Bahan tahan tinggi, paduan tahan tinggi

Untuk pembuatan rheostat, pembuatan resistor presisi, pembuatan tungku listrik dan berbagai alat pemanas listrik, konduktor bahan dengan resistansi tinggi dan rendah koefisien suhu resistensi.

Bahan-bahan ini dalam bentuk pita dan kabel sebaiknya memiliki ketahanan 0,42 hingga 0,52 ohm * sq.mm / m Bahan-bahan ini termasuk paduan berdasarkan nikel, tembaga, mangan dan beberapa logam lainnya. Merkuri patut mendapat perhatian khusus, karena merkuri dalam bentuknya yang murni memiliki resistansi 0,94 ohm * sq.mm / m.

Sifat karakteristik yang diperlukan dari paduan secara individual ditentukan oleh tujuan khusus dari perangkat tertentu di mana paduan tersebut akan digunakan.

Misalnya, pembuatan resistor yang akurat membutuhkan paduan dengan termoelektrik rendah yang diinduksi oleh kontak paduan dengan tembaga. Perlawanan juga harus tetap konstan dari waktu ke waktu.Dalam tungku dan pemanas listrik, oksidasi paduan tidak dapat diterima bahkan pada suhu 800 hingga 1100 ° C, yaitu paduan tahan panas diperlukan di sini.

Semua bahan ini memiliki satu kesamaan - semuanya adalah paduan resistivitas tinggi, itulah sebabnya paduan ini disebut paduan resistivitas listrik tinggi. Bahan dengan hambatan listrik yang tinggi dalam konteks ini adalah larutan logam dan memiliki struktur yang kacau, oleh karena itu memenuhi persyaratan untuk diri mereka sendiri.

Manganin

Manganin secara tradisional digunakan untuk ketahanan presisi. Manganin terdiri dari nikel, tembaga dan mangan. Tembaga dalam komposisi - dari 84 hingga 86%, mangan - dari 11 hingga 13%, nikel - dari 2 hingga 3%. Manganin paling populer saat ini mengandung 86% tembaga, 12% mangan, dan 2% nikel.

Untuk menstabilkan mangan, sedikit besi, perak dan aluminium ditambahkan ke dalamnya: aluminium - dari 0,2 hingga 0,5%, besi - dari 0,2 hingga 0,5%, perak - 0,1%. Manganin memiliki karakteristik warna oranye terang, kepadatan rata-rata 8,4 g / cm3, dan titik lelehnya 960 ° C.

Kawat mangan dengan diameter 0,02 hingga 6 mm (atau strip setebal 0,09 mm) keras atau lunak. Kawat lunak anil memiliki kekuatan tarik 45 hingga 50 kg / mm2, perpanjangan dari 10 hingga 20%, resistansi dari 0,42 hingga 0,52 ohm * mm / m.

Karakteristik kawat padat: kekuatan tarik dari 50 hingga 60 kg / sq.mm, perpanjangan - dari 5 hingga 9%, resistansi - 0,43 - 0,53 ohm * sq.mm / m Koefisien suhu kabel atau pita manganin bervariasi dari 3 * 10-5 hingga 5 * 10-5 1 / ° С, dan untuk stabil - hingga 1,5 * 10-5 1 / ° С.

Karakteristik ini menunjukkan bahwa ketergantungan suhu dari hambatan listrik manganin sangat tidak signifikan, dan ini merupakan faktor yang mendukung keteguhan hambatan, yang sangat penting untuk alat pengukur listrik presisi. Termo-emf yang rendah adalah keuntungan lain dari manganin, dan jika bersentuhan dengan elemen tembaga tidak akan melebihi 0,000001 volt per derajat.

Untuk menstabilkan karakteristik listrik dari kawat manganin, dipanaskan di bawah vakum hingga 400 ° C dan disimpan pada suhu ini selama 1 hingga 2 jam, kemudian disimpan pada suhu kamar untuk waktu yang lama untuk mencapai keseragaman yang dapat diterima. paduan dan mendapatkan sifat stabil.

Dalam kondisi operasi normal, kawat semacam itu dapat digunakan pada suhu hingga 200 ° C - untuk manganin yang distabilkan dan hingga 60 ° C - untuk manganin yang tidak distabilkan, karena manganin yang tidak distabilkan, ketika dipanaskan dari 60 ° C ke atas, akan mengalami perubahan yang tidak dapat diubah. yang akan mempengaruhi sifat-sifatnya ... Jadi lebih baik tidak memanaskan manganin yang tidak stabil hingga 60 ° C, dan suhu ini harus dianggap maksimum yang diperbolehkan.

Saat ini, industri memproduksi kawat mangan telanjang dan kawat dalam insulasi enamel dengan kekuatan tinggi - untuk pembuatan gulungan, insulasi sutra, dan insulasi mylar dua lapis.

Konstantan

Constantan, tidak seperti manganin, mengandung lebih banyak nikel - dari 39 menjadi 41%, lebih sedikit tembaga - 60-65%, mangan jauh lebih sedikit - 1-2% - ini juga merupakan paduan tembaga-nikel. Koefisien suhu resistansi konstanta mendekati nol - ini adalah keuntungan utama dari paduan ini.

Constantan memiliki ciri warna putih keperakan, titik leleh 1270 °C, densitas rata-rata sekitar 8,9 g/cm3.Industri memproduksi kawat konstanta dengan diameter 0,02 sampai 5 mm.

Kawat konstantan lunak yang dianil memiliki kekuatan tarik 45 — 65 kg / sq.mm, ketahanannya dari 0,46 hingga 0,48 ohm * sq.mm / m Untuk kawat konstantan keras: kekuatan tarik — dari 65 hingga 70 kg / sq. mm, resistansi - dari 0,48 hingga 0,52 Ohm * sq.mm / m Termoelektrik konstanta yang terhubung ke tembaga adalah 0,000039 volt per derajat, yang membatasi penggunaan konstanta dalam pembuatan resistor presisi dan alat ukur listrik.

Signifikan, dibandingkan dengan manganin, termo-EMF memungkinkan penggunaan kawat konstantan dalam termokopel (berpasangan dengan tembaga) untuk mengukur suhu hingga 300 ° C. Pada suhu di atas 300 ° C tembaga akan mulai teroksidasi, perlu dicatat bahwa konstanta akan mulai teroksidasi hanya pada 500 °C.

Industri ini memproduksi kawat konstantan tanpa insulasi dan kawat belitan dengan insulasi enamel berkekuatan tinggi, kawat dalam insulasi sutra dua lapis dan kawat dalam insulasi gabungan - satu lapis enamel dan satu lapis sutra atau lavsan.

Dalam rheostat, di mana tegangan antara belokan yang berdekatan tidak melebihi beberapa volt, sifat kabel permanen berikut digunakan: jika kabel dipanaskan hingga 900 ° C selama beberapa detik dan kemudian didinginkan di udara, kabel akan ditutup dengan film oksida abu-abu gelap film ini dapat berfungsi sebagai semacam isolasi, karena memiliki sifat dielektrik.

Paduan tahan panas

Pada pemanas listrik dan tungku resistansi, elemen pemanas berupa pita dan kabel harus dapat beroperasi dalam jangka waktu yang lama pada suhu hingga 1200 °C.Baik tembaga, aluminium, konstantan, maupun manganin tidak cocok untuk ini, karena dari 300 ° C mereka sudah mulai teroksidasi dengan kuat, film oksida kemudian menguap dan oksidasi berlanjut. Kabel tahan panas dibutuhkan di sini.

Kabel tahan panas dengan resistansi tinggi, juga tahan terhadap oksidasi saat dipanaskan dan dengan koefisien resistansi suhu rendah. Ini hanya tentang nichrome dan ferronikrom—paduan biner dari nikel dan kromium dan paduan terner dari nikel, kromium, dan besi.

Ada juga paduan fechral dan chromal-triple dari besi, aluminium dan kromium - mereka, tergantung pada persentase komponen yang termasuk dalam paduan, berbeda dalam parameter listrik dan ketahanan panas. Semua ini adalah larutan logam padat dengan struktur kacau.

Pemanasan paduan tahan panas ini mengarah pada pembentukan lapisan pelindung kromium dan nikel oksida yang tebal di permukaannya, tahan terhadap suhu tinggi hingga 1100 ° C, yang secara andal melindungi paduan ini dari reaksi lebih lanjut dengan oksigen atmosfer. Jadi kaset dan kabel paduan tahan panas dapat bekerja lama pada suhu tinggi, bahkan di udara.

Selain komponen utama, paduan meliputi: karbon - dari 0,06 hingga 0,15%, silikon - dari 0,5 hingga 1,2%, mangan - dari 0,7 hingga 1,5%, fosfor - 0,35%, belerang - 0,03%.

Dalam hal ini, fosfor, belerang, dan karbon adalah pengotor berbahaya yang meningkatkan kerapuhan, oleh karena itu kandungannya selalu diupayakan untuk diminimalkan atau lebih baik dihilangkan sama sekali. Mangan dan silikon berkontribusi pada deoksidasi, menghilangkan oksigen. Nikel, kromium dan aluminium, terutama kromium, membantu memberikan ketahanan terhadap suhu hingga 1200°C.

Komponen paduan berfungsi untuk meningkatkan resistansi dan menurunkan koefisien temperatur resistansi, yang memang dibutuhkan dari paduan ini. Jika kromium lebih dari 30%, maka paduan tersebut akan menjadi rapuh dan keras. Untuk mendapatkan kawat tipis, misalnya berdiameter 20 mikron, diperlukan tidak lebih dari 20% kromium dalam komposisi paduan.

Persyaratan ini dipenuhi oleh paduan merek Х20Н80 dan Х15Н60. Paduan yang tersisa cocok untuk produksi strip dengan ketebalan 0,2 mm dan kabel dengan diameter 0,2 mm.

Paduan jenis Fechral — X13104, mengandung besi, yang membuatnya lebih murah, tetapi setelah beberapa siklus pemanasan menjadi rapuh, oleh karena itu selama pemeliharaan tidak dapat diterima untuk merusak spiral krom dan fechral dalam keadaan dingin, misalnya, jika kita berbicara tentang spiral yang bekerja lama di alat pemanas. Untuk perbaikan, hanya spiral yang dipanaskan hingga 300-400 ° C yang harus dipelintir atau disambung. Secara umum, fechral dapat beroperasi pada suhu hingga 850 °C, dan kromal - hingga 1200 °C.

Elemen pemanas Nichrome, pada gilirannya, dirancang untuk operasi berkelanjutan pada suhu hingga 1100 ° C dalam mode stasioner, sedikit dinamis, sementara elemen tersebut tidak akan kehilangan kekuatan atau plastisitasnya. Tetapi jika modenya sangat dinamis, yaitu suhu akan berubah secara dramatis berkali-kali, dengan seringnya menghidupkan dan mematikan arus melalui koil, film oksida pelindung akan retak, oksigen akan menembus nichrome, dan elemen tersebut pada akhirnya akan mengoksidasi dan menghancurkan.

Industri memproduksi kabel telanjang yang terbuat dari paduan tahan panas, dan kabel yang diisolasi dengan pernis silikon enamel dan silikon, yang dimaksudkan untuk produksi gulungan.

air raksa

Merkuri patut mendapat perhatian khusus karena merupakan satu-satunya logam yang tetap cair pada suhu kamar. Suhu oksidasi merkuri adalah 356,9 ° C, merkuri hampir tidak berinteraksi dengan gas udara. Larutan asam (sulfat, hidroklorik) dan alkali tidak mempengaruhi merkuri, tetapi larut dalam asam pekat (sulfat, hidroklorik, nitrat). Seng, nikel, perak, tembaga, timah, timah, emas larut dalam merkuri.

Kepadatan merkuri adalah 13,55 g / cm3, suhu transisi dari cair ke padat adalah -39 ° C, resistansi spesifik dari 0,94 hingga 0,95 ohm * sq.mm / m, koefisien resistansi temperatur adalah 0 ,000990 1 / ° C ... Properti ini memungkinkan untuk menggunakan merkuri sebagai kontak konduktif cair untuk sakelar dan relai tujuan khusus, serta penyearah merkuri. Penting untuk diingat bahwa merkuri sangat beracun.