SMA 座—SMA 座设计
SMA 座—SMA 座转换头是一种相同特性阻抗的转换头。开始我们设计成图3a 示结构,在设计中为固定介质支撑,外导体设计成台阶孔,由二个零件组成,采用螺纹连接结构。并压紧介质支撑物,中间有一段50欧姆空气线。经测试后,在DC —18GHz
频带内,电压驻
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波比VSWR ≤1.38,未达到予定指标要求。为此,我们对上述设计结构进行了仔细分析,发现存在二个问题:
1.在设计中接头中间加了一段50欧空气线,接头外导体由二个零件组成,并有台阶孔,不仅使加工困难,而且增加了同轴度误差。同时由于同轴线不连续,反射加大,虽然在设计上也采取了一些补偿措施,但是要在DC —18GHz 这样宽频带内实现良好匹配是困难的,因此电压驻波比较大。
2.接头外导体用螺纹连接,内、外导体间同轴度要求难以保证,所以反射增大,电压驻波比较大。针对上述问题,我们把内、外导体都做成光滑圆柱面,由于没有台阶孔了,加工方便,精度易于保证。装配后内、外导体间的同轴度很易保证,但是又产生了一个新的问题,即内、外导体与介质间怎样才能固定牢,在重复插拔和各种环境条件影响下仍要有好的可靠性,美国接头设计中采用介质梢,同时采取了一些补偿措施,但仍会带来一些反射,影响电性能。后来我们采取了切实有效的措施,较好地解决了介质与内外导体之间的固定问题。一年多实践证明,是相当可靠的。从图3b 可以看出,改进后的SMA 座—SMA 座转换接头结构简单,尺寸小,重量轻,加工工艺性好,装配精度易保证,因而电性能大大提高。改进后的电压驻波比在DC —18GHz 频带范围内,由VSWR ≤1.38提高到VSWR ≤1.25。 四、测试结果
我们曾先后对这两种接头改进后的电气和机械性能进行了一系列测试,并与国外同类接头进行了比较,我们研制的同轴接头性能有了较大的提高。其主要电性能电压驻波比接近国外OMNi 公司同类接头指标,特别是90︒弯头座,改进前后无论在工艺性和电性能上都有了较明显的改善和提高,详见表1。
表1 改进前后接头电,机械性能比较表
在微波同轴接头的加工方面,目前国外能广泛地推行全面质量管理,注意到抓设计、材料、加工检验等每个环节的质量,因而使其接头具有优良的机械性能和电特性,其主要特点如下:
1.重视新产品的开发和对现有产品的技术改造。广泛采用计算机辅助设计,不仅使产品更新速度快,而且对用户特殊需要的产品也能得到迅速满足。
2.微波产品的优异电性能除设计正确合理外,很大程度取决于零件的机械加工精度,这些公司都拥有大量的精密加工设备和检测仪器,另外据报导,对同轴小型接头,国际标准局建议采用自动机生产。
3.根据微波零件特殊需要,广泛采用金合金镀层,这些公司都具有先进的电镀工艺
465
和设备,以提高镀层抗蚀性、耐磨性、及镀层均匀性,并具有现代化的镀层测厚仪器,测量精度达百分之一吋(0.025 )。
4.在接头装配方面,能按严格的标准进行装配,并采用成套装配工具,不仅提高了装配生产率,而且保证装配质量及性能的一致性,从而使接头机械和电性能达到高度完美。
5.其各种接头都能按美军标准进行例行试验,从而大大提高了接头的可靠性。 由此可见要想提高产品质量,必须狠抓设计、加工、测量等各个环节,我们应该认真学习国外先进经验,把微波同轴接头的研制提高到一个新水平。 六、结束语
二年来,我们接头研制工作,在全组同志共同努力下,取得了一些进展,在研制设计中,我们在提高电性能的同时,积极改善设计结构工艺性,使之结构较前更简单,加工更方便,材料消耗降低,成本逐步下降,而且机械、电性能、可靠性方面都较前有了明显提高,其主要指标,电压驻波比接近国外同类产品水平。接头品种不断增加,达数十种之多,并曾先后提供国内有关科研单位、高等院校等数十个单位使用。但是我们的接头在电气、机械性能等方面仍存在一些问题,特别是例行试验后,对接头性能的影响有待今后进一步研究。过去工作中常常把较大的精力注意到提高接头电性能,往往忽视改善工艺性,提高产品可靠性,这样做不仅使加工困难,精度难予保证,影响到接头电性能的提高。实践证明,改善结构工艺性,对保证加工精度,提高电性能有重要作用。同时如何进一步提高产品标准化程度,积极采用各种新工艺、新材料,努力提高产品质量,进一步降低材料消耗和成本,更好地满足用户的需要,还有待于我们进一步努力。
参考文献
1.同轴传输线和高频同轴接头 潍坊五三厂技术组
2.小型微波同轴接头的试制与发展 宇航计测技术 83年第1期
3.“Evolution of preeision coaxial connectors ” Microwaves Journal Vol.11 No: 1 P18—28 January 1968
4.“Super cube ” ·right Angle connectors Microware Journal Vo126. No.10 October 1983
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易切不锈钢在微波同轴接头上的应用
吴秉钧
【摘 要】本文简单地介绍了易切不锈钢分类和特点,并给出了利用我国钢铁研究院根据国外最新研究成果研制成的Ca-S 复合易切不锈钢与通常用黄铜加工的N 型同轴接头进行比较,通过加工和测试表明,这种钢不仅具有良好的加工工艺性,而且其电压驻波比和用黄铜加工的接头和完全一样,说明用这种新型的不锈钢材料代替铜加工接头,不仅可避免电镀,而且对提高产品质量,延长接头寿命,简化工艺,节省大量金、银、降低成本都具有重要意义。
作者通过实际统计数字说明,按年产1000套接头计算,每年即可节约1-1.5万元左右。
一、概述
由于不锈钢具有优良的性能,例如具有塑性好、防锈、防磁耐高温等特性,因而它不仅是宇宙航行、原子能、海洋开发、化工工业等重要金属原料,近十几年来在电子工业、精密仪器、纺织、医疗器械、食品工业等方面也得到愈来愈广泛的应用。但是不锈钢材料,特别是占使用量60~80%的0Cr18 Ni9奥氏体不锈钢,其热传导性差、塑性差、易产生冷作硬化,在切削加工时与刀具间摩擦热不易散失,因而切削工艺性差,刀具寿命低。特别是随着自动化程度和生产率日益提高,不锈钢这种不良工艺特性远远不能适应各种工业对不锈钢日益增长的需要。所以近十几年来,各国都很重视易切不锈钢的研究和应用,并广泛用于各种工业。以电子工业为例美国HP 、PRD 、OMNi 等公司生产的微波元件及接头广泛
[3]
地使用303#易切不锈钢
我国近年来也开展易切不锈钢的研究,特别是钢院根据国外最新研究成果研制的Ca-S 复合易切不锈钢与Ocr18Ni9相比具有良好的冲压性能、切削性能及耐蚀性,并首先应用于
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手表工业。与国外303B 易切不锈钢相比,具有更高的抗蚀性和更低的导磁率,与303钢相比有相同的比电阻和抗张强度。试验证明,不仅是制造手表的良好材料,而且制造精密仪器、微波元件和接头的良好材料。 二、易切不锈钢的分类
所谓易切不锈钢即在不锈钢中加入一些易切元素,以形成有利于切削加工的非金属夹杂物从而达到改善不锈钢的切削工艺性,称为易切不锈钢。当然也可通过热处理方法提高不锈钢的切削工艺性能,但这方法效果不大,所以应用较少。
一般用以提高和改善不锈钢的切削性能的元素有S 、Se 、Te 、Pb 、Ca 、Al 等。当加进两种以上易切元素生产的易切不锈钢则称为复合易切不锈钢,因为每种元素都有提高钢被切削性能的效果,复合加入能得到相乘的效果,因此复合易切不锈钢是以生产超易切钢为目标的。
易切不锈钢根据钢中加入易切元素不同,大致分成下列五类: (1)S 系易切不锈钢
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S 系易切不锈钢是目前价格最便宜、应用最广泛的钢种。例如目前国外在电子工业上广泛用于制造微波元件、同轴接头、传动齿轮的303#易切不锈钢即是这种钢种。
S 是提高钢的切削性能最有效的元素,钢中S 含量越高,钢的切削性提高和改善也越显著;但是S 元素能降低钢的耐蚀性、机械性能和冷热加工性能。为了弥补加入S 元素而降低的耐蚀性,故在钢中加入适量的Mo ,以提高钢的耐蚀性。由于生产S 易切不锈钢工艺简单、成本低又无环境污染,因而是目前国际上使用最广泛的钢种。
(2)Se 系易切不锈钢
加入Se 的不锈钢能显著改善不锈钢的切削性能和提高加工表面的光洁度,而且不损害钢的机械性能和耐蚀性,但是Se 元素比较昂贵,在熔炼加入Se 时易气化损失,产生有毒气体而污染环境,所以使Se 易切不锈钢的生产和使用都受到限制。
(3)Pb 系易切不锈钢 在钢中加入0.15%的Pb ,并允许复合加入0.05~0.1%的S 、Pb 不损害钢的机械性能和冷热加工性。虽然Pb 价格并不是太贵,全是Pb 易切不锈钢在冶炼时产生Pb 蒸气有毒,同样使它的生产和使用受到限制。
(4)Ca 系易切不锈钢
Ca 作为易切元素加入钢中提高钢的被切削性能有独特的机理,即在冶炼时用Ca 进行脱氧,一般用Ca-Si 合金,在钢中形成复合夹杂物CaO ·Al 2O 3·SiO 2这种复合夹杂物在钢被切削时呈半软化状态,附着在刀具上而防止刀具的磨损,因而提高了刀具的寿命。Ca 元素不损害钢的机械性能和冷热加工性能,而且Ca 便宜,冶炼时加入Ca 不产生污染,所以Ca 易切不锈钢的生产是有前途的,但是Ca 易切不锈钢在切削加工时排除切屑困难,复合加入少量的S 即可得到改善。
(5)复合易切不锈钢
利用两种或两种以上易切元素生产的易切不锈钢即称为复合易切不锈钢。 三、Ca-S 复合易切不锈钢的主要特性
从上面的讨论我们可以看到S 系易切不锈钢虽然是最广泛应用的不锈钢钢种,但是随着S 的含量的增加,钢的耐蚀性、机械性能、冷热加工性都会明显的降低,所以国外近几年来不断研究易切削,又使耐蚀性,机械性能及冷热加工性能少受或不受影响。例如日本金属工业株式社针对SUS303不锈钢容易产生锈蚀和点蚀等缺点,生产了新型易切不锈钢
#[5]
NTK-F2,其各种性能较303钢都有明显提高。
我国钢铁研究院根据国外最新研究成果,研制成一种Ca-S 复合易切不锈钢,即在Ca 易切不锈钢中复合加入S ,以提高钢的切削性能。由于Ca 元素提高钢在高速切削时刀具寿命,而S 元素能提高钢在低速切削时刀具寿命,所以Ca-S 复合易切不锈钢被切削性能得到提高和改善。为了提高钢的抗点蚀和抗锈蚀能力,与国外303、303B 钢相比,除增加Mo 含量外还加入少量Cu ,详见表1。
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表2 三种不锈钢磁导率测定结果
表3 易切不锈钢性能对比表
试验结果表明,Ca-S 复合易切不锈钢比日本的303B 易切不锈钢和一般的Ocr18Ni9不锈钢有较高的抗蚀能力和更好的冲压性能和抗磁性。详见表2。与国外303#钢相比有相同的比电阻和抗张强度。详见表3。
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由于国外有些公司是采用303钢做接头外导体等材料,所以我们把Ocr16Ni10S 复合
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易切不锈钢与303易切不锈钢的主要性能进行了比较。实验证明,其比电阻和抗张强度基
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本上和303完全相同,因此我们认为可以用Ocr16Ni10S 复合易切不锈钢来做接头外导体等材料。
四、试验结果
用不锈钢为材料加工的接头和用黄铜加工后镀金、银、镍等的接头具有同样的电性能,但是以不锈钢为材料加工的微波同轴接头,在承受盐雾、潮湿等恶劣环境试验方面却显示
[4]
出极好的特性。采用不锈钢加工的接头避免了通常用黄铜加工接头的一些缺点,例如电镀层易起皮,并易磨损产生碎屑或镀层易腐蚀等,从而提高了同轴接头的寿命,改善了接头的重复性。此外,由于不锈钢加工接头,其大部分零件可不再进行电镀(除弹性件内导体需用铍青铜加工后进行镀金),因而可节省大量的贵重金属金、银,简化了加工工艺,降低了生产成本,例如我们曾对生产的35套N 型转接头进行了统计,仅电镀外协费达700元,平均每套接头的电镀费用达20元,按去年我们生产各种转接头1000套计算,仅电镀费用
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达2万元。若今后生产的接头大部分零件都采用这种新型的易切不锈钢材料,尽管成本比黄铜稍贵些,(Ocr16Ni10S 易切不锈钢8.5元/公斤,62黄铜5.6元/公斤),但由于接头较小每个N 型转接头成品总重量平均仅约0.05~0.06公斤,因而每个接头由于采用不锈钢所增加的材料费远小于每个接头的电镀费用。当然易切不锈钢零件加工与黄铜零件相比难度稍大些,但由于这些零件不再需要进行电镀了,又可节省大量贵重金属金、银等材料,综上所述,采有易切不锈钢加工接头初估计每年可为国家节约1~1.5万元。
为了不断提高我站接头质量,并迅速降低成本,我们分别用Ocr16Ni10S 不锈钢和黄铜加工后进行镀银的接头进行了性能比较。实验证明,两种不同材料加工的接头,其主要电性能驻波系数是一致的。现将试验结果介绍如下:
(1)Ocr16Ni10S 易切不锈钢切削工艺性试验
我们先后用几种刀具材料H38,H19,H6和高速钢磨成前角r=25°~35°, ω= 80°~90°,a=8°的车刀在C616车床上进行切削性能试验。试验证明这种易切不锈钢无论在高速或低速切削条件下,都具有良好的加工工艺性,不难得到▽7光洁度。我们把用高速钢刀具加工接头的内孔经在英国泰勒索夫一4型轮廓检查仪计量结果其光洁度为▽8,微
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观不平度为0.5μ。根据车间有经验的老师傅反映,这种不锈钢的切削工艺性比普45钢还好。当然与一般不锈钢比较,其切削工艺性则更好。
(2)电性能测试
我们对分别用黄铜加工后电镀和用不锈钢加工的同样结构的N 型座一座同轴转换接头,在美国HP8409B 自动网络分析仪上进行了性能对比测试,测试结果两种不同材料加工的接头的驻波系数基本上完全一致。详见图1 五、结束语
Ca-S 复合易切不锈钢切削工艺性试验和接头性能对比试验表明,我国钢铁研究院研制成的Ca-S 复合易切不锈钢具有良好的机械性能和切削工艺性,不仅是制造表壳的好材料,而且完全适用于电子工业、精密仪器制造微波仪器及转换接头等部分精密零件。这不仅对提高产品质量,节约大量贵重金属金、银,而且对简化加工工艺降低产品成本、延长产品寿命都是十分有利的。
我们深信,随着我国易切不锈钢的研究和发展,必将促进我国不锈钢材料更广泛地应用。同时也必将加速我国电子工业、精密仪器制造业的发展。
在这次试验中得到了钢铁研究院封承明、刘智生而同志大力帮助,在切削试验和性能测试中得到我站车间、仪器室同志的大力支持,在此表示感谢。
图1 黄铜易切不锈钢加工的N 型接头性能对比
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参考文献
[1] Ca-S复合易切不锈钢的研究 冶金部钢铁研究总院等 [2] 国外易切不锈钢生产现状发展动向 冶金部钢铁研究总院
[3] A New 34GHz 3.5mm low cost utility coaxial con-nector featuring low leakage low standing wave ratio and long life IEEE Trans Vol MTT-24,NO.12.p.995
[4] OSM connectors adapters OMNI
[5] RF attenuators and other coaxial components,Weinschel Engioeering Catalig 78-79
易切削不锈钢的性能及应用
——介绍两种新型易切削不锈钢材料
吴秉钧 封承明 林庭淑
【摘 要】简单地介绍了由钢铁研究总院等单位最新研制出的两种具有优良特性的Ca-S 复合易切削不锈钢,给出了两种钢号的化学成分,力学性能,导磁率,比电阻,耐腐性能,加工工艺性等一系列电子试验结果,通过部分用户使用证明这两种材料具有良好的力学,物理,切削性能和耐腐蚀性。不仅适用于电子工业加工射频同轴连接器等,而且还适用于仪器仪表,化工等工业用于制造其它精密结构零件。可代替部分国外进口的同类材料。
【主题词】 易切削不锈钢 性能 应用
1.前言
不锈钢材料具有优良的耐腐蚀性、耐高温、防磁等特性,因而得到了广泛地应用。但是占不锈钢使用量60~80%的镍、铬奥氏体不锈钢材料,由于其切削工艺性差,刀具寿命低,生产效率低,加工成本高,因而使这种不锈钢材料的应用受到了限制。特别是随着产品切削加工向自动化,高速化发展,各种柔性加工系统和加工中心的问世,不锈钢的不良切削加工特性远远不能适应各种工业对这种材料日益增长的需要。因此,近几十年来世界各国都十分重视各种易切或超易切不锈钢的研究和应用,并广泛地应用于各种工业。近几年来美国HP ,WEINSCHEL ,PRD ,OMNI 等公司生产的微波射频同轴连接器及部分微波元件,广泛地使用了ALSl303易切削不锈钢材料。
近几年来冶金部钢铁研究总院,航空航天部203所和抚顺钢厂,开展了Ca-S 复合易切削不锈钢的研究工作,先后研制成功了303F ,316F 等易切削不锈钢。试验和使用结果表明,这两个钢种都具有良好的机械加工性能和耐蚀性能。并且具有较低的导磁率和比电阻。303F 与AlSl303及0Cr18Ni9不锈钢性能相近;316F 与AlSl316及0Cr18Ni12Mo2Ti 不锈钢性能相近。先后通过了科研技术鉴定并得到了广泛应用,用户普通反映良好。 2.303F ,316F 易切削不锈钢化学成分确定
303F ,316F 易切削不锈钢主要用于石油化工仪器仪表中结构零部件、阀体、阀芯、齿轮等材料,其主要性能应达到以下三点。
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2.1 要有较好的机加工性能,能用于自动车床,数控车床加工。零部件机加工后表面粗糙应达到Ra0.8~1.6μ(▽7~▽8),和光亮的光泽。
2.2 有良好的耐腐蚀性能:303F 耐腐蚀性能应达到或接近0Cr18Ni9不锈钢水平。316F 耐腐蚀性能应达到或接近0Cr18Ni12Mo2Ti 不锈钢水平。 2.3 303F,316F 应有较好的机械性能。
基于要达到以上性能特点,选用适量的Ca ,S 及Cu 元素加入到Cr-Ni-Mo 为基的奥氏体不锈钢中研制成功了303F ,316F 易切削不锈钢。其最佳化学成分范围见表1。
表1 303F、316F 易切削不锈钢化学成分
3 性能分析试验结果
303F ,316F 两种易切削不锈钢用于制造各种微波射频同轴连接器及化工仪表等。使用结果证明无论是切削工艺性,耐蚀性,比电阻和导磁率都是较好的。并有较好的焊接性能。 3.1 机械性能
303F 和316F 钢的主要机械性能分别列于表2和表3。
表2 303F易切削不锈钢机械性能
3.2 耐腐蚀性能
3.2.1 303F采用5%NaCl,35℃,盐雾腐蚀试验方法24h 和48h 试验后,观察试片没有出现锈蚀现象。耐腐蚀性能优于硫系18.8易切削不锈钢和达到0Cr18Ni9不锈钢水平。 3.2.2 316F采用5% NaCl 盐雾,35℃,96h 检验,其耐锈性能达到316及0Cr18Ni12Mo2Ti 不锈钢实际水平。
3.2.3 3.5%NaCl,35℃动电位击穿电位值(mV )测定;303F 为180(平均),316F 为300(平均)。
2
3.2.4 5%H2SO 4沸,6h ,腐蚀介质中腐蚀率(8/m·h )测定结果(见表4)。 3.3 导磁率和比电阻测定
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由于300F ,316F 能用于电子工业,所以需对导磁率和比电阻进行测定。测定结果均达到AlSl303不锈钢规定值。其比较数值见表5。
24
3.4 切削性能试验
3.4.1 用303F 易切削不锈钢材料切削加工精密微波同轴连接器的部分零件;
精车时采用的工艺参数;转速n=700r/min,走刀量S=0.069mm/转,切削深度t=0.04~0.10mm 。
机加工后内孔表面粗糙度Ra=1.6μ(▽7) 。如适当调整工艺参数内孔表面粗糙度可达到Ra=0.8μ~0.4μ(▽8~▽9) 。
3.4.2 用316F 易切削不锈钢材料切削加工Φ20×30mm 零件;
精车时采用的工艺参数;转速n=700r/min,走刀量S=0.09mm/转,切削深度t=0.3mm。 机加工后内孔表面粗糙度Ra=0.83~0.98μ(▽7) 。如适当调整工艺参数内孔表面粗糙度可达到Ra=0.8μ(▽8) 。
-6
膨胀系数α·10/℃测定(实测)见表6。
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表6 膨胀系数α·10/℃测定
303F ,316F 易切削不锈钢采用电弧焊,氩弧焊及电阻焊工艺方法可以进行焊接。同时303F ,316F 可和0Cr18Ni9Ti ,0Cr18Ni12Mo2Ti 及316不锈钢相互焊接。 4 303F,316F 易切削不锈钢的应用
303F ,316F 易切削不锈钢已在航天工业、仪器仪表工业广泛使用,使用效果很好,获得了很大经济效益和社会效益。
4.1 航空航天部二院203所用303F 材料加工的SMA-SMA 座同轴连接器,在美国HP8409B 自动网络分析仪上对主要性能电压驻波比的对比测试结果证明303F 材料可代替美国进口的AlSl303易切削不锈钢加工的同类产品。
4.2 国营825厂采用303F 材料试制水下电连接器成功。过去825厂采用1Cr18Ni9Ti 材料,因其机加工性能差,遇到零件中凸筋加工困难。而用303F 材料解决了凸筋加工问题。认为
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303F 材料切削性能基本与铝青铜相似。
4.3 国营853厂采用316F 材料试制新产品,经试用认为316F 材料切削性能好,加工成品率高。
4.4 机电部23研究所采用303F 材料制造射频同轴连接器和光纤连接器的外壳。认为303F 材料切削性能优于1Cr18Ni9Ti 。在切削加工中无需用二硫化钼润滑剂,只需加润滑油即可。同时303F 材料比1Cr18Ni9Ti 材料机加工效率可提高一倍。
4.5 国营西安仪表厂提供的使用报告中对303F 材料在该厂使用3年多可确认303F 材料是仪器仪表结构零部件最好的材料之一,解决了防腐仪器仪表零部件加工难的问题。
4.6 北京电表厂生产的EK 系列自动化仪表,该仪表用303F 材料制做的零件有50多种。按年生产五千台计算,每年可以节约人民币15万元。
4.7 西安仪表厂使用316F 材料加工仪表零件的小孔,小轴。细牙螺纹和复杂高精度的零件能确保加工零件的精度,提高生产率,减少刀具消耗和加工过程中的废品,提高经济效益。初步估计每吨的经济效益可提高5000~6000元。
4.8 宝鸡仪表厂用303F 材料加工螺钉,轴,齿轮等零件,解决了工厂长期来存在刀具磨损快,加工小零件不光洁等质量问题。
4.9 北京分析仪器厂用316F 材料生产合格的仪表结构零部件,认为316F 材料使用效果好。
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