Сплавы для нагревательных элементов печей
Сплавы для электронагревательных элементов печей являются жаростойкими проводниковыми материалами на основе никеля, хрома, железа и некоторых других компонентов. Жаростойкость этих сплавов, то есть неокисляемость при высоких температурах (1000-1200°С), обусловлена образованием на их поверхности окисной пленки большой плотности, исключающей доступ кислорода к сплаву. Основой жаростойких окисных пленок является окись хрома Сг2О3 и закись никеля NiO, которые не испаряются с поверхности сплава при высоких температурах. Жаростойкие проводниковые материалы на основе никеля, хрома и алюминия называются соответственно нихромами, фехралями и хромалями. Все они представляют собой твердые растворы металлов с неупорядоченной структурой, поэтому эти сплавы обладают большим удельным сопротивлением, малыми значениями температурного коэффициента, сопротивления и высокой окалиностойкостью. Кроме того, во многих случаях требуется технологичность сплавов − возможность изготовления из них гибкой проволоки, иногда весьма тонкой.
Сплавы маркируются по буквенно-цифровой системе: хром - X, никель - Н, алюминий - А и титан - Т. Цифры, стоящие за буквой, указывают на среднее содержание данного металла в сплаве. Например, в нихроме марки Х20Н80 содержится 20 % хрома, и 80 % никеля (по массе).
На сплавы высокого омического сопротивления распространяется ГОСТ 12766.1-77...12766.5-77, на сплавы с заданным электрическим сопротивлением - ГОСТ 10994-74.
К сплавам высокого омического сопротивления относятся: Х13Ю4 (12-15,0 % Сг, 3,5-5,5 % А1) - для изготовления нагревательных элементов бытовых приборов и реостатов; ОХ23Ю5 (21,5-24,5 % О, 4,5-5,5 % А1) −для промышленных и лабораторных печей, бытовых приборов, реостатов и спиралей свечей накаливания; Х20Н80 - для промышленных и лабораторных печей, микропроволоки для малогабаритных элементов электрических сопротивлений, проволоки и ленты для реостатов.
Сплавы для реостатов и точных приборов
При использовании сплавов для электроизмерительных приборов и образцовых резисторов, помимо высокого удельного сопротивления, требуются также стабильность значения во времени, малый температурный коэффициент электросопротивления и малый коэффициент термоЭДС в паре сплава с медью Перечисленными свойствами обладают сплавы меди с никелем, известные под названиями «манганин» и «константан».
Манганин - сплав меди, никеля и марганца светло-оранжевого цвета с температурой плавления 960°С.
Манганин, широко применяемый для изготовления образцовых резисторов, имеет температурный коэффициент электросопротивления весьма малый (3´10-4 1/ºС), коэффициент термоЭДС в паре с медью — всего лишь 1 мкВ/°С.
Для стабилизации электрических характеристик манганиновых изделий их подвергают тепловой обработке в вакууме при 400 °С и последующей длительной выдержке при комнатной температуре. В результате такой обработки повышается однородность сплава и стабилизируются его свойства. Наибольшая допустимая температура для изделий из стабилизированных сортов манганина - 200°С, из дестабилизированных - 60-80°С. При повышении этих температур в манганиновых изделиях происходит необратимое изменение свойств. Из манганина изготовляют мягкие и твердотянутые проволоки диаметром 0,02-6 мм и ленты толщиной до 0,08 мм и шириной до 270 мм. Кроме того, применяют манганиновые обмоточные провода с эмалевой изоляцией, с изоляцией из натурального шелка, а также изолированные эмалью и одним слоем натурального шелка.
Манганиновые изделия применяют при производстве резисторов и потенциометров высокого класса.
Константан - сплав меди, никеля и марганца серебристо-желтого цвета с температурой плавления 1260°С.
Сплав константан отличается от манганина меньшим содержанием марганца (1—2 % Мп) и постоянством удельного электрического сопротивления с изменением его температуры.
Из константана изготовляют мягкие и твердые изделия: проволоку диаметром 0,03—5 мм и ленту толщиной до 0,1 мм. Изолированная константановая проволока в паре с медной применяется для изготовления термопар и в качестве тензометрического сплава.
Константановые изделия (проволока, ленты) могут использоваться при температурах не выше 450°С.
На сплавы для реостатов и точных приборов распространяется ГОСТ 10994-74.
К сплавам с заданным электрическим сопротивлением относятся: Х20Н80ВИ (20-23 % Сг, 1,5 % Fe, Ni - основа) - для ответственных деталей внутри вакуумных приборов, соединителей в изделиях электронной техники и микропроволоки для резисторов неответственного назначения; манганин МНМцЗ-12 (82-85 % Си, 2,5-3,5 % Ni, 11,5-13,5 % Мп) - для изготовления датчиков, которыми измеряют высокие гидростатические давления образцовых сопротивлений, добавочных сопротивлений и шунтов электроизмерительных приборов высокой точности; константан МНМц40-1,5 (56-59 % Си, 39-41 % Ni, 1-2 % Мп) - для изготовления реостатов и др.
Для изготовления термопар применяются следующие сплавы: копель (56 % Си, 44 % Ni), алюмель (95 % Ni, остальное - Al, Si и Mg), хромель (90 % Ni, 10 % Сг), платинородий (90 % Pt, 10 % Rh). Термопары могут применяться для измерения следующих температур: платинородий−платина до 1600°С; медь−константан и медь−копель до 350°С; железо−константан, железо−копель и хромель−копель до 600°С; хромель−алюмель до 900-1000°С. Наибольшую термоЭДС при данной разности температур развивает термопара хромель−копель. Наиболее высокой точностью, стабильностью и воспроизводимостью обладают платино−платинородиевые термопары, несмотря на малую удельную термоЭДС.