Vysoce odolné materiály, vysoce odolné slitiny

Pro vytvoření reostatů, výrobu přesných rezistorů, výrobu elektrických pecí a různých elektrických topných zařízení, vodičů z materiálů s vysokým a nízkým odporem teplotní koeficient odporu.

Tyto materiály ve formě pásků a drátů by měly mít přednostně odpor 0,42 až 0,52 ohmů * mm2 / m. Mezi tyto materiály patří slitiny na bázi niklu, mědi, manganu a některých dalších kovů. Rtuť si zaslouží zvláštní pozornost, protože rtuť ve své čisté formě má odpor 0,94 ohm * sq.mm / m.

Charakteristické vlastnosti požadované od slitin na individuálním základě jsou určeny konkrétním účelem konkrétního zařízení, ve kterém bude tato slitina použita.

Například vytvoření přesných rezistorů vyžaduje slitiny s nízkou termoelektřinou indukovanou kontaktem slitiny s mědí. Odpor by měl také zůstat konstantní v průběhu času.V pecích a elektrických ohřívačích je oxidace slitiny nepřijatelná i při teplotách od 800 do 1100 ° C, to znamená, že jsou zde potřebné žáruvzdorné slitiny.

Všechny tyto materiály mají jedno společné — všechny jsou to slitiny s vysokým elektrickým odporem, a proto se tyto slitiny nazývají slitiny s vysokým elektrickým odporem. Materiály s vysokým elektrickým odporem jsou v tomto kontextu roztoky kovů a mají chaotickou strukturu, proto na sebe splňují požadavky.

Manganin

Manganiny se tradičně používají pro přesnost odolnosti. Manganiny se skládají z niklu, mědi a manganu. Měď ve složení - od 84 do 86%, mangan - od 11 do 13%, nikl - od 2 do 3%. Nejpopulárnější z manganinů dnes obsahuje 86 % mědi, 12 % manganu a 2 % niklu.

Ke stabilizaci manganinů se k nim přidává trochu železa, stříbra a hliníku: hliník — od 0,2 do 0,5 %, železo — od 0,2 do 0,5 %, stříbro — 0,1 %. Manganiny mají charakteristickou světle oranžovou barvu, jejich průměrná hustota je 8,4 g / cm3 a jejich bod tání je 960 ° C.

Manganový drát o průměru 0,02 až 6 mm (nebo pásek o tloušťce 0,09 mm) je buď tvrdý nebo měkký. Žíhaný měkký drát má pevnost v tahu 45 až 50 kg / mm2, tažnost je od 10 do 20%, odpor je od 0,42 do 0,52 ohm * mm / m.

Vlastnosti plného drátu: pevnost v tahu od 50 do 60 kg / m2, tažnost - od 5 do 9%, odpor - 0,43 - 0,53 ohm * m2 / m. Teplotní koeficient manganinových drátů nebo pásek se pohybuje od 3 * 10-5 až 5 * 10-5 1 / ° С a pro stabilizované - až 1,5 * 10-5 1 / ° С.

Tyto charakteristiky ukazují, že teplotní závislost elektrického odporu manganinu je extrémně nevýznamná, a to je faktor ve prospěch stálosti odporu, která je velmi důležitá pro přesné elektrické měřicí přístroje. Nízké termoemf je další výhodou manganinu a při kontaktu s měděnými prvky nepřekročí 0,000001 voltů na stupeň.

Aby se stabilizovaly elektrické vlastnosti manganinového drátu, zahřeje se ve vakuu na 400 °C a na této teplotě se udržuje po dobu 1 až 2 hodin. Drát se poté udržuje při pokojové teplotě po dlouhou dobu, aby se dosáhlo přijatelné rovnoměrnosti slitinu a získat stabilní vlastnosti.

Za normálních provozních podmínek lze takový drát použít při teplotách do 200 ° C — pro stabilizovaný manganin a do 60 ° C — pro nestabilizovaný manganin, protože nestabilizovaný manganin při zahřátí na 60 ° C a více podstoupí nevratné změny .které ovlivní jeho vlastnosti ... Je tedy lepší nezahřívat nestabilizovaný manganin až na 60 °C a tato teplota by měla být považována za maximální přípustnou.

Dnes průmysl vyrábí jak holý manganový drát, tak drát ve smaltované izolaci s vysokou pevností - pro výrobu cívek, v hedvábné izolaci a ve dvouvrstvé mylarové izolaci.

Konstantan

Konstantan na rozdíl od manganinu obsahuje více niklu — od 39 do 41 %, méně mědi — 60-65 %, výrazně méně manganu — 1-2 % — jde také o slitinu mědi a niklu. Teplotní koeficient odporu konstantanu se blíží nule — to je hlavní výhoda této slitiny.

Constantan má charakteristickou stříbrno-bílou barvu, bod tání 1270°C, hustotu v průměru asi 8,9 g/cm3.Průmysl vyrábí konstantanový drát o průměru 0,02 až 5 mm.

Žíhaný měkký konstantanový drát má pevnost v tahu 45 — 65 kg / m2, jeho odpor je od 0,46 do 0,48 ohm * m2 / m. Pro tvrdý konstantanový drát: pevnost v tahu — od 65 do 70 kg / m2. mm, odpor — od 0,48 do 0,52 Ohm * sq.mm / m. Termoelektřina konstantanu připojeného k mědi je 0,000039 voltů na stupeň, což omezuje použití konstantanu při výrobě přesných odporů a elektrických měřicích přístrojů.

Významné, ve srovnání s manganinem, thermo-EMF umožňuje použití konstantanového drátu v termočláncích (spárovaných s mědí) pro měření teplot až do 300 °C. Při teplotách nad 300 °C měď začne oxidovat, přičemž je třeba poznamenat, že konstantan začne oxidovat až při 500 °C.

Průmysl vyrábí jak konstantanový drát bez izolace, tak vinutý drát s vysokopevnostní smaltovanou izolací, drát ve dvouvrstvé hedvábné izolaci a drát v kombinované izolaci - jedna vrstva smaltu a jedna vrstva hedvábí nebo lavsan.

V reostatech, kde napětí mezi sousedními závity nepřesahuje několik voltů, se používá následující vlastnost trvalého vodiče: pokud je vodič na několik sekund zahřát na 900 ° C a poté ochlazen na vzduchu, vodič bude zakryt s tmavě šedým oxidovým filmem.tento film může sloužit jako druh izolace, protože má dielektrické vlastnosti.

Tepelně odolné slitiny

V elektrických ohřívačích a odporových pecích musí být topná tělesa ve formě pásků a drátů schopna pracovat po dlouhou dobu při teplotách až 1200 °C.K tomu se nehodí ani měď, ani hliník, ani konstantan, ani manganin, protože od 300 °C již začínají silně oxidovat, oxidové filmy se pak vypařují a oxidace pokračuje. Zde jsou potřeba tepelně odolné dráty.

Žáruvzdorné dráty s vysokou odolností, odolné i proti oxidaci při zahřátí a s nízkým teplotním koeficientem odporu. Tohle je jen o nichrom a feronichromy – binární slitiny niklu a chrómu a ternární slitiny niklu, chrómu a železa.

Existují také fechrální a chrom-trojslitiny železa, hliníku a chrómu — ty se v závislosti na procentu složek obsažených ve slitině liší elektrickými parametry a tepelnou odolností. To vše jsou pevné roztoky kovů s chaotickou strukturou.

Zahřívání těchto žáruvzdorných slitin vede k vytvoření na jejich povrchu silného ochranného filmu oxidů chrómu a niklu, odolného vůči vysokým teplotám až do 1100 °C, spolehlivě chránící tyto slitiny před další reakcí se vzdušným kyslíkem. Pásky a dráty ze žáruvzdorných slitin tak mohou pracovat po dlouhou dobu při vysokých teplotách, dokonce i ve vzduchu.

Kromě hlavních složek slitiny zahrnují: uhlík — od 0,06 do 0,15 %, křemík — od 0,5 do 1,2 %, mangan — od 0,7 do 1,5 %, fosfor — 0,35 %, síra — 0,03 %.

Fosfor, síra a uhlík jsou v tomto případě škodlivé nečistoty, které zvyšují křehkost, proto se vždy snaží jejich obsah minimalizovat nebo raději úplně vyloučit. Mangan a křemík přispívají k deoxidaci, odstraňují kyslík. Nikl, chrom a hliník, zejména chrom, pomáhají zajistit odolnost vůči teplotám až do 1200°C.

Komponenty slitiny slouží ke zvýšení odolnosti a snížení teplotního koeficientu odporu, což je přesně to, co je od těchto slitin potřeba. Pokud je chrom více než 30 %, slitina se ukáže jako křehká a tvrdá. K získání tenkého drátu, například o průměru 20 mikronů, není potřeba více než 20 % chrómu ve složení slitiny.

Tyto požadavky splňují slitiny značek Х20Н80 a Х15Н60. Zbývající slitiny jsou vhodné pro výrobu pásů o tloušťce 0,2 mm a drátů o průměru 0,2 mm.

Slitiny typu Fechral — X13104 obsahují železo, které je zlevňuje, ale po několika cyklech ohřevu křehnou, proto je při údržbě nepřijatelné deformovat chromové a fechralové spirály v chlazeném stavu, např. o spirále, která dlouho pracuje v topném zařízení. Pro opravu by měla být zkroucena nebo spojena pouze spirála zahřátá na 300-400 ° C. Obecně může fechral pracovat při teplotách do 850 °C a chromal - až 1200 °C.

Nichrome topná tělesa jsou zase určena pro nepřetržitý provoz při teplotách do 1100 °C ve stacionárních, mírně dynamických režimech, přičemž neztratí ani pevnost, ani plasticitu. Ale pokud je režim ostře dynamický, to znamená, že se teplota mnohokrát dramaticky změní, při častém zapínání a vypínání proudu cívkou popraskají ochranné oxidové filmy, kyslík pronikne do nichromu a prvek nakonec oxidovat a ničit.

Průmysl vyrábí jak holé dráty ze žáruvzdorných slitin, tak dráty izolované smaltem a silikonovým silikonovým lakem, určené pro výrobu cívek.

rtuť

Rtuť si zaslouží zvláštní zmínku, protože je to jediný kov, který zůstává kapalný při pokojové teplotě. Oxidační teplota rtuti je 356,9 ° C, rtuť téměř neinteraguje se vzdušnými plyny. Roztoky kyselin (sírová, chlorovodíková) a zásad neovlivňují rtuť, ale je rozpustná v koncentrovaných kyselinách (sírová, chlorovodíková, dusičná). Zinek, nikl, stříbro, měď, olovo, cín, zlato se rozpouští ve rtuti.

Hustota rtuti je 13,55 g / cm3, teplota přechodu z kapalného do pevného skupenství je -39 ° C, měrný odpor je od 0,94 do 0,95 ohm * sq.mm / m, teplotní koeficient odporu je 0,000990 1 / ° C ... Tyto vlastnosti umožňují použití rtuti jako kapalných vodivých kontaktů pro speciální spínače a relé, stejně jako v rtuťových usměrňovačích. Je důležité si uvědomit, že rtuť je extrémně toxická.