Сплавы высокого электросопротивления

 

Сплавы высокого электросопротивления (ГОСТ10994-74) применяются для прецизионных элементов сопротивления (шунтов, катушек сопротивления, резисторов термопар, тензометров и т.д.) и нагревательных элементов электрических приборов и печей.

К сплавам предъявляются следующие требования:

1. Сплав должен обладать большим удельным сопротивлением.

2.Сплав должен обладать возможно малым температурным коэффициентом электросопротивления, то есть его сопротивление при изменении температуры должно меняться как можно меньше.

3.Сплав должен обладать высокой окалиностойкостью, так как от нее зависит срок службы нагревательного элемента.

Все сплавы с повышенным электросопротивлением делятся на 2 группы:

- реостатные сплавы, работающие при температуре <500˚ С;

- сплавы для нагревательных элементов, работающие при температуре 800--1100˚ С.

Для реостатных сплавов используются сплавы с Ni, Мn, Zn. Наибольшее распространение получили сплавы манганин - МНМц3-12, константан –МНМц40-1,5 и копель МНМц43-0,3. Маркировка этих сплавов обычная для медных сплавов:МНМц40-1,5: М- медный сплав, Н- никеля 40%, Мц – марганца 1,5%, остальное -медь. Константан и копель используются для термопар, манганин – для потенциометров.

Для нагревательных элементов используются сплавы на железной и никелевой основе с легированием хромом и алюминием. Широко применяются сплавы хромаль ОХ23Ю5 (рабочая температура 1200˚С), фехраль Х13Ю4 (рабочая температура 1000˚ С) и нихром Х20Н80(рабочая температура 1100˚ С).Сплавы используются в виде лент, проволоки, прутков и т.д. Химический состав наиболее распространённого сплава нихром Х20Н80: С<0,15%, Si = 1,0%, Mn<0,7%, Cr =20%, Ni=78%, Al<0,2%, удельное сопротивление ρ=1,1 ом мм²/м.

Сплавы с низким коэффициентом теплового расширения.

В приборостроении в ряде случаев требуется сплавы с коэффициентом теплового расширения равным нулю или равным коэффициенту теплового расширения стекла. Для этого найдены аномальные системы Fe-Ni, и Fe –Pt, в которых коэффициент линейного расширения с изменением содержания одного из элементов меняется не линейно, а по сложной кривой с минимумом и максимумом. Поэтому можно подобрать сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения.

Сплав железа с 36% Ni называется «инвар» (в переводе - неизменный). Его коэффициент теплового расширения составляет α=1,5*10^-6 (у железа α = 11*10^-6). У суперинвара α=1*10^-6 в интервале температур 60˚ С.- 100˚ С. Эти сплавы применяются для изготовления штриховых мер длины, деталей геодезических приборов, эталонов метра и т. д.

Сплав с 29% Ni и 18% Cо применяется для пайки со стеклом, так как такой сплав имеет с ним одинаковый коэффициент теплового расширения α=5*10^-6.

Сплав Fe с 48% Ni имеет коэффициент теплового расширения α=9*10^-6, как у платины и обычного стекла, поэтому называется платинит и применяется для ввода платиновых электродов через стекло в вакуумные системы.

Сплав Fe c 42% Ni имеет коэффициент теплового расширения 7,5*10^-6, но в широком интервале температур20-300˚С, поэтому применяется более широко.

В некоторых случаях (например, в терморегуляторах) используется сплав Fe и 25Ni, который имеет очень большой коэффициент теплового расширения α=20*10^-6.

 

Магнитные сплавы.

 

Магнитные сплавы широко применяются в машиностроении и приборостроении (двигатели постоянного и переменного тока, электромагниты, трансформаторы и т.д.) Магнитные сплавы делятся на две большие группы: магнитно-твердые сплавы (ГОСТ17809-72), из которых делаются постоянные магниты, и магнитно – мягкие сплавы(ГОСТ21427-75)ВА, из которых делаются, например, сердечники трансформаторов.

От материала для постоянных магнитов требуется высокое значение коэрцитивной силы и остаточной индукции и их неизменность во времени.

Для небольших магнитов бытового назначения используется хромистая сталь типа ЕХ3 (С-1%, Сr = 3%,остальное- Fe) Буква Е означает магнитно-твердую сталь, а Х- содержание хрома в процентах. При добавлении Со (ЕХ9К15М) коэрцитивная сила возрастает до 170э, но Со дефицитен и поэтому такие магниты применение находят редко.

Большее применение находят магниты из более дешевых сплавов системыFe-Ni-Al типа АНК (Al–Ni–Si 13 – 33 – 1,0), имеющие коэрцитивную силу 750 э, но остаточную индукцию всего 4000 гс. При добавлении Со (АНКО4:13% Ni, 9% Al, 24% Co, 3% Cu) остаточная индукция достигает 12000 гс.

Для активной части роторов гистерезисных двигателей применяются сплавы с Со: комоль (12% Со, 17% Мо, остальное-железо), кунико (35% Сu, 24% Ni, 41% Co), викаллой (14% V, 52% Co) и платинит (77% Pt, 23% Co).

В машиностроении 80 % магнитных сплавов изготавливают литыми на основе системы Fe—Ni—Al с легированием Co, Cu, Ti и др. Наиболее высокой коэрцитивной силой из сплавов этой группы обладает литой магнит ЮНДК35Т5БА (Al=7%, Ni=14,5%, Co=35%, Cu=3,5%, Ti=4,5%) H_с =1560 э.

Такие же по составу сплавы получаются методом спекания. Маркируются такие сплавы следующим способом: ММК7, буквы ММК означают магнит металлокерамический, цифра означает порядковый номер. По магнитным свойствам спеченные магниты уступают литым.

В последнее время применяются все больше магниты c редкоземельными металлами (самарием, празеодимом, иттрием и другими элементами), изготавливаемые методом жидкофазного спекания тонких порошков с размером частиц <10мкм. Магнитные свойства таких магнитов типа КСП 37 (самарий+празеодим =37%) в 5 раз выше, чем у всех остальных.