Suure vastupidavusega materjalid, kõrge vastupidavusega sulamid

Reostaatide loomiseks, täppistakistite valmistamiseks, elektriahjude ja erinevate elektrikütteseadmete, suure takistusega ja madala vastupidavusega materjalidest juhtide valmistamiseks temperatuuri takistustegur.

Nende lintide ja juhtmete kujul olevate materjalide takistus peaks eelistatavalt olema 0,42–0,52 oomi * ruutmm / m. Nende materjalide hulka kuuluvad nikli, vase, mangaani ja mõne muu metalli baasil valmistatud sulamid. Elavhõbe väärib erilist tähelepanu, kuna puhtal kujul on elavhõbeda takistus 0,94 oomi * sq.mm / m.

Sulamitelt individuaalselt nõutavad iseloomulikud omadused määratakse kindlaks konkreetse seadme konkreetse otstarbega, milles seda sulamit kasutatakse.

Näiteks on täpsete takistite loomiseks vaja sulameid, mille termoelektrilisus on põhjustatud sulami kokkupuutest vasega. Ka takistus peaks jääma aja jooksul muutumatuks.Ahjudes ja elektrisoojendites on sulami oksüdeerumine vastuvõetamatu isegi temperatuuril 800–1100 ° C, see tähendab, et siin on vaja kuumakindlaid sulameid.

Kõigil neil materjalidel on üks ühine joon – need kõik on suure eritakistusega sulamid, mistõttu neid sulameid nimetatakse suure elektritakistusega sulamiteks. Kõrge elektritakistusega materjalid on antud kontekstis metallide lahendused ja kaootilise struktuuriga, mistõttu vastavad enda jaoks ka nõuetele.

Manganiin

Manganiine kasutatakse traditsiooniliselt täppiskindluse tagamiseks. Manganiinid koosnevad niklist, vasest ja mangaanist. Vaske koostises - 84 kuni 86%, mangaani - 11 kuni 13%, niklit - 2 kuni 3%. Kõige populaarsem manganiinidest sisaldab tänapäeval 86% vaske, 12% mangaani ja 2% niklit.

Manganiinide stabiliseerimiseks lisatakse neile veidi rauda, ​​hõbedat ja alumiiniumi: alumiinium - 0,2 kuni 0,5%, raud - 0,2 kuni 0,5%, hõbe - 0,1%. Manganiinidel on iseloomulik heleoranž värv, nende keskmine tihedus on 8,4 g / cm3 ja sulamistemperatuur 960 ° C.

Mangaantraat läbimõõduga 0,02–6 mm (või 0,09 mm paksune riba) on kas kõva või pehme. Lõõmutatud pehme traadi tõmbetugevus on 45–50 kg / mm2, pikenemine on 10–20%, takistus on 0,42–0,52 oomi * mm / m.

Täistraadi omadused: tõmbetugevus 50 kuni 60 kg / ruutmm, venivus - 5 kuni 9%, vastupidavus - 0,43 - 0,53 oomi * ruutmeetrit / m. Manganiini juhtmete või lintide temperatuuritegur varieerub vahemikus 3 * 10-5 kuni 5 * 10-5 1 / ° С ja stabiliseeritud - kuni 1,5 * 10-5 1 / ° С.

Need omadused näitavad, et manganiini elektritakistuse temperatuurisõltuvus on äärmiselt ebaoluline ja see on takistuse püsivuse kasuks, mis on täppiselektriliste mõõteseadmete jaoks väga oluline. Madal termo-emf on veel üks manganiini eelis ja vaskelementidega kokkupuutel ei ületa see 0,000001 volti kraadi kohta.

Manganiini traadi elektriliste omaduste stabiliseerimiseks kuumutatakse seda vaakumis temperatuurini 400 ° C ja hoitakse sellel temperatuuril 1–2 tundi. Seejärel hoitakse traati pikka aega toatemperatuuril, et saavutada vastuvõetav ühtlus. sulam ja saada stabiilsed omadused.

Tavalistes töötingimustes saab sellist traati kasutada temperatuuril kuni 200 ° C - stabiliseeritud manganiini ja kuni 60 ° C - stabiliseerimata manganiini jaoks, kuna stabiliseerimata manganiini kuumutamisel 60 ° C ja kõrgemal toimub pöördumatuid muutusi. ., mis mõjutab selle omadusi... Seega on parem mitte kuumutada stabiliseerimata manganiini temperatuurini 60 °C ja seda temperatuuri tuleks pidada maksimaalseks lubatavaks.

Tänapäeval toodetakse tööstuses nii paljast mangaantraati kui ka suure tugevusega emailisolatsiooni traati - mähiste valmistamiseks, siidisolatsioonina ja kahekihilise mülarisolatsioonina.

Constantan

Erinevalt manganiinist sisaldab konstantaan rohkem niklit - 39-41%, vähem vaske - 60-65%, oluliselt vähem mangaani - 1-2% - see on ka vase-nikli sulam. Konstantaani takistuse temperatuuritegur läheneb nullile - see on selle sulami peamine eelis.

Constantanil on iseloomulik hõbevalge värvus, sulamistemperatuur 1270 ° C, tihedus keskmiselt umbes 8,9 g / cm3.Tööstus toodab konstanttraati läbimõõduga 0,02–5 mm.

Lõõmutatud pehme konstanttraadi tõmbetugevus on 45–65 kg / ruutmeetri kohta, selle takistus on 0,46–0,48 oomi * ruutmm / m. Kõva konstanttraadi korral: tõmbetugevus - 65–70 kg / ruutmeetri kohta. mm, takistus - 0,48 kuni 0,52 oomi * ruutmm / m. Vasega ühendatud konstanti termoelektrilisus on 0,000039 volti kraadi kohta, mis piirab konstantaani kasutamist täppistakistite ja elektriliste mõõteriistade valmistamisel.

Võrreldes manganiiniga võimaldab termo-EMF kasutada konstantset traati termopaarides (vasega paaris), et mõõta kuni 300 °C temperatuuri. Temperatuuridel üle 300 °C hakkab vask oksüdeeruma, kuid tuleb märkida, et konstant hakkab oksüdeerima alles 500 °C juures.

Tööstuses toodetakse nii isolatsioonita konstanttraati kui ka kõrgtugeva emailisolatsiooniga mähistraati, kahekihilise siidisolatsiooniga traati ja kombineeritud isolatsiooniga traati – üks kiht emaili ja üks kiht siidi või lavsaani.

Reostaatides, kus pinge kõrvuti asetsevate keerdude vahel ei ületa paari volti, kasutatakse püsiva juhtme järgmist omadust: kui traati kuumutada mõneks sekundiks temperatuurini 900 °C ja seejärel jahutada õhu käes, kaetakse traat kinni. tumehalli oksiidkilega. See kile võib toimida omamoodi isolatsioonina, kuna sellel on dielektrilised omadused.

Kuumuskindlad sulamid

Elektrisoojendites ja takistusahjudes peavad lintide ja juhtmete kujul olevad kütteelemendid suutma töötada pikka aega temperatuuril kuni 1200 °C.Selleks ei sobi ei vask, alumiinium, konstantaan ega manganiin, sest alates 300 ° C hakkavad nad juba tugevalt oksüdeeruma, oksiidkiled seejärel aurustuvad ja oksüdatsioon jätkub. Siin on vaja kuumakindlaid juhtmeid.

Suure takistusega kuumuskindlad juhtmed, mis on ka kuumutamisel vastupidavad oksüdatsioonile ja madala temperatuuriga takistusteguriga. See on ainult umbes nikroom ja ferronikroomid – nikli ja kroomi kahekomponentsed sulamid ning nikli, kroomi ja raua kolmekomponendilised sulamid.

Samuti on olemas raua, alumiiniumi ja kroomi fekraalsed ja kromaal-kolmekordsed sulamid - need erinevad sõltuvalt sulamis sisalduvate komponentide protsendist elektriliste parameetrite ja kuumakindluse poolest. Kõik need on kaootilise struktuuriga metallide tahked lahused.

Nende kuumakindlate sulamite kuumutamisel moodustub nende pinnale paks kroomi- ja nikkeloksiidide kaitsekile, mis on vastupidav kõrgetele temperatuuridele kuni 1100 °C, kaitstes neid sulameid usaldusväärselt edasise reaktsiooni eest atmosfäärihapnikuga. Seega võivad kuumakindlate sulamite lindid ja juhtmed töötada pikka aega kõrgel temperatuuril, isegi õhus.

Lisaks põhikomponentidele sisaldavad sulamid: süsinik - 0,06 kuni 0,15%, räni - 0,5 kuni 1,2%, mangaan - 0,7 kuni 1,5%, fosfor - 0,35%, väävel - 0,03%.

Sel juhul on fosfor, väävel ja süsinik kahjulikud lisandid, mis suurendavad haprust, seetõttu püütakse nende sisaldust alati minimeerida või parem täielikult kõrvaldada. Mangaan ja räni aitavad kaasa deoksüdatsioonile, eemaldades hapnikku. Nikkel, kroom ja alumiinium, eriti kroom, aitavad tagada vastupidavuse temperatuuridele kuni 1200°C.

Sulamikomponendid suurendavad takistust ja vähendavad temperatuuri takistuse koefitsienti, mis on täpselt see, mida nendelt sulamitelt vaja on. Kui kroomi on üle 30%, osutub sulam rabedaks ja kõvaks. Näiteks 20 mikroni läbimõõduga õhukese traadi saamiseks ei vaja sulami koostises rohkem kui 20% kroomi.

Nendele nõuetele vastavad kaubamärkide Х20Н80 ja Х15Н60 sulamid. Ülejäänud sulamid sobivad 0,2 mm paksuste ribade ja 0,2 mm läbimõõduga juhtmete tootmiseks.

Fechral-tüüpi sulamid — X13104 sisaldavad rauda, ​​mis muudab need odavamaks, kuid pärast mitut kuumutamistsüklit muutuvad nad rabedaks, mistõttu on hoolduse käigus lubamatu kromaal- ja fekraalspiraalide deformeerimine jahutatud olekus, näiteks kui me räägime. umbes spiraal, mis töötab pikka aega kütteseadmes. Remondiks tuleb keerata või ühendada ainult temperatuurini 300–400 °C kuumutatud spiraal. Üldiselt võib fechral töötada temperatuuril kuni 850 ° C ja kromaal - kuni 1200 ° C.

Nikroomkütteelemendid on omakorda mõeldud pidevaks tööks temperatuuril kuni 1100 ° C statsionaarsetes, kergelt dünaamilistes režiimides, samas kui need ei kaota tugevust ega plastilisust. Kuid kui režiim on järsult dünaamiline, see tähendab, et temperatuur muutub dramaatiliselt mitu korda, kui mähise kaudu voolu sageli sisse ja välja lülitatakse, purunevad kaitsvad oksiidkiled, hapnik tungib nikroomi ja element lõpuks oksüdeerida ja hävitada.

Tööstuses toodetakse nii kuumuskindlatest sulamitest paljaid traate kui ka emaili ja räni-ränilakiga isoleeritud juhtmeid, mis on mõeldud poolide tootmiseks.

elavhõbe

Eraldi äramärkimist väärib elavhõbe, sest see on ainus metall, mis jääb toatemperatuuril vedelaks. Elavhõbeda oksüdatsioonitemperatuur on 356,9 ° C, elavhõbe peaaegu ei suhtle õhugaasidega. Hapete (väävel-, vesinikkloriid-) ja leeliste lahused elavhõbedat ei mõjuta, kuid see lahustub kontsentreeritud hapetes (väävel-, vesinikkloriid-, lämmastikhape). Elavhõbedas lahustuvad tsink, nikkel, hõbe, vask, plii, tina, kuld.

Elavhõbeda tihedus on 13,55 g / cm3, üleminekutemperatuur vedelast olekusse tahkeks on -39 ° C, eritakistus on 0,94 kuni 0,95 oomi * sq.mm / m, temperatuuritakistustegur on 0 ,000990 1 / ° C ... Need omadused võimaldavad kasutada elavhõbedat vedelikku juhtivate kontaktidena eriotstarbelistes lülitites ja releedes, samuti elavhõbedalaldis. Oluline on meeles pidada, et elavhõbe on äärmiselt mürgine.