Materials d'alta resistència, aliatges d'alta resistència

Per a la creació de reòstats, la fabricació de resistències de precisió, la fabricació de forns elèctrics i diversos dispositius elèctrics de calefacció, conductors de materials amb alta resistència i baixa coeficient de resistència a la temperatura.

Aquests materials en forma de cintes i cables haurien de tenir preferiblement una resistència de 0,42 a 0,52 ohms * sq.mm / m. Aquests materials inclouen aliatges a base de níquel, coure, manganès i alguns altres metalls. El mercuri mereix una atenció especial, ja que el mercuri en la seva forma pura té una resistència de 0,94 ohm * sq.mm / m.

Les propietats característiques requerides dels aliatges de manera individual estan determinades per la finalitat específica d'un dispositiu particular en el qual s'utilitzarà aquest aliatge.

Per exemple, la creació de resistències precises requereix aliatges amb baixa termoelectricitat induïda pel contacte de l'aliatge amb el coure. La resistència també ha de romandre constant al llarg del temps.En forns i escalfadors elèctrics, l'oxidació de l'aliatge és inacceptable fins i tot a temperatures de 800 a 1100 ° C, és a dir, aquí es necessiten aliatges resistents a la calor.

Tots aquests materials tenen una cosa en comú: tots són aliatges d'alta resistivitat, per això aquests aliatges s'anomenen aliatges d'alta resistivitat elèctrica. Els materials amb alta resistència elèctrica en aquest context són solucions de metalls i tenen una estructura caòtica, per això compleixen els requisits per si mateixos.

Manganina

Les manganines s'utilitzen tradicionalment per a la resistència de precisió. Els manganins es componen de níquel, coure i manganès. Coure en la composició - del 84 al 86%, manganès - de l'11 al 13%, níquel - del 2 al 3%. La més popular de les manganines d'avui conté un 86% de coure, un 12% de manganès i un 2% de níquel.

Per estabilitzar les manganines, s'hi afegeix una mica de ferro, plata i alumini: alumini - del 0,2 al 0,5%, ferro - del 0,2 al 0,5%, plata - 0,1%. Les manganines tenen un color ataronjat clar característic, la seva densitat mitjana és de 8,4 g/cm3 i el seu punt de fusió és de 960 °C.

El filferro de manganès amb un diàmetre de 0,02 a 6 mm (o una tira de 0,09 mm de gruix) és dur o tou. El cable tou recoit té una resistència a la tracció de 45 a 50 kg / mm2, l'allargament és del 10 al 20%, la resistència és de 0,42 a 0,52 ohm * mm / m.

Característiques del cable sòlid: resistència a la tracció de 50 a 60 kg / sq.mm, allargament - del 5 al 9%, resistència - 0,43 - 0,53 ohm * sq.mm / m. El coeficient de temperatura dels cables o cintes de manganina varia de 3 * 10-5 a 5 * 10-5 1 / ° С, i per estabilitzat - fins a 1,5 * 10-5 1 / ° С.

Aquestes característiques mostren que la dependència de la temperatura de la resistència elèctrica de la manganina és extremadament insignificant, i això és un factor a favor de la constància de la resistència, que és molt important per als dispositius de mesura elèctrica de precisió. La baixa termo-emf és un altre avantatge de la manganina, i en contacte amb elements de coure no superarà els 0,000001 volts per grau.

Per tal d'estabilitzar les característiques elèctriques del cable de manganina, s'escalfa al buit a 400 ° C i es manté a aquesta temperatura durant 1 a 2 hores. Després, el cable es manté a temperatura ambient durant molt de temps per aconseguir una uniformitat acceptable de l'aliatge i obtenir propietats estables.

En condicions normals de funcionament, aquest cable es pot utilitzar a temperatures de fins a 200 ° C - per a manganina estabilitzada i fins a 60 ° C - per a manganina no estabilitzada, ja que la mangana no estabilitzada, quan s'escalfa a partir de 60 ° C, patirà canvis irreversibles. . cosa que afectarà les seves propietats ... Per tant, és millor no escalfar manganina inestabilitzada fins a 60 ° C, i aquesta temperatura s'ha de considerar la màxima admissible.

Avui en dia, la indústria produeix tant filferro nu de manganès com filferro en aïllament d'esmalt d'alta resistència, per a la fabricació de bobines, en aïllament de seda i en aïllament de mylar de dues capes.

Constantan

Constantan, a diferència del manganina, conté més níquel: del 39 al 41%, menys coure: 60-65%, significativament menys manganès: 1-2%, també és un aliatge de coure-níquel. El coeficient de temperatura de resistència de constantan s'aproxima a zero, aquest és el principal avantatge d'aquest aliatge.

Constantan té un color blanc platejat característic, punt de fusió 1270 ° C, densitat mitjana d'uns 8,9 g / cm3.La indústria produeix filferro constantan amb un diàmetre de 0,02 a 5 mm.

El filferro de constantan suau recoit té una resistència a la tracció de 45 a 65 kg / sq.mm, la seva resistència és de 0,46 a 0,48 ohm * sq.mm / m. Per al cable de constantan dur: resistència a la tracció: de 65 a 70 kg / sq. mm, resistència: de 0,48 a 0,52 Ohm * sq.mm / m. La termoelectricitat de constantan connectada al coure és de 0,000039 volts per grau, la qual cosa limita l'ús de constantan en la fabricació de resistències de precisió i instruments de mesura elèctrics.

Significatiu, en comparació amb la manganina, la termo-EMF permet l'ús de filferro constantan en termoparells (aparellat amb coure) per mesurar temperatures de fins a 300 ° C. A temperatures superiors a 300 ° C el coure començarà a oxidar-se, tot i que cal tenir en compte que El constantan començarà a oxidar-se només a 500 °C.

La indústria produeix tant filferro constantan sense aïllament com filferro bobinat amb aïllament d'esmalt d'alta resistència, filferro amb aïllament de seda de dues capes i filferro amb aïllament combinat: una capa d'esmalt i una capa de seda o lavsan.

En els reòstats, on la tensió entre espires adjacents no supera uns quants volts, s'utilitza la següent propietat d'un cable permanent: si el cable s'escalfa a 900 ° C durant uns segons i després es refreda a l'aire, el cable es cobrirà. amb una pel·lícula d'òxid gris fosc, aquesta pel·lícula pot servir com a tipus d'aïllament, ja que té propietats dielèctriques.

Aliatges resistents a la calor

En els escalfadors elèctrics i els forns de resistència, els elements de calefacció en forma de cintes i filferros han de poder funcionar durant llargs períodes de temps a temperatures de fins a 1200 °C.Ni coure, ni alumini, ni constantan, ni manganina són adequats per a això, perquè a partir dels 300 °C ja comencen a oxidar-se amb força, les pel·lícules d'òxid després s'evaporen i l'oxidació continua. Aquí es necessiten cables resistents a la calor.

Cables resistents a la calor amb alta resistència, també resistents a l'oxidació quan s'escalfen i amb un coeficient de resistència a la temperatura baixa. Això és només sobre nicrom i ferronicroms: aliatges binaris de níquel i crom i aliatges ternaris de níquel, crom i ferro.

També hi ha aliatges fechrals i cromal-triples de ferro, alumini i crom, que, depenent del percentatge de components inclosos en l'aliatge, difereixen en paràmetres elèctrics i resistència a la calor. Totes aquestes són solucions sòlides de metalls amb una estructura caòtica.

L'escalfament d'aquests aliatges resistents a la calor condueix a la formació a la seva superfície d'una pel·lícula protectora gruixuda d'òxids de crom i níquel, resistent a altes temperatures de fins a 1100 ° C, protegint de manera fiable aquests aliatges de la reacció posterior amb l'oxigen atmosfèric. Així, les cintes i els cables d'aliatges resistents a la calor poden funcionar durant molt de temps a altes temperatures, fins i tot a l'aire.

A més dels components principals, els aliatges inclouen: carboni - de 0,06 a 0,15%, silici - de 0,5 a 1,2%, manganès - de 0,7 a 1,5%, fòsfor - 0,35%, sofre - 0,03%.

En aquest cas, el fòsfor, el sofre i el carboni són impureses nocives que augmenten la fragilitat, per això sempre es busca minimitzar el seu contingut o millor eliminar-lo completament. El manganès i el silici contribueixen a la desoxidació, eliminant l'oxigen. El níquel, el crom i l'alumini, especialment el crom, ajuden a proporcionar resistència a temperatures de fins a 1200 °C.

Els components d'aliatge serveixen per augmentar la resistència i disminuir el coeficient de temperatura de resistència, que és exactament el que es necessita d'aquests aliatges. Si el crom és superior al 30%, l'aliatge serà fràgil i dur. Per obtenir un cable prim, per exemple, de 20 micres de diàmetre, no es necessita més del 20% de crom en la composició de l'aliatge.

Aquests requisits els compleixen els aliatges de les marques Х20Н80 i Х15Н60. Els aliatges restants són adequats per a la producció de tires amb un gruix de 0,2 mm i filferros amb un diàmetre de 0,2 mm.

Els aliatges del tipus Fechral - X13104 contenen ferro, la qual cosa els fa més barats, però després de diversos cicles d'escalfament es tornen trencadissos, per tant durant el manteniment és inacceptable deformar les espirals cromals i fechrals en estat refredat, per exemple, si parlem. sobre una espiral que funciona durant molt de temps al dispositiu de calefacció. Per a la reparació, només s'ha de retorçar o empalmar una espiral escalfada a 300-400 ° C. En general, fechral pot funcionar a temperatures de fins a 850 °C, i cromal - fins a 1200 °C.

Els elements de calefacció de nicrom, al seu torn, estan dissenyats per a un funcionament continu a temperatures de fins a 1100 ° C en modes estacionaris i lleugerament dinàmics, mentre que no perdran ni força ni plasticitat. Però si el mode és fortament dinàmic, és a dir, la temperatura canviarà dràsticament moltes vegades, amb encendre i apagar freqüentment el corrent a través de la bobina, les pel·lícules d'òxid protectores s'esquerdaran, l'oxigen penetrarà al nicrom i l'element acabarà. oxidar i destruir.

La indústria produeix tant cables nus fets d'aliatges resistents a la calor, com cables aïllats amb vernís d'esmalt i silici silici, destinats a la producció de bobines.

mercuri

El mercuri mereix una menció especial perquè és l'únic metall que es manté líquid a temperatura ambient. La temperatura d'oxidació del mercuri és de 356,9 ° C, el mercuri gairebé no interacciona amb els gasos de l'aire. Les solucions d'àcids (sulfúric, clorhídric) i àlcalis no afecten el mercuri, però és soluble en àcids concentrats (sulfúric, clorhídric, nítric). Zinc, níquel, plata, coure, plom, estany, or es dissolen en mercuri.

La densitat del mercuri és de 13,55 g / cm3, la temperatura de transició de líquid a estat sòlid és de -39 ° C, la resistència específica és de 0,94 a 0,95 ohm * sq.mm / m, el coeficient de temperatura de resistència és de 0,000990 1 / ° C ... Aquestes propietats permeten utilitzar el mercuri com a contactes conductors líquids per a interruptors i relés d'ús especial, així com en rectificadors de mercuri. És important recordar que el mercuri és extremadament tòxic.