Motstånd hos legeringar

Det finns många metaller och många fler legeringar av flera metaller.

De tidigaste konstgjorda legeringarna från mänskliga metallurgiska experiment skapades (baserade på arkeologiska lämningar) från cirka 3000 till 2500 f.Kr.

Det är främst brons eftersom metallerna som det består av (koppar och tenn) finns (i överflöd) i sitt ursprungliga tillstånd och inte kräver utvinning från malmen.

Guld och silver är metaller som är rikliga i naturen och av denna anledning är de kända från det 5:e årtusendet f.Kr., så de blandas också mycket ofta, särskilt för att ändra färgen eller hårdheten på guld.

I teorin finns det ett oändligt antal legeringar. Den grundläggande processen är enkel: värm helt enkelt två eller flera metaller tills de når lämplig smältpunkt, blanda dem sedan enligt rätt dosering och börja kyla dem.

Det räcker alltså att till och med ändra doseringen av ingredienserna något för att skapa en ny legering som har unika egenskaper.Dessutom är produktionsförhållandena för den nya legeringen också avgörande: det räcker till exempel att ändra smältpunkten, bränningsförhållandena eller till och med kylningstiden.

Beroendet av legeringars motståndskraft på deras sammansättning har en helt annan karaktär. I vissa fall är legeringen en samling mycket små kristaller av de två metaller som utgör legeringen. Varje metall kristalliserar oberoende av varandra, varefter deras kristaller blandas enhetligt och ganska slumpmässigt i legeringen.

Dessa är bly, tenn, zink och kadmium, som blandas på vilket sätt som helst. Motståndet hos sådana legeringar vid olika koncentrationer ligger mellan de extrema värdena för motståndet för rena metaller, det vill säga det är alltid mindre än den större av dem och mer än den mindre.

Metallmotståndsdetaljer: Vad bestämmer resistansen hos en ledare

En annan användbar artikel: Grundläggande egenskaper hos metaller och legeringar

Figuren nedan visar grafiskt beroendet av resistiviteten hos en zink-tennlegering på volymkoncentrationen av de två metallerna.

Abskissan visar volymerna av tenn i procent av legeringsenhetsvolymen, dvs. abskissan 60 betyder att en volymenhet legering innehåller 0,6 volymer tenn och 0,4 volymer zink. Ordinatan visar legeringsresistivitetsvärdena multiplicerat med 106.

Sedan rena metaller temperaturkoefficienter för motstånd är kvantiteter av samma ordning nära expansionskoefficienten för gaser, är det uppenbart att legeringarna i den betraktade gruppen har koefficienter av samma ordning.

I många andra fall är legeringarna av de två metallerna en homogen massa som består av små kristaller som består av atomer av de två metallerna.

Ibland kan sådana blandade kristaller bildas från atomer av de två metallerna i vilket förhållande som helst, ibland är sådana formationer möjliga endast i vissa koncentrationsområden.

Utanför dessa regioner liknar legeringarna de i den första gruppen som just betraktats, förutom att de är en blandning av kristaller av ren metall och kristaller av en blandad typ som består av atomer av båda typerna.

Resistiviteten hos legeringar av denna typ är vanligtvis högre än resistiviteten hos de två metallerna.

Figuren nedan visar grafiskt koncentrationsberoendet av resistiviteten hos en legering av guld och silver som bildar blandade kristaller vid varje koncentration. Metoden för att konstruera kurvan är densamma som kurvan i föregående figur.

Resistansen för rent silver på grafen är 1,5 * 10-6, rent guld 2,0 * 10-8... Genom att legera lika volymer av de två metallerna (50%) får vi en legering med en resistans på 10,4 * 10- 6.

Temperaturkoefficienterna för motstånd för legeringar av denna grupp är i allmänhet lägre än för var och en av metallerna som utgör legeringen.

Figuren nedan visar grafiskt beroendet av temperaturkoefficienten för en legering av guld och silver på koncentrationen av guld.

I intervallet av koncentrationer från 15% till 75% överstiger temperaturkoefficienten för motstånd inte en fjärdedel av samma koefficient för rena metaller.

Vissa legeringar av tre metaller är av teknisk betydelse.

Den första av dessa legeringar, manganin, när den bearbetas på rätt sätt, har en temperaturkoefficient på noll, med resultatet att manganintråd används för att tillverka precisionsmotståndsmagasin.

En legering av nickel, krom, med tillsatser av mangan, kisel, järn, aluminium (nikrom) är det vanligaste materialet för tillverkning av olika värmeelement.

Mer information om denna typ av legeringar: Nichromes: sorter, sammansättning, egenskaper och egenskaper

De återstående legeringarna (konstantan, nickelin, nickelsilver) används för tillverkning av reglerande reostater eftersom de har avsevärt motstånd och oxideras relativt lite i luft vid de ganska höga temperaturer som reostattrådar ofta har.

För mer information om de ternära legeringar som oftast används inom elindustrin, se här:Material med hög motståndskraft, högbeständiga legeringar

Det är bäst att slå upp specifika resistansvärden för olika legeringar i speciella referensböcker eller bestämma experimentellt, eftersom de kan variera kraftigt.

Som ett exempel ger vi värdena för elektriskt motstånd och värmeledningsförmåga för Mg-Al och Mg-Zn-legeringar:

I detta arbete undersöks den elektriska resistiviteten och värmeledningsförmågan hos binära legeringar Mg — Al och Mg — Zn i temperaturområdet från 298 K till 448 K och förhållandet mellan legeringarnas motsvarande elektriska ledningsförmåga och värmeledningsförmåga analyseras.

Se även: De vanligaste ledande materialen i elektriska installationer