Materiale de înaltă rezistență, aliaje de înaltă rezistență

Pentru crearea reostatelor, fabricarea rezistențelor de precizie, fabricarea cuptoarelor electrice și a diverselor dispozitive electrice de încălzire, conductoare de materiale cu rezistență mare și scăzută. coeficient de rezistență la temperatură.

Aceste materiale sub formă de panglici și fire ar trebui să aibă, de preferință, o rezistență de 0,42 până la 0,52 ohmi * sq.mm / m. Aceste materiale includ aliaje pe bază de nichel, cupru, mangan și alte metale. Mercurul merită o atenție specială, deoarece mercurul în forma sa pură are o rezistență de 0,94 ohm * sq.mm / m.

Proprietățile caracteristice necesare aliajelor pe bază individuală sunt determinate de scopul specific al unui anumit dispozitiv în care va fi utilizat acel aliaj.

De exemplu, crearea unor rezistențe precise necesită aliaje cu termoelectricitate scăzută indusă de contactul aliajului cu cuprul. De asemenea, rezistența ar trebui să rămână constantă în timp.În cuptoare și încălzitoare electrice, oxidarea aliajului este inacceptabilă chiar și la temperaturi de la 800 la 1100 ° C, adică aici sunt necesare aliaje rezistente la căldură.

Toate aceste materiale au un lucru în comun - toate sunt aliaje cu rezistivitate ridicată, motiv pentru care aceste aliaje sunt numite aliaje cu rezistivitate electrică ridicată. Materialele cu rezistență electrică mare în acest context sunt soluții de metale și au o structură haotică, motiv pentru care îndeplinesc cerințele pentru ele însele.

Manganin

Manganinele sunt folosite în mod tradițional pentru rezistența de precizie. Manganinele sunt compuse din nichel, cupru și mangan. Cupru în compoziție - de la 84 la 86%, mangan - de la 11 la 13%, nichel - de la 2 la 3%. Cel mai popular dintre manganinii de astăzi conține 86% cupru, 12% mangan și 2% nichel.

Pentru a stabiliza manganinele, li se adaugă puțin fier, argint și aluminiu: aluminiu - de la 0,2 la 0,5%, fier - de la 0,2 la 0,5%, argint - 0,1%. Manganinele au o culoare portocalie deschisă caracteristică, densitatea lor medie este de 8,4 g / cm3, iar punctul lor de topire este de 960 ° C.

Sârma de mangan cu un diametru de 0,02 până la 6 mm (sau o bandă de 0,09 mm grosime) este fie tare, fie moale. Sârma moale recoaptă are o rezistență la tracțiune de la 45 la 50 kg / mm2, alungirea este de la 10 la 20%, rezistența este de la 0,42 la 0,52 ohm * mm / m.

Caracteristicile sârmei solide: rezistență la tracțiune de la 50 la 60 kg / sq.mm, alungire - de la 5 la 9%, rezistență - 0,43 - 0,53 ohm * sq.mm / m. Coeficientul de temperatură al firelor sau benzilor de manganină variază de la 3 * 10-5 până la 5 * 10-5 1 / ° С, iar pentru stabilizat - până la 1,5 * 10-5 1 / ° С.

Aceste caracteristici arată că dependența de temperatură a rezistenței electrice a manganinului este extrem de nesemnificativă, iar acesta este un factor în favoarea constanței rezistenței, care este foarte importantă pentru dispozitivele electrice de măsurare de precizie. Termo-emf scăzut este un alt avantaj al manganinului, iar în contact cu elementele de cupru nu va depăși 0,000001 volți pe grad.

Pentru a stabiliza caracteristicile electrice ale firului de manganină, acesta este încălzit sub vid la 400 ° C și menținut la această temperatură timp de 1 până la 2 ore.Fiul este apoi menținut la temperatura camerei timp îndelungat pentru a obține o uniformitate acceptabilă a aliajul și obține proprietăți stabile.

În condiții normale de funcționare, un astfel de fir poate fi folosit la temperaturi de până la 200 ° C - pentru manganina stabilizată și până la 60 ° C - pentru manganina nestabilizată, deoarece manganina nestabilizată, atunci când este încălzită de la 60 ° C și mai mult, va suferi modificări ireversibile. . care îi va afecta proprietățile ... Deci este mai bine să nu încălzești manganina nestabilizată până la 60 ° C, iar această temperatură ar trebui considerată maxima admisă.

Astăzi, industria produce atât sârmă goală de mangan, cât și sârmă în izolație email cu rezistență ridicată - pentru fabricarea bobinelor, în izolație de mătase și în izolație mylar cu două straturi.

Constantan

Constantanul, spre deosebire de manganina, conține mai mult nichel - de la 39 la 41%, mai puțin cupru - 60-65%, semnificativ mai puțin mangan - 1-2% - este, de asemenea, un aliaj cupru-nichel. Coeficientul de temperatură al rezistenței constantanului se apropie de zero - acesta este principalul avantaj al acestui aliaj.

Constantanul are o culoare caracteristică alb-argintie, punct de topire 1270 ° C, densitate în medie aproximativ 8,9 g/cm3.Industria produce sârmă constantan cu un diametru de 0,02 până la 5 mm.

Sârma de constantan moale recoaptă are o rezistență la tracțiune de 45 — 65 kg / sq.mm, rezistența sa este de la 0,46 la 0,48 ohm * sq.mm / m. Pentru sârmă de constantan dur: rezistență la tracțiune — de la 65 la 70 kg / sq. mm, rezistență — de la 0,48 la 0,52 Ohm * sq.mm / m. Termoelectricitatea constantanului conectat la cupru este de 0,000039 volți pe grad, ceea ce limitează utilizarea constantanului la fabricarea rezistențelor de precizie și a instrumentelor electrice de măsurare.

Semnificativ, în comparație cu manganina, termo-EMF permite utilizarea firului constantan în termocupluri (pereche cu cupru) pentru a măsura temperaturi de până la 300 ° C. La temperaturi de peste 300 ° C cuprul va începe să se oxideze, în timp ce trebuie remarcat faptul că constantanul va începe să se oxideze numai la 500 °C.

Industria produce atât sârmă constantan fără izolație, cât și sârmă de înfășurare cu izolație emailă de înaltă rezistență, sârmă în izolație de mătase cu două straturi și sârmă în izolație combinată - un strat de email și un strat de mătase sau lavsan.

În reostate, în care tensiunea dintre spirele adiacente nu depășește câțiva volți, se utilizează următoarea proprietate a unui fir permanent: dacă firul este încălzit la 900 ° C timp de câteva secunde și apoi răcit în aer, firul va fi acoperit. cu o peliculă de oxid gri închis.Această peliculă poate servi ca un fel de izolație, deoarece are proprietăți dielectrice.

Aliaje rezistente la căldură

În încălzitoarele electrice și cuptoarele cu rezistență, elementele de încălzire sub formă de panglici și fire trebuie să poată funcționa perioade lungi de timp la temperaturi de până la 1200 °C.Nici cuprul, nici aluminiul, nici constantanul, nici manganina nu sunt potrivite pentru aceasta, deoarece de la 300 ° C încep deja să se oxideze puternic, apoi filmele de oxid se evaporă și oxidarea continuă. Aici sunt necesare fire rezistente la căldură.

Fire rezistente la căldură cu rezistență mare, rezistente și la oxidare la încălzire și cu un coeficient de rezistență la temperatură scăzut. Este vorba doar despre nicrom și feronicromi - aliaje binare de nichel și crom și aliaje ternare de nichel, crom și fier.

Există, de asemenea, aliaje fehrale și cromatice-triple de fier, aluminiu și crom - acestea, în funcție de procentul de componente incluse în aliaj, diferă în parametrii electrici și rezistența la căldură. Toate acestea sunt soluții solide de metale cu o structură haotică.

Încălzirea acestor aliaje rezistente la căldură duce la formarea pe suprafața lor a unei pelicule protectoare groase de oxizi de crom și nichel, rezistente la temperaturi ridicate de până la 1100 ° C, protejând în mod fiabil aceste aliaje împotriva reacțiilor ulterioare cu oxigenul atmosferic. Deci benzile și firele din aliaje rezistente la căldură pot funcționa mult timp la temperaturi ridicate, chiar și în aer.

Pe lângă componentele principale, aliajele includ: carbon - de la 0,06 la 0,15%, siliciu - de la 0,5 la 1,2%, mangan - de la 0,7 la 1,5%, fosfor - 0,35%, sulf - 0,03%.

În acest caz, fosforul, sulful și carbonul sunt impurități nocive care cresc fragilitatea, prin urmare conținutul lor este întotdeauna căutat să fie minimizat sau mai bine să fie eliminat complet. Manganul și siliciul contribuie la dezoxidare, eliminând oxigenul. Nichelul, cromul și aluminiul, în special cromul, ajută la asigurarea rezistenței la temperaturi de până la 1200°C.

Componentele din aliaj servesc la creșterea rezistenței și la scăderea coeficientului de rezistență la temperatură, care este exact ceea ce este necesar de la aceste aliaje. Dacă cromul este mai mare de 30%, atunci aliajul se va dovedi a fi fragil și dur. Pentru a obține un fir subțire, de exemplu, de 20 de microni în diametru, nu este nevoie de mai mult de 20% crom în compoziția aliajului.

Aceste cerințe sunt îndeplinite de aliajele mărcilor Х20Н80 și Х15Н60. Aliajele rămase sunt potrivite pentru producția de benzi cu o grosime de 0,2 mm și fire cu un diametru de 0,2 mm.

Aliajele de tip Fechral — X13104, conțin fier, ceea ce le face mai ieftine, dar după mai multe cicluri de încălzire devin fragile, prin urmare, în timpul întreținerii, este inacceptabilă deformarea spiralelor cromale și fehrale în stare răcită, de exemplu, dacă vorbim. despre o spirală care funcționează mult timp în dispozitivul de încălzire. Pentru reparații, numai o spirală încălzită la 300-400 ° C trebuie răsucită sau îmbinată. În general, fechral poate funcționa la temperaturi de până la 850 °C, iar cromal - până la 1200 °C.

Elementele de încălzire cu nicrom, la rândul lor, sunt proiectate pentru funcționare continuă la temperaturi de până la 1100 ° C în moduri staționare, ușor dinamice, în timp ce nu își vor pierde nici rezistența, nici plasticitatea. Dar dacă modul este puternic dinamic, adică temperatura se va schimba dramatic de multe ori, cu pornirea și oprirea frecventă a curentului prin bobină, filmele de oxid de protecție se vor crăpa, oxigenul va pătrunde în nicrom și elementul va ajunge în cele din urmă. oxidează și distrug.

Industria produce atât fire goale din aliaje termorezistente, cât și fire izolate cu email și lac silicon silicon, destinate producției de bobine.

Mercur

Mercurul merită o mențiune specială deoarece este singurul metal care rămâne lichid la temperatura camerei. Temperatura de oxidare a mercurului este de 356,9 ° C, mercurul aproape că nu interacționează cu gazele din aer. Soluțiile de acizi (sulfuric, clorhidric) și alcaline nu afectează mercurul, dar este solubil în acizi concentrați (sulfuric, clorhidric, azotic). Zincul, nichelul, argintul, cuprul, plumbul, staniul, aurul se dizolvă în mercur.

Densitatea mercurului este de 13,55 g / cm3, temperatura de tranziție de la starea lichidă la starea solidă este de -39 ° C, rezistența specifică este de la 0,94 la 0,95 ohm * sq.mm / m, coeficientul de temperatură al rezistenței este de 0,000990 1 / ° C ... Aceste proprietăți fac posibilă utilizarea mercurului ca contacte conductoare lichide pentru comutatoare și relee cu destinații speciale, precum și în redresoare cu mercur. Este important să ne amintim că mercurul este extrem de toxic.