Vật liệu có độ bền cao, hợp kim có độ bền cao

Để tạo ra các bộ biến trở, sản xuất điện trở chính xác, sản xuất lò điện và các thiết bị sưởi điện khác nhau, dây dẫn bằng vật liệu có điện trở cao và thấp hệ số nhiệt độ của điện trở.

Những vật liệu này ở dạng ruy băng và dây tốt nhất nên có điện trở từ 0,42 đến 0,52 ôm * mm vuông / m. Những vật liệu này bao gồm các hợp kim dựa trên niken, đồng, mangan và một số kim loại khác. Thủy ngân đáng được chú ý đặc biệt, vì thủy ngân ở dạng nguyên chất có điện trở 0,94 ohm * mm2 / m2.

Các tính chất đặc trưng cần thiết của hợp kim trên cơ sở cá nhân được xác định bởi mục đích cụ thể của một thiết bị cụ thể mà hợp kim đó sẽ được sử dụng.

Ví dụ, việc tạo ra các điện trở chính xác đòi hỏi các hợp kim có nhiệt điện thấp gây ra bởi sự tiếp xúc của hợp kim với đồng. Điện trở cũng không đổi theo thời gian.Trong lò nung và lò sưởi điện, quá trình oxy hóa hợp kim là không thể chấp nhận được ngay cả ở nhiệt độ từ 800 đến 1100 ° C, tức là ở đây cần có hợp kim chịu nhiệt.

Tất cả những vật liệu này đều có một điểm chung - chúng đều là hợp kim có điện trở suất cao, đó là lý do tại sao những hợp kim này được gọi là hợp kim có điện trở suất cao. Các vật liệu có điện trở cao trong bối cảnh này là các dung dịch kim loại và có cấu trúc hỗn loạn, đó là lý do tại sao chúng đáp ứng các yêu cầu đối với bản thân.

Manganin

Manganin thường được sử dụng để kháng chính xác. Manganin bao gồm niken, đồng và mangan. Đồng trong chế phẩm — từ 84 đến 86%, mangan — từ 11 đến 13%, niken — từ 2 đến 3%. Loại mangan phổ biến nhất hiện nay chứa 86% đồng, 12% mangan và 2% niken.

Để ổn định manganin, một ít sắt, bạc và nhôm được thêm vào chúng: nhôm - từ 0,2 đến 0,5%, sắt - từ 0,2 đến 0,5%, bạc - 0,1%. Manganin có màu cam nhạt đặc trưng, ​​mật độ trung bình của chúng là 8,4 g / cm3 và nhiệt độ nóng chảy của chúng là 960 ° C.

Dây mangan có đường kính từ 0,02 đến 6 mm (hoặc dải dày 0,09 mm) cứng hoặc mềm. Dây mềm ủ có độ bền kéo từ 45 đến 50 kg / mm2, độ giãn dài từ 10 đến 20%, điện trở từ 0,42 đến 0,52 ohm * mm / m.

Đặc điểm của dây đặc: độ bền kéo từ 50 đến 60 kg / mm vuông, độ giãn dài - từ 5 đến 9%, điện trở - 0,43 - 0,53 ohm * mm vuông / m Hệ số nhiệt độ của dây hoặc băng manganin thay đổi từ 3 * 10-5 đến 5 * 10-5 1 / ° С và để ổn định - lên tới 1,5 * 10-5 1 / ° С.

Những đặc điểm này cho thấy sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở manganin là cực kỳ không đáng kể và đây là yếu tố có lợi cho sự không đổi của điện trở, điều này rất quan trọng đối với các thiết bị đo điện chính xác. Emf nhiệt thấp là một lợi thế khác của manganin và khi tiếp xúc với các nguyên tố đồng, nó sẽ không vượt quá 0,000001 vôn mỗi độ.

Để ổn định các đặc tính điện của dây manganin, nó được nung nóng trong chân không đến 400 ° C và giữ ở nhiệt độ này trong 1 đến 2 giờ. Sau đó, dây được giữ ở nhiệt độ phòng trong một thời gian dài để đạt được độ đồng đều có thể chấp nhận được hợp kim và thu được các đặc tính ổn định.

Trong điều kiện hoạt động bình thường, dây như vậy có thể được sử dụng ở nhiệt độ lên tới 200 ° C — đối với manganin ổn định và lên đến 60 ° C — đối với manganin không ổn định, vì manganin không ổn định, khi được làm nóng từ 60 ° C trở lên, sẽ trải qua những thay đổi không thể đảo ngược .điều này sẽ ảnh hưởng đến tính chất của nó ... Vì vậy, tốt hơn là không đun nóng manganin không ổn định lên đến 60 ° C và nhiệt độ này nên được coi là nhiệt độ tối đa cho phép.

Ngày nay, ngành công nghiệp sản xuất cả dây mangan trần và dây mangan cách điện tráng men có độ bền cao - để sản xuất cuộn dây, cách điện lụa và cách điện mylar hai lớp.

Constantan

Constantan, không giống như manganin, chứa nhiều niken hơn - từ 39 đến 41%, ít đồng hơn - 60-65%, ít mangan hơn đáng kể - 1-2% - nó cũng là một hợp kim đồng-niken. Hệ số nhiệt độ của điện trở của hằng số tiến tới 0 - đây là ưu điểm chính của hợp kim này.

Constantan có màu trắng bạc đặc trưng, ​​nhiệt độ nóng chảy 1270°C, khối lượng riêng trung bình khoảng 8,9 g/cm3.Công nghiệp sản xuất dây Constantan có đường kính từ 0,02 đến 5 mm.

Dây Constantan mềm được ủ có độ bền kéo 45 — 65 kg / mm2, điện trở từ 0,46 đến 0,48 ohm * mm vuông / m Đối với dây Constantan cứng: độ bền kéo — từ 65 đến 70 kg / m2. mm, điện trở — từ 0,48 đến 0,52 Ohm * mm vuông / m Nhiệt điện của hằng số kết nối với đồng là 0,000039 vôn mỗi độ, điều này hạn chế việc sử dụng hằng số trong sản xuất điện trở chính xác và dụng cụ đo điện.

Đáng kể, so với manganin, nhiệt EMF cho phép sử dụng dây hằng số trong cặp nhiệt điện (ghép với đồng) để đo nhiệt độ lên tới 300 ° C. Ở nhiệt độ trên 300 ° C, đồng sẽ bắt đầu bị oxy hóa, trong khi cần lưu ý rằng , constantan sẽ bắt đầu bị oxy hóa chỉ ở 500 °C.

Ngành công nghiệp sản xuất cả dây liên tục không có lớp cách nhiệt và dây quấn có lớp cách điện tráng men cường độ cao, dây cách điện bằng lụa hai lớp và dây cách điện kết hợp - một lớp men và một lớp lụa hoặc lavsan.

Trong các bộ biến trở, trong đó điện áp giữa các vòng liền kề không vượt quá vài vôn, tính chất sau của dây vĩnh cửu được sử dụng: nếu dây được nung nóng đến 900 ° C trong vài giây và sau đó làm mát trong không khí, dây sẽ bị che phủ. với màng oxit màu xám đen, màng này có thể dùng như một loại vật liệu cách nhiệt, vì nó có đặc tính điện môi.

Hợp kim chịu nhiệt

Trong lò sưởi điện và lò điện trở, các bộ phận làm nóng ở dạng ruy băng và dây điện phải có khả năng hoạt động trong thời gian dài ở nhiệt độ lên tới 1200 °C.Cả đồng, nhôm, hằng số hay manganin đều không phù hợp cho việc này, vì từ 300 ° C, chúng đã bắt đầu bị oxy hóa mạnh, các màng oxit sau đó bay hơi và quá trình oxy hóa tiếp tục. Dây chịu nhiệt là cần thiết ở đây.

Dây chịu nhiệt có điện trở cao, đồng thời có khả năng chống oxy hóa khi nung nóng và có hệ số điện trở ở nhiệt độ thấp. Đây chỉ là về niken và ferronichromes—hợp kim nhị phân của niken và crom và hợp kim tam phân của niken, crom và sắt.

Ngoài ra còn có các hợp kim Fechral và crom-ba của sắt, nhôm và crom - chúng, tùy thuộc vào tỷ lệ phần trăm của các thành phần có trong hợp kim, khác nhau về các thông số điện và khả năng chịu nhiệt. Tất cả đều là những dung dịch rắn của kim loại có cấu trúc hỗn loạn.

Việc nung nóng các hợp kim chịu nhiệt này dẫn đến sự hình thành trên bề mặt của chúng một lớp màng bảo vệ dày gồm các oxit crom và niken, chịu được nhiệt độ cao lên đến 1100 ° C, bảo vệ đáng tin cậy các hợp kim này khỏi phản ứng tiếp theo với oxy trong khí quyển. Vì vậy băng và dây hợp kim chịu nhiệt có thể hoạt động lâu dài ở nhiệt độ cao, kể cả trong không khí.

Ngoài các thành phần chính, hợp kim bao gồm: carbon - từ 0,06 đến 0,15%, silicon - từ 0,5 đến 1,2%, mangan - từ 0,7 đến 1,5%, phốt pho - 0,35%, lưu huỳnh - 0,03%.

Trong trường hợp này, phốt pho, lưu huỳnh và carbon là những tạp chất có hại làm tăng độ giòn, do đó hàm lượng của chúng luôn được tìm cách giảm thiểu hoặc tốt hơn là loại bỏ hoàn toàn. Mangan và silic góp phần khử oxy, loại bỏ oxy. Niken, crom và nhôm, đặc biệt là crom, giúp cung cấp khả năng chống chịu nhiệt độ lên tới 1200°C.

Các thành phần hợp kim phục vụ để tăng điện trở và giảm hệ số nhiệt độ của điện trở, đây chính xác là những gì cần thiết từ các hợp kim này. Nếu crom nhiều hơn 30%, thì hợp kim sẽ trở nên giòn và cứng. Ví dụ, để có được một dây mỏng, có đường kính 20 micron, không cần quá 20% crom trong thành phần của hợp kim.

Các yêu cầu này được đáp ứng bởi các hợp kim của nhãn hiệu Х20Н80 và Х15Н60. Các hợp kim còn lại phù hợp để sản xuất dải có độ dày 0,2 mm và dây có đường kính 0,2 mm.

Các hợp kim loại Fechral — X13104, có chứa sắt, khiến chúng rẻ hơn, nhưng sau một vài chu kỳ gia nhiệt, chúng trở nên giòn, do đó, trong quá trình bảo trì, việc làm biến dạng các xoắn ốc nhiễm sắc thể và fechral ở trạng thái nguội, chẳng hạn như chúng ta không thể chấp nhận được. về đường xoắn ốc hoạt động lâu dài trong thiết bị gia nhiệt. Để sửa chữa, chỉ xoắn hoặc nối xoắn ốc được làm nóng đến 300-400 ° C. Nói chung, fechral có thể hoạt động ở nhiệt độ lên tới 850 ° C và chromal - lên tới 1200 ° C.

Ngược lại, các bộ phận làm nóng bằng niken được thiết kế để hoạt động liên tục ở nhiệt độ lên tới 1100 ° C ở chế độ tĩnh, hơi động, trong khi chúng sẽ không mất đi độ bền hoặc độ dẻo. Nhưng nếu chế độ này rất năng động, nghĩa là nhiệt độ sẽ thay đổi đáng kể nhiều lần, với việc bật và tắt dòng điện thường xuyên qua cuộn dây, màng oxit bảo vệ sẽ bị nứt, oxy sẽ xâm nhập vào nichrom và nguyên tố cuối cùng sẽ oxy hóa và phá hủy.

Ngành công nghiệp sản xuất cả dây trần làm bằng hợp kim chịu nhiệt và dây cách điện bằng men và vecni silicon silicon, dành cho sản xuất cuộn dây.

thủy ngân

Thủy ngân xứng đáng được đề cập đặc biệt vì nó là kim loại duy nhất tồn tại ở thể lỏng ở nhiệt độ phòng. Nhiệt độ oxi hóa của thủy ngân là 356,9°C, thủy ngân hầu như không tương tác với các chất khí trong không khí. Dung dịch axit (lưu huỳnh, clohydric) và kiềm không ảnh hưởng đến thủy ngân, nhưng nó hòa tan trong axit đậm đặc (lưu huỳnh, clohydric, nitric). Kẽm, niken, bạc, đồng, chì, thiếc, vàng hòa tan trong thủy ngân.

Mật độ thủy ngân là 13,55 g / cm3, nhiệt độ chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn là -39 ° C, điện trở riêng từ 0,94 đến 0,95 ohm * mm2 / m2, hệ số nhiệt độ của điện trở là 0,000990 1 / ° C ... Những đặc tính này cho phép sử dụng thủy ngân làm tiếp điểm dẫn điện lỏng cho các công tắc và rơle có mục đích đặc biệt, cũng như trong bộ chỉnh lưu thủy ngân. Điều quan trọng cần nhớ là thủy ngân cực kỳ độc hại.