Bahan rintangan tinggi, aloi rintangan tinggi

Untuk penciptaan rheostat, pembuatan perintang ketepatan, pembuatan relau elektrik dan pelbagai peranti pemanasan elektrik, konduktor bahan dengan rintangan tinggi dan rendah pekali suhu rintangan.

Bahan-bahan dalam bentuk reben dan wayar ini sebaik-baiknya mempunyai rintangan 0.42 hingga 0.52 ohm * sq.mm / m. Bahan ini termasuk aloi berasaskan nikel, kuprum, mangan dan beberapa logam lain. Merkuri patut diberi perhatian khusus, kerana merkuri dalam bentuk tulennya mempunyai rintangan 0.94 ohm * sq.mm / m.

Ciri ciri yang diperlukan bagi aloi secara individu ditentukan oleh tujuan khusus peranti tertentu di mana aloi itu akan digunakan.

Sebagai contoh, penciptaan perintang yang tepat memerlukan aloi dengan termoelektrik rendah yang disebabkan oleh sentuhan aloi dengan kuprum. Rintangan juga harus kekal malar dari semasa ke semasa.Dalam relau dan pemanas elektrik, pengoksidaan aloi tidak boleh diterima walaupun pada suhu dari 800 hingga 1100 ° C, iaitu aloi tahan haba diperlukan di sini.

Semua bahan ini mempunyai satu persamaan — semuanya adalah aloi kerintangan tinggi, itulah sebabnya aloi ini dipanggil aloi kerintangan elektrik tinggi. Bahan dengan rintangan elektrik yang tinggi dalam konteks ini adalah penyelesaian logam dan mempunyai struktur yang huru-hara, itulah sebabnya mereka memenuhi keperluan untuk diri mereka sendiri.

Mangan

Manganin digunakan secara tradisional untuk rintangan ketepatan. Manganin terdiri daripada nikel, kuprum dan mangan. Tembaga dalam komposisi - dari 84 hingga 86%, mangan - dari 11 hingga 13%, nikel - dari 2 hingga 3%. Mangan yang paling popular hari ini mengandungi 86% kuprum, 12% mangan dan 2% nikel.

Untuk menstabilkan manganin, sedikit besi, perak dan aluminium ditambah kepada mereka: aluminium - dari 0.2 hingga 0.5%, besi - dari 0.2 hingga 0.5%, perak - 0.1%. Manganin mempunyai ciri warna oren terang, ketumpatan puratanya ialah 8.4 g / cm3, dan takat leburnya ialah 960 ° C.

Kawat mangan dengan diameter 0.02 hingga 6 mm (atau jalur setebal 0.09 mm) adalah sama ada keras atau lembut. Kawat lembut anil mempunyai kekuatan tegangan 45 hingga 50 kg / mm2, pemanjangan adalah dari 10 hingga 20%, rintangan adalah dari 0.42 hingga 0.52 ohm * mm / m.

Ciri-ciri wayar pepejal: kekuatan tegangan dari 50 hingga 60 kg / sq.mm, pemanjangan - dari 5 hingga 9%, rintangan - 0.43 - 0.53 ohm * sq.mm / m. Pekali suhu wayar manganin atau pita berbeza dari 3 * 10-5 hingga 5 * 10-5 1 / ° С, dan untuk stabil - sehingga 1.5 * 10-5 1 / ° С.

Ciri-ciri ini menunjukkan bahawa pergantungan suhu rintangan elektrik manganin adalah sangat tidak penting, dan ini adalah faktor yang memihak kepada keteguhan rintangan, yang sangat penting untuk peranti pengukur elektrik ketepatan. Thermo-emf rendah adalah satu lagi kelebihan manganin, dan jika bersentuhan dengan unsur tembaga ia tidak akan melebihi 0.000001 volt setiap darjah.

Untuk menstabilkan ciri elektrik wayar manganin, ia dipanaskan di bawah vakum hingga 400 ° C dan disimpan pada suhu ini selama 1 hingga 2 jam. Wayar itu kemudiannya disimpan pada suhu bilik untuk masa yang lama untuk mencapai keseragaman yang boleh diterima aloi dan dapatkan sifat yang stabil.

Di bawah keadaan operasi biasa, wayar sedemikian boleh digunakan pada suhu sehingga 200 ° C — untuk manganin yang stabil dan sehingga 60 ° C — untuk manganin yang tidak stabil, kerana manganin yang tidak stabil, apabila dipanaskan dari 60 ° C dan ke atas, akan mengalami perubahan yang tidak dapat dipulihkan. .yang akan menjejaskan sifatnya ... Jadi adalah lebih baik untuk tidak memanaskan manganin yang tidak stabil sehingga 60 ° C, dan suhu ini harus dianggap sebagai maksimum yang dibenarkan.

Hari ini, industri menghasilkan kedua-dua wayar mangan kosong dan wayar dalam penebat enamel dengan kekuatan tinggi - untuk pembuatan gegelung, dalam penebat sutera dan dalam penebat mylar dua lapisan.

Constantan

Constantan, tidak seperti manganin, mengandungi lebih banyak nikel - dari 39 hingga 41%, kurang tembaga - 60-65%, dengan ketara kurang mangan - 1-2% - ia juga merupakan aloi tembaga-nikel. Pekali suhu rintangan pemalar menghampiri sifar — ini adalah kelebihan utama aloi ini.

Constantan mempunyai ciri warna perak-putih, takat lebur 1270 ° C, ketumpatan purata kira-kira 8.9 g / cm3.Industri ini menghasilkan dawai konstantan dengan diameter 0.02 hingga 5 mm.

Kawat pemalar lembut anil mempunyai kekuatan tegangan 45 — 65 kg / sq.mm, rintangannya adalah dari 0.46 hingga 0.48 ohm * sq.mm / m. Untuk dawai pemalar keras: kekuatan tegangan — dari 65 hingga 70 kg / persegi. mm, rintangan — dari 0.48 hingga 0.52 Ohm * sq.mm / m Termoelektrik pemalar yang disambungkan kepada kuprum ialah 0.000039 volt setiap darjah, yang mengehadkan penggunaan pemalar dalam pembuatan perintang ketepatan dan alat pengukur elektrik.

Ketara, berbanding manganin, termo-EMF membenarkan penggunaan dawai konstantan dalam termokopel (dipasangkan dengan kuprum) untuk mengukur suhu sehingga 300 ° C. Pada suhu di atas 300 ° C kuprum akan mula teroksida, manakala perlu diperhatikan, bahawa constantan akan mula teroksida hanya pada 500 °C.

Industri ini menghasilkan kedua-dua wayar konstantan tanpa penebat dan wayar penggulungan dengan penebat enamel berkekuatan tinggi, wayar dalam penebat sutera dua lapisan dan wayar dalam penebat gabungan - satu lapisan enamel dan satu lapisan sutera atau lavsan.

Dalam rheostat, di mana voltan antara pusingan bersebelahan tidak melebihi beberapa volt, sifat wayar kekal berikut digunakan: jika wayar dipanaskan hingga 900 ° C selama beberapa saat dan kemudian disejukkan di udara, wayar akan ditutup dengan filem oksida kelabu gelap, filem ini boleh berfungsi sebagai sejenis penebat, kerana ia mempunyai sifat dielektrik.

Aloi tahan haba

Dalam pemanas elektrik dan relau rintangan, elemen pemanas dalam bentuk reben dan wayar mesti boleh beroperasi untuk jangka masa yang lama pada suhu sehingga 1200 °C.Baik kuprum, aluminium, atau constantan, mahupun manganin tidak sesuai untuk ini, kerana dari 300 ° C mereka sudah mula mengoksida dengan kuat, filem oksida kemudiannya menguap dan pengoksidaan berterusan. Wayar tahan haba diperlukan di sini.

Wayar tahan haba dengan rintangan tinggi, juga tahan pengoksidaan apabila dipanaskan dan dengan pekali rintangan suhu rendah. Ini baru kira-kira nichrome dan ferronichromes—aloi binari nikel dan kromium dan aloi terner nikel, kromium, dan besi.

Terdapat juga aloi fechral dan kromal-triple besi, aluminium dan kromium - mereka, bergantung kepada peratusan komponen yang termasuk dalam aloi, berbeza dalam parameter elektrik dan rintangan haba. Semua ini adalah penyelesaian pepejal logam dengan struktur huru-hara.

Pemanasan aloi tahan haba ini membawa kepada pembentukan pada permukaannya lapisan pelindung tebal kromium dan nikel oksida, tahan kepada suhu tinggi sehingga 1100 ° C, dengan pasti melindungi aloi ini daripada tindak balas selanjutnya dengan oksigen atmosfera. Jadi pita dan wayar aloi tahan haba boleh berfungsi untuk masa yang lama pada suhu tinggi, walaupun di udara.

Sebagai tambahan kepada komponen utama, aloi termasuk: karbon - dari 0.06 hingga 0.15%, silikon - dari 0.5 hingga 1.2%, mangan - dari 0.7 hingga 1.5%, fosforus - 0.35 %, sulfur - 0.03%.

Dalam kes ini, fosforus, sulfur dan karbon adalah kekotoran berbahaya yang meningkatkan kerapuhan, oleh itu kandungannya sentiasa dicari untuk diminimumkan atau lebih baik untuk dihapuskan sepenuhnya. Mangan dan silikon menyumbang kepada penyahoksidaan, mengeluarkan oksigen. Nikel, kromium dan aluminium, terutamanya kromium, membantu memberikan rintangan kepada suhu sehingga 1200°C.

Komponen aloi berfungsi untuk meningkatkan rintangan dan mengurangkan pekali suhu rintangan, iaitu apa yang diperlukan daripada aloi ini. Jika kromium lebih daripada 30%, maka aloi akan menjadi rapuh dan keras. Untuk mendapatkan wayar nipis, sebagai contoh, diameter 20 mikron, tidak lebih daripada 20% kromium diperlukan dalam komposisi aloi.

Keperluan ini dipenuhi oleh aloi jenama Х20Н80 dan Х15Н60. Aloi selebihnya sesuai untuk pengeluaran jalur dengan ketebalan 0.2 mm dan wayar dengan diameter 0.2 mm.

Aloi jenis Fechral — X13104, mengandungi besi, yang menjadikannya lebih murah, tetapi selepas beberapa kitaran pemanasan ia menjadi rapuh, oleh itu semasa penyelenggaraan adalah tidak boleh diterima untuk mengubah bentuk lingkaran krom dan fechral dalam keadaan sejuk, sebagai contoh, jika kita bercakap. tentang lingkaran yang berfungsi untuk masa yang lama dalam peranti pemanasan. Untuk pembaikan, hanya lingkaran yang dipanaskan hingga 300-400 ° C harus dipintal atau disambung. Secara umum, fechral boleh beroperasi pada suhu sehingga 850 °C, dan kromal - sehingga 1200 °C.

Unsur pemanas nichrome pula direka bentuk untuk operasi berterusan pada suhu sehingga 1100 ° C dalam mod pegun, sedikit dinamik, sementara ia tidak akan kehilangan sama ada kekuatan atau keplastikan. Tetapi jika mod itu dinamik secara mendadak, iaitu, suhu akan berubah secara mendadak berkali-kali, dengan menghidupkan dan mematikan arus yang kerap melalui gegelung, filem oksida pelindung akan retak, oksigen akan menembusi nichrome, dan unsur itu akhirnya akan mengoksida dan memusnahkan.

Industri ini menghasilkan kedua-dua wayar kosong yang diperbuat daripada aloi tahan haba, dan wayar yang ditebat dengan enamel dan varnis silikon silikon, bertujuan untuk pengeluaran gegelung.

merkuri

Merkuri patut diberi perhatian khusus kerana ia adalah satu-satunya logam yang kekal cair pada suhu bilik. Suhu pengoksidaan merkuri ialah 356.9 ° C, merkuri hampir tidak berinteraksi dengan gas udara. Larutan asid (sulfurik, hidroklorik) dan alkali tidak menjejaskan merkuri, tetapi ia larut dalam asid pekat (sulfurik, hidroklorik, nitrik). Zink, nikel, perak, tembaga, plumbum, timah, emas larut dalam merkuri.

Ketumpatan merkuri ialah 13.55 g / cm3, suhu peralihan daripada keadaan cecair ke pepejal ialah -39 ° C, rintangan khusus adalah dari 0.94 hingga 0.95 ohm * sq.mm / m, pekali rintangan suhu ialah 0 ,000990 1 / ° C ... Sifat-sifat ini memungkinkan untuk menggunakan merkuri sebagai sesentuh pengalir cecair untuk suis dan geganti tujuan khas, serta dalam penerus merkuri. Adalah penting untuk diingat bahawa merkuri adalah sangat toksik.