Visoko odporni materiali, visokoodporne zlitine

Za izdelavo reostatov, izdelavo preciznih uporov, proizvodnjo električnih peči in različnih električnih grelnih naprav, prevodnikov iz materialov z visoko odpornostjo in nizko temperaturni koeficient upora.

Ti materiali v obliki trakov in žic naj imajo prednostno upornost od 0,42 do 0,52 ohmov * m2 / m. Ti materiali vključujejo zlitine na osnovi niklja, bakra, mangana in nekaterih drugih kovin. Posebno pozornost si zasluži živo srebro, saj ima živo srebro v svoji čisti obliki upornost 0,94 ohm * sq.mm / m.

Karakteristične lastnosti, ki se zahtevajo od zlitin na posamezni osnovi, so določene s specifičnim namenom določene naprave, v kateri se bo ta zlitina uporabljala.

Na primer, izdelava natančnih uporov zahteva zlitine z nizko termoelektričnostjo, ki jo povzroča stik zlitine z bakrom. Tudi odpornost mora ostati konstantna skozi čas.V pečeh in električnih grelnikih je oksidacija zlitine nesprejemljiva tudi pri temperaturah od 800 do 1100 ° C, kar pomeni, da so tukaj potrebne toplotno odporne zlitine.

Vsi ti materiali imajo eno skupno stvar - vsi so zlitine z visoko upornostjo, zato se te zlitine imenujejo zlitine z visoko električno upornostjo. Materiali z visoko električno upornostjo so v tem kontekstu raztopine kovin in imajo kaotično strukturo, zaradi česar izpolnjujejo zahteve zase.

Manganin

Manganini se tradicionalno uporabljajo za natančno odpornost. Manganini so sestavljeni iz niklja, bakra in mangana. Baker v sestavi - od 84 do 86%, mangan - od 11 do 13%, nikelj - od 2 do 3%. Najbolj priljubljen med manganini danes vsebuje 86 % bakra, 12 % mangana in 2 % niklja.

Za stabilizacijo manganinov jim dodamo malo železa, srebra in aluminija: aluminij - od 0,2 do 0,5%, železo - od 0,2 do 0,5%, srebro - 0,1%. Manganini imajo značilno svetlo oranžno barvo, njihova povprečna gostota je 8,4 g / cm3, tališče pa 960 ° C.

Manganova žica s premerom od 0,02 do 6 mm (ali trak debeline 0,09 mm) je trda ali mehka. Žarjena mehka žica ima natezno trdnost od 45 do 50 kg / mm2, raztezek je od 10 do 20%, upornost je od 0,42 do 0,52 ohm * mm / m.

Značilnosti polne žice: natezna trdnost od 50 do 60 kg / sq.mm, raztezek - od 5 do 9%, upornost - 0,43 - 0,53 ohm * sq.mm / m Temperaturni koeficient manganinskih žic ali trakov se giblje od 3 * 10-5 do 5 * 10-5 1 / ° С, za stabilizirano pa do 1,5 * 10-5 1 / ° С.

Te značilnosti kažejo, da je temperaturna odvisnost električnega upora manganina izjemno nepomembna, kar je dejavnik v prid konstantnosti upora, kar je zelo pomembno za precizne električne merilne naprave. Nizka termo-emf je še ena prednost manganina in v stiku z bakrenimi elementi ne bo presegla 0,000001 volta na stopinjo.

Da bi stabilizirali električne lastnosti manganinske žice, jo segrejemo pod vakuumom na 400 ° C in pri tej temperaturi vzdržujemo 1 do 2 uri.Žico nato dolgo časa hranimo pri sobni temperaturi, da dosežemo sprejemljivo enakomernost zlitino in pridobite stabilne lastnosti.

V normalnih delovnih pogojih se lahko taka žica uporablja pri temperaturah do 200 ° C - za stabiliziran manganin in do 60 ° C - za nestabiliziran manganin, saj bo nestabilizirani manganin pri segrevanju od 60 ° C in več podvržen nepopravljivim spremembam ., kar bo vplivalo na njegove lastnosti ... Zato je bolje, da nestabiliziranega manganina ne segrevate do 60 ° C, in to temperaturo je treba šteti za najvišjo dovoljeno.

Danes industrija proizvaja tako golo manganovo žico kot žico v emajlirani izolaciji z visoko trdnostjo - za izdelavo tuljav, v svileni izolaciji in v dvoslojni izolaciji iz mylarja.

Constantan

Konstantan, za razliko od manganina, vsebuje več niklja - od 39 do 41%, manj bakra - 60-65%, bistveno manj mangana - 1-2% - je tudi zlitina bakra in niklja. Temperaturni koeficient upornosti konstantana se približa ničli - to je glavna prednost te zlitine.

Constantan ima značilno srebrno belo barvo, tališče 1270 ° C, povprečna gostota približno 8,9 g / cm3.Industrija proizvaja konstantansko žico s premerom od 0,02 do 5 mm.

Žarjena mehka konstantanska žica ima natezno trdnost 45-65 kg / sq.mm, njen upor je od 0,46 do 0,48 ohm * sq.mm / m Za trdo konstantansko žico: natezna trdnost - od 65 do 70 kg / sq. mm, upor - od 0,48 do 0,52 Ohm * sq.mm / m Termoelektričnost konstantana, povezanega z bakrom, je 0,000039 voltov na stopinjo, kar omejuje uporabo konstantana pri izdelavi natančnih uporov in električnih merilnih instrumentov.

Pomemben, v primerjavi z manganinom, termo-EMF omogoča uporabo konstantanske žice v termoelementih (v paru z bakrom) za merjenje temperatur do 300 ° C. Pri temperaturah nad 300 ° C bo baker začel oksidirati, medtem ko je treba opozoriti, da konstantan bo začel oksidirati šele pri 500 °C.

Industrija proizvaja konstantansko žico brez izolacije in navijalno žico z izolacijo iz emajla visoke trdnosti, žico v dvoslojni svileni izolaciji in žico v kombinirani izolaciji - eno plast emajla in eno plast svile ali lavsana.

V reostatih, kjer napetost med sosednjimi ovoji ne presega nekaj voltov, se uporablja naslednja lastnost trajne žice: če se žica nekaj sekund segreje na 900 ° C in nato ohladi na zraku, bo žica prekrita s temno sivim oksidnim filmom, ki lahko služi kot neke vrste izolacija, saj ima dielektrične lastnosti.

Toplotno odporne zlitine

Pri električnih grelnikih in uporovnih pečeh morajo biti grelni elementi v obliki trakov in žic sposobni dolgotrajno delovati pri temperaturah do 1200 °C.Za to niso primerni niti baker, niti aluminij, niti konstantan, niti manganin, saj že od 300 °C začnejo močno oksidirati, oksidni filmi nato izhlapijo in oksidacija se nadaljuje. Tukaj so potrebne toplotno odporne žice.

Toplotno odporne žice z visoko odpornostjo, odporne tudi na oksidacijo pri segrevanju in z nizkim temperaturnim koeficientom upora. To je samo približno nikrom in feronikromi - binarne zlitine niklja in kroma ter ternarne zlitine niklja, kroma in železa.

Obstajajo tudi fehralne in kromno-trojne zlitine železa, aluminija in kroma - glede na odstotek komponent, vključenih v zlitino, se razlikujejo po električnih parametrih in toplotni odpornosti. Vse to so trdne raztopine kovin s kaotično strukturo.

Ogrevanje teh toplotno odpornih zlitin vodi do tvorbe na njihovi površini debele zaščitne folije iz kromovega in nikljevega oksida, odpornega na visoke temperature do 1100 ° C, ki zanesljivo ščiti te zlitine pred nadaljnjo reakcijo z atmosferskim kisikom. Tako lahko trakovi in ​​žice iz toplotno odpornih zlitin dolgo delujejo pri visokih temperaturah, tudi na zraku.

Poleg glavnih sestavin zlitine vključujejo: ogljik - od 0,06 do 0,15%, silicij - od 0,5 do 1,2%, mangan - od 0,7 do 1,5%, fosfor - 0,35%, žveplo - 0,03%.

V tem primeru so fosfor, žveplo in ogljik škodljive primesi, ki povečujejo krhkost, zato se njihova vsebnost vedno poskuša čim bolj zmanjšati ali bolje popolnoma izločiti. Mangan in silicij prispevata k dezoksidaciji, odstranjevanju kisika. Nikelj, krom in aluminij, zlasti krom, pomagajo zagotoviti odpornost na temperature do 1200 °C.

Komponente zlitine služijo povečanju upornosti in zniževanju temperaturnega koeficienta upornosti, kar je točno tisto, kar je potrebno od teh zlitin. Če je kroma več kot 30%, se bo zlitina izkazala za krhko in trdo. Za pridobitev tanke žice, na primer s premerom 20 mikronov, v sestavi zlitine ni potrebno več kot 20% kroma.

Te zahteve izpolnjujejo zlitine blagovnih znamk Х20Н80 in Х15Н60. Preostale zlitine so primerne za izdelavo trakov debeline 0,2 mm in žic s premerom 0,2 mm.

Zlitine tipa Fechral - X13104 vsebujejo železo, zaradi česar so cenejše, vendar po več ciklih segrevanja postanejo krhke, zato je med vzdrževanjem nesprejemljivo deformirati kromalne in fechralne spirale v ohlajenem stanju, na primer, če govorimo o spirali, ki dolgo deluje v kurilni napravi. Za popravilo je treba zviti ali spojiti samo spiralo, segreto na 300-400 ° C. Na splošno lahko fehral deluje pri temperaturah do 850 ° C, kromal pa do 1200 ° C.

Nichrome grelni elementi so zasnovani za neprekinjeno delovanje pri temperaturah do 1100 ° C v stacionarnih, rahlo dinamičnih načinih, pri čemer ne bodo izgubili niti trdnosti niti plastičnosti. Če pa je način močno dinamičen, to je, da se bo temperatura večkrat dramatično spremenila, s pogostim vklopom in izklopom toka skozi tuljavo bodo zaščitni oksidni filmi počili, kisik bo prodrl v nikrom in element bo sčasoma oksidirajo in uničijo.

Industrija proizvaja tako gole žice iz toplotno odpornih zlitin kot žice, izolirane z emajlom in silicijevim silicijevim lakom, namenjene za proizvodnjo tuljav.

živo srebro

Posebno omembo si zasluži živo srebro, saj je edina kovina, ki pri sobni temperaturi ostane tekoča. Temperatura oksidacije živega srebra je 356,9 ° C, živo srebro skoraj ne deluje z zračnimi plini. Raztopine kislin (žveplove, klorovodikove) in alkalij ne vplivajo na živo srebro, vendar je topno v koncentriranih kislinah (žveplova, klorovodikova, dušikova). Cink, nikelj, srebro, baker, svinec, kositer, zlato se topijo v živem srebru.

Gostota živega srebra je 13,55 g / cm3, temperatura prehoda iz tekočega v trdno stanje je -39 ° C, specifična upornost je od 0,94 do 0,95 ohm * sq.mm / m, temperaturni koeficient upora je 0,000990 1 / ° C ... Te lastnosti omogočajo uporabo živega srebra kot tekočih prevodnih kontaktov za posebna stikala in releje ter v živosrebrnih usmernikih. Pomembno je vedeti, da je živo srebro izjemno strupeno.