Material med hög motståndskraft, högbeständiga legeringar

För skapandet av reostater, tillverkning av precisionsmotstånd, tillverkning av elektriska ugnar och olika elektriska värmeanordningar, ledare av material med hög resistans och låg temperaturkoefficient för motstånd.

Dessa material i form av band och trådar bör helst ha ett motstånd på 0,42 till 0,52 ohm * kvm / m. Dessa material inkluderar legeringar baserade på nickel, koppar, mangan och några andra metaller. Kvicksilver förtjänar särskild uppmärksamhet, eftersom kvicksilver i sin rena form har ett motstånd på 0,94 ohm * sq.mm / m.

De karakteristiska egenskaper som krävs av legeringar på individuell basis bestäms av det specifika syftet med en viss anordning i vilken den legeringen kommer att användas.

Till exempel kräver skapandet av noggranna motstånd legeringar med låg termoelektricitet inducerad av legeringens kontakt med koppar. Motståndet bör också förbli konstant över tiden.I ugnar och elektriska värmare är oxidation av legeringen oacceptabel även vid temperaturer från 800 till 1100 ° C, det vill säga värmebeständiga legeringar behövs här.

Alla dessa material har en sak gemensamt - de är alla legeringar med hög resistivitet, vilket är anledningen till att dessa legeringar kallas legeringar med hög elektrisk resistivitet. Material med hög elektrisk resistans i detta sammanhang är lösningar av metaller och har en kaotisk struktur, varför de uppfyller kraven för sig själva.

Manganin

Manganiner används traditionellt för precisionsbeständighet. Manganiner är sammansatta av nickel, koppar och mangan. Koppar i kompositionen - från 84 till 86%, mangan - från 11 till 13%, nickel - från 2 till 3%. Den mest populära av manganinerna idag innehåller 86% koppar, 12% mangan och 2% nickel.

För att stabilisera manganiner tillsätts lite järn, silver och aluminium till dem: aluminium - från 0,2 till 0,5%, järn - från 0,2 till 0,5%, silver - 0,1%. Manganiner har en karakteristisk ljusorange färg, deras genomsnittliga densitet är 8,4 g / cm3 och deras smältpunkt är 960 ° C.

Mangantråd med en diameter på 0,02 till 6 mm (eller en remsa 0,09 mm tjock) är antingen hård eller mjuk. Glödgad mjuk tråd har en draghållfasthet på 45 till 50 kg / mm2, töjningen är från 10 till 20%, motståndet är från 0,42 till 0,52 ohm * mm / m.

Egenskaper för solid tråd: draghållfasthet från 50 till 60 kg / kvm, töjning - från 5 till 9%, motstånd - 0,43 - 0,53 ohm * kvm / m. Temperaturkoefficienten för manganintrådar eller tejper varierar från 3 * 10-5 till 5 * 10-5 1 / ° С, och för stabiliserad - upp till 1,5 * 10-5 1 / ° С.

Dessa egenskaper visar att temperaturberoendet för manganins elektriska resistans är extremt obetydligt, och detta är en faktor som gynnar motståndets konstanthet, vilket är mycket viktigt för elektriska precisionsmätanordningar. Den låga termo-emf är en annan fördel med manganin, och i kontakt med kopparelement kommer den inte att överstiga 0,000001 volt per grad.

För att stabilisera de elektriska egenskaperna hos manganintråden värms den under vakuum till 400 ° C och hålls vid denna temperatur i 1 till 2 timmar. Tråden hålls sedan i rumstemperatur under lång tid för att uppnå en acceptabel enhetlighet av legeringen och få stabila egenskaper.

Under normala driftsförhållanden kan en sådan tråd användas vid temperaturer upp till 200 ° C - för stabiliserat manganin och upp till 60 ° C - för ostabiliserat manganin, eftersom ostabiliserat manganin, när det värms upp från 60 ° C och över, kommer att genomgå irreversibla förändringar vilket kommer att påverka dess egenskaper ... Så det är bättre att inte värma ostabiliserat manganin upp till 60 ° C, och denna temperatur bör anses vara den högsta tillåtna.

Idag tillverkar industrin både bar mangantråd och tråd i emaljisolering med hög hållfasthet – för tillverkning av spolar, i sidenisolering och i tvåskiktsmylarisolering.

Constantan

Constantan, till skillnad från manganin, innehåller mer nickel - från 39 till 41%, mindre koppar - 60-65%, betydligt mindre mangan - 1-2% - det är också en koppar-nickellegering. Temperaturkoefficienten för motståndet för konstantan närmar sig noll - detta är den största fördelen med denna legering.

Constantan har en karakteristisk silvervit färg, smältpunkt 1270 ° C, densitet i genomsnitt cirka 8,9 g / cm3.Industrin tillverkar konstantantråd med en diameter på 0,02 till 5 mm.

Den glödgade mjuka konstantantråden har en draghållfasthet på 45 — 65 kg / kvm, dess motstånd är från 0,46 till 0,48 ohm * kvm / m. För hård konstantantråd: draghållfasthet - från 65 till 70 kg / kvm. mm, motstånd — från 0,48 till 0,52 Ohm * sq.mm / m. Termoelektriciteten för konstantan ansluten till koppar är 0,000039 volt per grad, vilket begränsar användningen av konstantan vid tillverkning av precisionsmotstånd och elektriska mätinstrument.

Betydande, jämfört med manganin, tillåter termo-EMF användningen av konstantantråd i termoelement (parade med koppar) för att mäta temperaturer upp till 300 ° C. Vid temperaturer över 300 ° C kommer koppar att börja oxidera, samtidigt som det bör noteras , att konstantan kommer att börja oxidera först vid 500 °C.

Industrin tillverkar både konstantantråd utan isolering och lindningstråd med höghållfast emaljisolering, tråd i tvåskiktssilkesisolering och tråd i kombinerad isolering - ett lager emalj och ett lager silke eller lavsan.

I reostater, där spänningen mellan intilliggande varv inte överstiger några volt, används följande egenskap hos en permanent tråd: om tråden värms upp till 900 ° C i några sekunder och sedan kyls i luft, kommer tråden att täckas med en mörkgrå oxidfilm kan denna film fungera som en slags isolering, eftersom den har dielektriska egenskaper.

Värmebeständiga legeringar

I elektriska värmare och motståndsugnar ska värmeelementen i form av band och ledningar kunna fungera under långa tidsperioder vid temperaturer upp till 1200 °C.Varken koppar, aluminium, konstantan eller manganin är lämpliga för detta, eftersom de redan från 300 ° C börjar oxidera kraftigt, oxidfilmerna avdunstar sedan och oxidationen fortsätter. Här behövs värmebeständiga ledningar.

Värmebeständiga trådar med hög resistans, även motståndskraftiga mot oxidation vid uppvärmning och med låg temperaturmotståndskoefficient. Det här handlar bara om nichrome och ferronikromer—binära legeringar av nickel och krom och ternära legeringar av nickel, krom och järn.

Det finns också fechral och krom-trippellegeringar av järn, aluminium och krom - de, beroende på andelen komponenter som ingår i legeringen, skiljer sig i elektriska parametrar och värmebeständighet. Alla dessa är solida lösningar av metaller med en kaotisk struktur.

Uppvärmning av dessa värmebeständiga legeringar leder till bildandet på deras yta av en tjock skyddande film av krom- och nickeloxider, resistent mot höga temperaturer upp till 1100 ° C, vilket på ett tillförlitligt sätt skyddar dessa legeringar från ytterligare reaktion med atmosfäriskt syre. Så tejper och trådar av värmebeständiga legeringar kan fungera under lång tid vid höga temperaturer, även i luft.

Förutom huvudkomponenterna inkluderar legeringar: kol - från 0,06 till 0,15%, kisel - från 0,5 till 1,2%, mangan - från 0,7 till 1,5%, fosfor - 0,35%, svavel - 0,03%.

I det här fallet är fosfor, svavel och kol skadliga föroreningar som ökar sprödheten, därför strävar man alltid efter att minimera deras innehåll eller bättre att helt eliminera dem. Mangan och kisel bidrar till deoxidation och tar bort syre. Nickel, krom och aluminium, speciellt krom, hjälper till att ge motståndskraft mot temperaturer upp till 1200°C.

Legeringskomponenterna tjänar till att öka motståndet och minska motståndstemperaturen, vilket är precis vad som behövs av dessa legeringar. Om krom är mer än 30%, kommer legeringen att visa sig vara spröd och hård. För att få en tunn tråd, till exempel 20 mikron i diameter, behövs inte mer än 20 % krom i legeringens sammansättning.

Dessa krav uppfylls av legeringar av märkena Х20Н80 och Х15Н60. De återstående legeringarna är lämpliga för tillverkning av remsor med en tjocklek på 0,2 mm och trådar med en diameter på 0,2 mm.

Legeringar av typen Fechral - X13104, innehåller järn, vilket gör dem billigare, men efter flera uppvärmningscykler blir de spröda, därför är det under underhåll oacceptabelt att deformera krom- och fechralspiralerna i ett kylt tillstånd, till exempel om vi pratar om en spiral som fungerar länge i värmeanordningen. För reparation bör endast en spiral uppvärmd till 300-400 ° C vridas eller skarvas. I allmänhet kan fechral fungera vid temperaturer upp till 850 °C och kromal - upp till 1200 °C.

Nichrome värmeelement är i sin tur designade för kontinuerlig drift vid temperaturer upp till 1100 ° C i stationära, något dynamiska lägen, medan de inte kommer att förlora vare sig styrka eller plasticitet. Men om läget är kraftigt dynamiskt, det vill säga temperaturen kommer att förändras dramatiskt många gånger, med frekvent på- och avkoppling av strömmen genom spolen, kommer de skyddande oxidfilmerna att spricka, syre kommer att penetrera nikromet och elementet kommer så småningom att oxidera och förstöra.

Industrin tillverkar både nakna trådar av värmebeständiga legeringar, och trådar isolerade med emalj och silikonkisellack, avsedda för tillverkning av spolar.

kvicksilver

Kvicksilver förtjänar ett speciellt omnämnande eftersom det är den enda metallen som förblir flytande vid rumstemperatur. Oxidationstemperaturen för kvicksilver är 356,9 ° C, kvicksilver interagerar nästan inte med luftgaser. Lösningar av syror (svavelsyra, saltsyra) och alkalier påverkar inte kvicksilver, men det är lösligt i koncentrerade syror (svavelsyra, saltsyra, salpetersyra). Zink, nickel, silver, koppar, bly, tenn, guld löses i kvicksilver.

Kvicksilvrets densitet är 13,55 g / cm3, övergångstemperaturen från flytande till fast tillstånd är -39 ° C, det specifika motståndet är från 0,94 till 0,95 ohm * sq.mm / m, motståndets temperaturkoefficient är 0 ,000990 1 / ° C ... Dessa egenskaper gör det möjligt att använda kvicksilver som vätskeledande kontakter för speciella strömställare och reläer, såväl som i kvicksilverlikriktare. Det är viktigt att komma ihåg att kvicksilver är extremt giftigt.