Vysoko odolné materiály, vysoko odolné zliatiny

Na výrobu reostatov, výrobu presných odporov, výrobu elektrických pecí a rôznych elektrických vykurovacích zariadení, vodičov z materiálov s vysokým a nízkym odporom teplotný koeficient odporu.

Tieto materiály vo forme pások a drôtov by mali mať prednostne odpor 0,42 až 0,52 ohmov * mm2 / m Tieto materiály zahŕňajú zliatiny na báze niklu, medi, mangánu a niektorých ďalších kovov. Ortuť si zaslúži osobitnú pozornosť, pretože ortuť vo svojej čistej forme má odpor 0,94 ohm * sq.mm / m.

Charakteristické vlastnosti vyžadované od zliatin na individuálnom základe sú určené špecifickým účelom konkrétneho zariadenia, v ktorom bude táto zliatina použitá.

Napríklad vytvorenie presných rezistorov vyžaduje zliatiny s nízkou termoelektrinou indukovanou kontaktom zliatiny s meďou. Odpor by mal tiež zostať konštantný v priebehu času.V peciach a elektrických ohrievačoch je oxidácia zliatiny neprijateľná aj pri teplotách od 800 do 1100 ° C, to znamená, že sú tu potrebné zliatiny odolné voči teplu.

Všetky tieto materiály majú jednu vec spoločnú — všetky sú to zliatiny s vysokým odporom, a preto sa tieto zliatiny nazývajú zliatiny s vysokým elektrickým odporom. Materiály s vysokým elektrickým odporom sú v tomto kontexte roztokmi kovov a majú chaotickú štruktúru, a preto spĺňajú požiadavky na seba.

manganín

Manganíny sa tradične používajú na presnú odolnosť. Manganíny sa skladajú z niklu, medi a mangánu. Meď v zložení - od 84 do 86%, mangán - od 11 do 13%, nikel - od 2 do 3%. Najpopulárnejší z manganínov dnes obsahuje 86 % medi, 12 % mangánu a 2 % niklu.

Na stabilizáciu manganínov sa k nim pridáva trochu železa, striebra a hliníka: hliník - od 0,2 do 0,5%, železo - od 0,2 do 0,5%, striebro - 0,1%. Manganíny majú charakteristickú svetlooranžovú farbu, ich priemerná hustota je 8,4 g / cm3 a ich teplota topenia je 960 ° C.

Mangánový drôt s priemerom 0,02 až 6 mm (alebo pásik s hrúbkou 0,09 mm) je buď tvrdý alebo mäkký. Žíhaný mäkký drôt má pevnosť v ťahu 45 až 50 kg / mm2, predĺženie je od 10 do 20%, odpor je od 0,42 do 0,52 ohm * mm / m.

Vlastnosti plného drôtu: pevnosť v ťahu od 50 do 60 kg / m2, predĺženie - od 5 do 9%, odpor - 0,43 - 0,53 ohm * m2 / m Teplotný koeficient manganínových drôtov alebo pások sa pohybuje od 3 * 10-5 až 5 * 10-5 1 / ° С a pre stabilizované - až 1,5 * 10-5 1 / ° С.

Tieto charakteristiky ukazujú, že teplotná závislosť elektrického odporu manganínu je extrémne nevýznamná, čo je faktor v prospech stálosti odporu, ktorý je veľmi dôležitý pre presné elektrické meracie prístroje. Nízke termoemf je ďalšou výhodou manganínu a pri kontakte s medenými prvkami nepresiahne 0,000001 voltov na stupeň.

Aby sa stabilizovali elektrické charakteristiky manganínového drôtu, zahreje sa vo vákuu na 400 ° C a udržiava sa pri tejto teplote 1 až 2 hodiny. Drôt sa potom dlho udržiava pri izbovej teplote, aby sa dosiahla prijateľná rovnomernosť zliatiny a získajte stabilné vlastnosti.

Za normálnych prevádzkových podmienok je možné takýto drôt použiť pri teplotách do 200 °C — pre stabilizovaný manganín a do 60 °C — pre nestabilizovaný manganín, pretože nestabilizovaný manganín pri zahriatí na 60 °C a viac podstúpi nezvratné zmeny .čo ovplyvní jeho vlastnosti ... Preto je lepšie nezahrievať nestabilizovaný manganín do 60°C a túto teplotu treba považovať za maximálnu prípustnú.

Dnes priemysel vyrába holý mangánový drôt aj drôt v smaltovanej izolácii s vysokou pevnosťou - na výrobu zvitkov, v hodvábnej izolácii a v dvojvrstvovej mylarovej izolácii.

Constantan

Konstantan na rozdiel od manganínu obsahuje viac niklu — od 39 do 41 %, menej medi — 60 – 65 %, podstatne menej mangánu — 1 – 2 % — je to tiež zliatina medi a niklu. Teplotný koeficient odporu konštantánu sa blíži k nule — to je hlavná výhoda tejto zliatiny.

Constantan má charakteristickú strieborno-bielu farbu, bod topenia 1270 ° C, hustotu v priemere asi 8,9 g / cm3.Priemysel vyrába konštantánový drôt s priemerom 0,02 až 5 mm.

Žíhaný mäkký konštantánový drôt má pevnosť v ťahu 45 – 65 kg / m2, jeho odpor je od 0,46 do 0,48 ohm * m2 / m Pre tvrdý konštantánový drôt: pevnosť v ťahu - od 65 do 70 kg / m2. mm, odpor — od 0,48 do 0,52 Ohm * sq.mm / m Termoelektrická energia konštantánu pripojeného k medi je 0,000039 voltov na stupeň, čo obmedzuje použitie konštantánu pri výrobe presných odporov a elektrických meracích prístrojov.

Významné, v porovnaní s manganínom, termo-EMF umožňuje použitie konštantanového drôtu v termočlánkoch (spárovaných s meďou) na meranie teplôt až do 300 ° C. Pri teplotách nad 300 ° C začne meď oxidovať, pričom je potrebné poznamenať, že konštantán začne oxidovať až pri 500 °C.

Priemysel vyrába ako konštantánový drôt bez izolácie, tak drôt vinutý s vysokopevnostnou smaltovanou izoláciou, drôt v dvojvrstvovej hodvábnej izolácii a drôt v kombinovanej izolácii - jedna vrstva smaltu a jedna vrstva hodvábu alebo lavsanu.

V reostatoch, kde napätie medzi susednými závitmi nepresahuje niekoľko voltov, sa používa nasledujúca vlastnosť permanentného vodiča: ak sa vodič na niekoľko sekúnd zahreje na 900 °C a potom sa ochladí na vzduchu, vodič sa zakryje s tmavosivým oxidovým filmom.tento film môže slúžiť ako druh izolácie, pretože má dielektrické vlastnosti.

Tepelne odolné zliatiny

V elektrických ohrievačoch a odporových peciach musia byť vykurovacie telesá vo forme pásikov a drôtov schopné pracovať po dlhú dobu pri teplotách do 1200 °C.Na to nie je vhodná ani meď, ani hliník, ani konštantán, ani manganín, pretože od 300 ° C už začínajú silne oxidovať, oxidové filmy sa potom odparujú a oxidácia pokračuje. Tu sú potrebné žiaruvzdorné drôty.

Žiaruvzdorné drôty s vysokou odolnosťou, odolné aj proti oxidácii pri zahrievaní a s nízkym teplotným koeficientom odporu. Toto je len o nichróm a feronichrómy – binárne zliatiny niklu a chrómu a ternárne zliatiny niklu, chrómu a železa.

Existujú aj fechrálne a chrómovo-trojité zliatiny železa, hliníka a chrómu — v závislosti od percenta zložiek obsiahnutých v zliatine sa líšia elektrickými parametrami a tepelnou odolnosťou. Všetko sú to pevné roztoky kovov s chaotickou štruktúrou.

Zahrievanie týchto žiaruvzdorných zliatin vedie k vytvoreniu hrubého ochranného filmu oxidov chrómu a niklu na ich povrchu, ktorý je odolný voči vysokým teplotám až do 1100 °C a spoľahlivo chráni tieto zliatiny pred ďalšou reakciou so vzdušným kyslíkom. Takže pásky a drôty zo zliatin odolných voči teplu môžu pracovať dlhú dobu pri vysokých teplotách, dokonca aj vo vzduchu.

Okrem hlavných zložiek zliatiny zahŕňajú: uhlík - od 0,06 do 0,15%, kremík - od 0,5 do 1,2%, mangán - od 0,7 do 1,5%, fosfor - 0,35%, síra - 0,03%.

V tomto prípade sú fosfor, síra a uhlík škodlivé nečistoty, ktoré zvyšujú krehkosť, preto sa ich obsah vždy snaží minimalizovať alebo radšej úplne odstrániť. Mangán a kremík prispievajú k deoxidácii, odstraňujú kyslík. Nikel, chróm a hliník, najmä chróm, pomáhajú zabezpečiť odolnosť voči teplotám až do 1200°C.

Komponenty zliatiny slúžia na zvýšenie odolnosti a zníženie teplotného koeficientu odporu, čo je presne to, čo je od týchto zliatin potrebné. Ak je chróm viac ako 30%, potom sa zliatina ukáže ako krehká a tvrdá. Na získanie tenkého drôtu, napríklad s priemerom 20 mikrónov, nie je v zložení zliatiny potrebných viac ako 20 % chrómu.

Tieto požiadavky spĺňajú zliatiny značiek Х20Н80 a Х15Н60. Zvyšné zliatiny sú vhodné na výrobu pásov s hrúbkou 0,2 mm a drôtov s priemerom 0,2 mm.

Zliatiny typu Fechral — X13104 obsahujú železo, vďaka čomu sú lacnejšie, ale po niekoľkých cykloch ohrevu krehnú, preto je pri údržbe neprípustné deformovať chrómové a fechrálne špirály v chladenom stave, napríklad ak hovoríme o špirále, ktorá dlhodobo funguje vo vykurovacom zariadení. Na opravu by sa mala krútiť alebo spájať iba špirála zahriata na 300 - 400 ° C. Vo všeobecnosti môže fechral pracovať pri teplotách do 850 ° C a chróm - do 1200 ° C.

Nichrómové vykurovacie telesá sú zasa určené na nepretržitú prevádzku pri teplotách do 1100 °C v stacionárnych, mierne dynamických režimoch, pričom nestratia ani pevnosť, ani plasticitu. Ak je však režim výrazne dynamický, to znamená, že teplota sa mnohokrát dramaticky zmení, pri častom zapínaní a vypínaní prúdu cez cievku popraskajú ochranné oxidové filmy, kyslík prenikne do nichrómu a prvok nakoniec oxidovať a ničiť.

Priemysel vyrába ako holé drôty zo žiaruvzdorných zliatin, tak aj drôty izolované smaltom a silikónovým silikónovým lakom, určené na výrobu zvitkov.

ortuť

Ortuť si zaslúži osobitnú zmienku, pretože je to jediný kov, ktorý zostáva tekutý pri izbovej teplote. Oxidačná teplota ortuti je 356,9 ° C, ortuť takmer neinteraguje so vzdušnými plynmi. Roztoky kyselín (sírová, chlorovodíková) a zásad neovplyvňujú ortuť, ale je rozpustná v koncentrovaných kyselinách (sírová, chlorovodíková, dusičná). Zinok, nikel, striebro, meď, olovo, cín, zlato sa rozpúšťajú v ortuti.

Hustota ortuti je 13,55 g / cm3, teplota prechodu z kvapalného do tuhého stavu je -39 ° C, merný odpor je od 0,94 do 0,95 ohm * sq. mm / m, teplotný koeficient odporu je 0,000990 1 / ° C ... Tieto vlastnosti umožňujú použiť ortuť ako kvapalné vodivé kontakty pre špeciálne spínače a relé, ako aj v ortuťových usmerňovačoch. Je dôležité si uvedomiť, že ortuť je extrémne toxická.