Geleidend ijzer en staal

In de natuur zit ijzer in verschillende verbindingen met zuurstof (FeO, Fd2O3, enz.). Het is buitengewoon moeilijk om chemisch zuiver ijzer uit deze verbindingen te isoleren. In termen van elektrische en magnetische eigenschappen komt chemisch zuiver ijzer dicht in de buurt van ijzer dat is gezuiverd van onzuiverheden door de elektrolytische methode (elektrolytisch ijzer). De totale hoeveelheid onzuiverheden in elektrolytisch ijzer is niet groter dan 0,03%.

De belangrijkste onzuiverheden in ijzer zijn: zuurstof (O2), stikstof (N2), koolstof (C), zwavel (C), fosfor (P), silicium (Si), mangaan (Mn) en enkele andere. De meeste onzuiverheden komen ijzer binnen uit erts en brandstof.

Silicium en mangaan worden specifiek in ijzer geïntroduceerd als desoxidatiemiddelen. Ze combineren gemakkelijk met zuurstof en vormen oxiden, die in gesmolten ijzer (staal) in de vorm van slakken naar de oppervlakte drijven en worden verwijderd. Dit verbetert de mechanische eigenschappen van staal, maar als ze in een kleine hoeveelheid in het staal blijven, verminderen ze de elektrische geleidbaarheid ervan.

Zwavel en fosfor zijn schadelijke onzuiverheden. Als ze uit erts en brandstof in ijzer en staal komen, veroorzaken ze brosheid van staal.Gassen (stikstof en zuurstof) zijn ook schadelijke onzuiverheden, omdat ze de elektrische en magnetische eigenschappen van ijzer en staal aantasten.

Een onzuiverheid die de elektrische geleidbaarheid van ijzer sterk vermindert, is koolstof. Legeringen van ijzer met koolstof worden staalsoorten genoemd. Naast koolstof bevatten staalsoorten ook andere elementen die specifiek worden geïntroduceerd om bepaalde eigenschappen te verkrijgen (legeringselementen).

De technische eigenschappen van ijzer zijn koolstofarme staalsoorten, waarvan het koolstofgehalte varieert van 0,01 tot 0,1%. In constructiestaal zit koolstof in een hoeveelheid van 0,07 tot 0,7%, en in gereedschapsstaal en ander speciaal (gelegeerd) staal - van 0,7 tot 1,7%.

IJzer en staal - de goedkoopste en meest toegankelijke geleidende materialen met een hoge mechanische treksterkte, maar het gebruik ervan wordt beperkt door de volgende nadelen.

IJzer en staal hebben een lage corrosieweerstand, dat wil zeggen dat ze gemakkelijk in de lucht worden geoxideerd - ze roesten. Daarnaast hebben ze een verhoging weerstand (p = 0,13 — 0,14 ohm x mm2/m) vergeleken met koper en aluminium. De elektrische weerstand van ijzer en staal tegen wisselstroom neemt enorm toe doordat ijzer en staal dat zijn magnetische materialen… Daarom verschuift de stroom grotendeels van het middelste deel van de geleider naar het oppervlak (oppervlakte-effect).

Om dit effect en de grootte van de elektrische weerstand tegen wisselstroom te verminderen, proberen ze staalsoorten te gebruiken met de laagst mogelijke magnetische permeabiliteit.

Voor de productie van staaldraad wordt staal met een koolstofgehalte van 0,10 tot 0,15% gebruikt, dat de volgende eigenschappen heeft: dichtheid 7,8 g / cm3, smeltpunt 1392 - 1400ОС, maximale treksterkte 55 - 70 kg / mm2, relatieve rek 4 — 5%, weerstand 0,135 — 146 ohm hmm2/m, temperatuurcoëfficiënt van weerstand α = +0,0057 1 /°C.

Om ze te beschermen tegen atmosferische corrosie zijn de staaldraden bedekt met een dunne laag koper of zink (0,016 — 0,020 mm).

Staaldraad en staven worden ook gebruikt als kernen in bimetalen dradenlevert aanzienlijke besparingen op in geleidend koper. Bimetalen geleiders worden gebruikt in elektrische apparaten (mes sleutels, schakelaars, enz.).

Rijst. 1. Dwarsdoorsnede van een bimetaaldraad

Rijst. 2. Dwarsdoorsnede van bimetaalstaal-aluminiumdraad: 1 — aluminiumdraad, 2 — staaldraad

Gegalvaniseerde staaldraad met hoge mechanische treksterkte (130 - 170 kg / mm2) wordt gebruikt als kernen in staal-aluminiumdraden om hun mechanische treksterkte te vergroten.