Materialen met hoge weerstand, legeringen met hoge weerstand

Voor het maken van reostaten, de vervaardiging van precisieweerstanden, de vervaardiging van elektrische ovens en diverse elektrische verwarmingstoestellen, geleiders van materialen met hoge weerstand en lage temperatuurcoëfficiënt van weerstand.

Deze materialen in de vorm van linten en draden hebben bij voorkeur een weerstand van 0,42 tot 0,52 ohm * vierkante mm / m. Deze materialen omvatten legeringen op basis van nikkel, koper, mangaan en enkele andere metalen. Kwik verdient speciale aandacht, aangezien kwik in zijn pure vorm een ​​weerstand heeft van 0,94 ohm * sq.mm / m.

De karakteristieke eigenschappen die op individuele basis van legeringen worden vereist, worden bepaald door het specifieke doel van een bepaald apparaat waarin die legering zal worden gebruikt.

Het maken van nauwkeurige weerstanden vereist bijvoorbeeld legeringen met een lage thermo-elektriciteit die wordt veroorzaakt door contact van de legering met koper. De weerstand moet ook in de loop van de tijd constant blijven.In ovens en elektrische kachels is oxidatie van de legering onaanvaardbaar, zelfs bij temperaturen van 800 tot 1100 ° C, dat wil zeggen dat hier hittebestendige legeringen nodig zijn.

Al deze materialen hebben één ding gemeen: het zijn allemaal legeringen met hoge weerstand, daarom worden deze legeringen legeringen met hoge elektrische weerstand genoemd. Materialen met een hoge elektrische weerstand zijn in dit verband oplossingen van metalen en hebben een chaotische structuur, waardoor ze voor zichzelf aan de eisen voldoen.

mangaan

Manganinen worden traditioneel gebruikt voor precisieresistentie. Manganines zijn samengesteld uit nikkel, koper en mangaan. Koper in de samenstelling - van 84 tot 86%, mangaan - van 11 tot 13%, nikkel - van 2 tot 3%. De meest populaire manganinen bevatten tegenwoordig 86% koper, 12% mangaan en 2% nikkel.

Om manganines te stabiliseren, wordt er een beetje ijzer, zilver en aluminium aan toegevoegd: aluminium - van 0,2 tot 0,5%, ijzer - van 0,2 tot 0,5%, zilver - 0,1%. Manganinen hebben een karakteristieke lichtoranje kleur, hun gemiddelde dichtheid is 8,4 g / cm3 en hun smeltpunt is 960 ° C.

Mangaandraad met een diameter van 0,02 tot 6 mm (of een strip van 0,09 mm dik) is hard of zacht. Gegloeide zachte draad heeft een treksterkte van 45 tot 50 kg / mm2, rek is van 10 tot 20%, weerstand is van 0,42 tot 0,52 ohm * mm / m.

Kenmerken van massieve draad: treksterkte van 50 tot 60 kg / mm², rek - van 5 tot 9%, weerstand - 0,43 - 0,53 ohm * mm² / m. De temperatuurcoëfficiënt van mangaandraden of -banden varieert van 3 * 10-5 tot 5 * 10-5 1 / ° С, en voor gestabiliseerd - tot 1,5 * 10-5 1 / ° С.

Deze kenmerken laten zien dat de temperatuurafhankelijkheid van de elektrische weerstand van manganine buitengewoon onbeduidend is, en dit is een factor die de constantheid van de weerstand bevordert, wat erg belangrijk is voor elektrische precisiemeetapparatuur. De lage thermo-emf is een ander voordeel van manganine, en in contact met koperen elementen zal het niet hoger zijn dan 0,000001 volt per graad.

Om de elektrische eigenschappen van de manganinedraad te stabiliseren, wordt deze onder vacuüm verwarmd tot 400 ° C en gedurende 1 tot 2 uur op deze temperatuur gehouden.Vervolgens wordt de draad lange tijd op kamertemperatuur gehouden om een ​​aanvaardbare uniformiteit van de legering en verkrijg stabiele eigenschappen.

Onder normale bedrijfsomstandigheden kan een dergelijke draad worden gebruikt bij temperaturen tot 200 ° C - voor gestabiliseerde manganine en tot 60 ° C - voor niet-gestabiliseerde manganine, aangezien niet-gestabiliseerde manganine bij verhitting vanaf 60 ° C en hoger onomkeerbare veranderingen zal ondergaan wat de eigenschappen zal beïnvloeden ... Het is dus beter om niet-gestabiliseerde manganine niet te verwarmen tot 60 ° C, en deze temperatuur moet als de maximaal toegestane worden beschouwd.

Tegenwoordig produceert de industrie zowel blanke mangaandraad als draad in geëmailleerde isolatie met hoge sterkte - voor de vervaardiging van spoelen, in zijde-isolatie en in tweelaagse mylar-isolatie.

Constantaan

Constantaan bevat, in tegenstelling tot manganine, meer nikkel - van 39 tot 41%, minder koper - 60-65%, aanzienlijk minder mangaan - 1-2% - het is ook een koper-nikkellegering. De weerstandscoëfficiënt van constantaan nadert nul - dit is het belangrijkste voordeel van deze legering.

Constantan heeft een karakteristieke zilverwitte kleur, smeltpunt 1270 ° C, dichtheid gemiddeld ongeveer 8,9 g / cm3.De industrie produceert constantaandraad met een diameter van 0,02 tot 5 mm.

De gegloeide zachte constante draad heeft een treksterkte van 45 - 65 kg / mm², de weerstand is van 0,46 tot 0,48 ohm * vierkante mm / m. Voor harde constante draad: treksterkte - van 65 tot 70 kg / vierkante meter. mm, weerstand - van 0,48 tot 0,52 Ohm * sq.mm / m. De thermo-elektriciteit van constantaan verbonden met koper is 0,000039 volt per graad, wat het gebruik van constantaan beperkt bij de vervaardiging van precisieweerstanden en elektrische meetinstrumenten.

Aanzienlijk, in vergelijking met manganine, maakt thermo-EMF het gebruik van constantaandraad in thermokoppels (gepaard met koper) mogelijk om temperaturen tot 300 ° C te meten. Bij temperaturen boven 300 ° C begint koper te oxideren, waarbij moet worden opgemerkt dat constantaan begint pas te oxideren bij 500 °C.

De industrie produceert zowel constantaandraad zonder isolatie als wikkeldraad met zeer sterke emailisolatie, draad in tweelaagse zijden isolatie en draad in gecombineerde isolatie - een laag email en een laag zijde of lavsan.

In regelweerstanden, waarbij de spanning tussen aangrenzende windingen niet meer dan een paar volt bedraagt, wordt de volgende eigenschap van een permanente draad gebruikt: als de draad een paar seconden wordt verwarmd tot 900 ° C en vervolgens aan de lucht wordt afgekoeld, wordt de draad bedekt met een donkergrijze oxidefilm, deze film kan als een soort isolatie dienen, omdat hij diëlektrische eigenschappen heeft.

Hittebestendige legeringen

In elektrische kachels en weerstandsovens moeten de verwarmingselementen in de vorm van linten en draden langdurig kunnen functioneren bij temperaturen tot 1200 °C.Noch koper, noch aluminium, noch constantaan, noch manganine zijn hiervoor geschikt, want vanaf 300°C beginnen ze al sterk te oxideren, de oxidefilms verdampen dan en de oxidatie zet zich voort. Hier zijn hittebestendige draden nodig.

Hittebestendige draden met hoge weerstand, ook bestand tegen oxidatie bij verhitting en met een lage temperatuurcoëfficiënt van weerstand. Dit is zo ongeveer nichroom en ferronichromen-binaire legeringen van nikkel en chroom en ternaire legeringen van nikkel, chroom en ijzer.

Er zijn ook fechral en chromal-triple legeringen van ijzer, aluminium en chroom - ze verschillen, afhankelijk van het percentage componenten in de legering, in elektrische parameters en hittebestendigheid. Dit zijn allemaal solide oplossingen van metalen met een chaotische structuur.

Het verwarmen van deze hittebestendige legeringen leidt tot de vorming op hun oppervlak van een dikke beschermende film van chroom- en nikkeloxiden, bestand tegen hoge temperaturen tot 1100 ° C, waardoor deze legeringen op betrouwbare wijze worden beschermd tegen verdere reactie met zuurstof uit de lucht. Zo kunnen de tapes en draden van hittebestendige legeringen lang werken bij hoge temperaturen, zelfs in lucht.

Naast de hoofdcomponenten omvatten legeringen: koolstof - van 0,06 tot 0,15%, silicium - van 0,5 tot 1,2%, mangaan - van 0,7 tot 1,5%, fosfor - 0,35%, zwavel - 0,03%.

In dit geval zijn fosfor, zwavel en koolstof schadelijke onzuiverheden die de brosheid verhogen, daarom wordt altijd geprobeerd hun gehalte te minimaliseren of beter volledig te elimineren. Mangaan en silicium dragen bij aan deoxidatie, het verwijderen van zuurstof. Nikkel, chroom en aluminium, vooral chroom, zorgen voor weerstand tegen temperaturen tot 1200°C.

De legeringscomponenten dienen om de weerstand te verhogen en de temperatuurcoëfficiënt van weerstand te verlagen, wat precies is wat nodig is van deze legeringen. Als het chroom meer dan 30% is, zal de legering broos en hard blijken te zijn. Om een ​​dunne draad te verkrijgen, bijvoorbeeld met een diameter van 20 micron, is niet meer dan 20% chroom nodig in de samenstelling van de legering.

Aan deze eisen wordt voldaan door legeringen van de merken Х20Н80 en Х15Н60. De overige legeringen zijn geschikt voor de productie van strips met een dikte van 0,2 mm en draden met een diameter van 0,2 mm.

Legeringen van het Fechral-type - X13104, bevatten ijzer, waardoor ze goedkoper zijn, maar na verschillende verwarmingscycli worden ze bros, daarom is het tijdens onderhoud onaanvaardbaar om de chromale en fechrale spiralen in gekoelde toestand te vervormen, bijvoorbeeld als we praten over een spiraal die lang werkt in het verwarmingsapparaat. Voor reparatie mag alleen een tot 300-400 ° C verwarmde spiraal worden gedraaid of gesplitst. Over het algemeen kan fechral werken bij temperaturen tot 850 °C en chromal - tot 1200 °C.

Nichrome verwarmingselementen zijn op hun beurt ontworpen voor continu gebruik bij temperaturen tot 1100 ° C in stationaire, enigszins dynamische modi, terwijl ze noch kracht noch plasticiteit verliezen. Maar als de modus sterk dynamisch is, dat wil zeggen, de temperatuur zal vele malen dramatisch veranderen, met frequente in- en uitschakeling van de stroom door de spoel, zullen de beschermende oxidefilms barsten, zuurstof zal de nichroom binnendringen en het element zal uiteindelijk oxideren en vernietigen.

De industrie produceert zowel blanke draden gemaakt van hittebestendige legeringen als draden geïsoleerd met email en siliciumsiliciumvernis, bedoeld voor de productie van spoelen.

kwik

Kwik verdient een speciale vermelding omdat het het enige metaal is dat bij kamertemperatuur vloeibaar blijft. De oxidatietemperatuur van kwik is 356,9 ° C, kwik heeft bijna geen interactie met luchtgassen. Oplossingen van zuren (zwavelzuur, zoutzuur) en basen hebben geen invloed op kwik, maar het is oplosbaar in geconcentreerde zuren (zwavelzuur, zoutzuur, salpeterzuur). Zink, nikkel, zilver, koper, lood, tin, goud lossen op in kwik.

De dichtheid van kwik is 13,55 g / cm3, de overgangstemperatuur van vloeibare naar vaste toestand is -39 ° C, de specifieke weerstand is van 0,94 tot 0,95 ohm * sq.mm / m, de temperatuurcoëfficiënt van weerstand is 0,000990 1 / ° C ... Deze eigenschappen maken het mogelijk om kwik te gebruiken als vloeistofgeleidende contacten voor schakelaars en relais voor speciale doeleinden, evenals in kwikgelijkrichters. Het is belangrijk om te onthouden dat kwik uiterst giftig is.