CN1006236B - 铁-锰-铝-铬系反铁磁精密电阻合金 - Google Patents
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Abstract
本发明所述铁-锰-铝-铬系反铁磁精密电阻合金系基于合金的顺磁一反铁磁性转变,反铁磁有序散射电阻抵消声子散射电阻,以使合金在工作温度范围内具有较小的电阻温度系数。本发明的电阻特性接近名牌镍基电阻合金如Karma等,但是生产工艺简单,不需要进行复杂的热处理,且原材料的成本较低。这种精密的电阻合金含有Fe、Mn、Al、Cr、C、Si、S和P等成分,是制作电工与电子仪器、仪表中的精密电阻元件的理想材料。
Description
本发明属于一种新型的精密电阻合金,是用于制作电工与电子仪器、仪表中的精密电阻元件的理想材料。
目前常用于制作精密电阻元件的电阻合金有两大类;一类是锰铜合金,它的电阻率较低(ρ=40μΩ·cm),使用温度范围较窄(约283-313K),另一类是镍铬基合金(含有少量铁、铝或锰)如Karma合金(75%Ni、20%Cr、2.5%Al、2.5%Fe)等,其阻值较高(ρ>100μΩ·cm),使用温度范围较宽(208-393K)。但这种NiCrFeAl合金需经复杂的热处理,其电阻温度系数对热处理工艺颇为敏感,难以掌握、且原材料的价格较贵。
我国电机工程手册第13篇第2章电阻合金中曾刊载一种温度补偿用电阻合金,成分中含有Mn32-37%、Al5-7%、其余是Fe。在工作温度(223-333K)内,它具有很大的负值电阻温度系数(-200~-300×10-6/℃),其阻值随温度的上升而剧烈下降,故可用于电表中作线路温度补偿。
人们研究Fe-Mn反铁磁Invar合金多年,至今未能应用,这有两个方面的原因,一是反铁磁转变及伴随的物性反常特性不符合功能合金的要求,二是组织结构稳定性、化学安定性与加工工艺性均很差。
本发明的目的是为了利用发明人研究Al、Cr与Si对γ-Fe-Mn合金的顺磁-反铁磁性转变及伴随的电阻反常变化的影响的结果,从而配制一种以反铁磁转变为基础的阻值较高、电阻温度系数较小,而热处理工艺简单的精密电阻合金。以合金成分的设计(适当的Mn、Al、Cr比例)控制合金的Neel转变点TN于电阻合金工作温度的上限,并在TN以下使反铁磁有序散射电阻的增加量抵消声子散射电阻的减小量,便可获得在工作温度范围内具有较小电阻温度系数的Fe-Mn-Al-Cr精密电阻合金,其原理如图1所示。在图1中,曲线1表示Fe-Mn-Al-Cr精密电阻合金的实测总电阻ρam(T),而ρam(T)=ρr+ρp(T)+ρm(T)
式中:ρr为剩余电阻、ρp(T)为声子散射电阻、ρm(T)为反铁磁有序电阻与磁无序电阻的代数和。曲线2表示假设无反铁磁转变的正常电阻率ρn与温度的关系,ρn=ρr+ρp(T),曲线3表示反铁磁有序散射电阻曲线2与曲线3相加可得曲线这说明在TN点以下反铁磁有序散射引起的电阻升高,如果可以抵消声子散射电阻的下降(|△ρm||△ρp|),则在此一段温度范围内(△T=t1-t2)合金的电阻率随温度的变化很小,即具有较低的温度系数。
本发明精密电阻合金中各元素的作用:Fe-Mn为反铁磁性基体、是本合金中唯一升高TN点的元素。Mn含量应达到使TN点略高于电阻工作温度的上限的程度。Al的作用为:(1)产生较大的△ρm,以抵消△ρp,降低电阻温度系数;(2)显著增加ρr,提高合金的阻值;(3)稳定合金的奥氏体组织;(4)改善热、冷加工性能;(5)增加化学安定性。Cr的作用为:(1)显著增加化学安定性;(2)略增加△ρm并可调节合金的电气性能;(3)改善热、冷加工性能。
本发明的内容和实施方法,包括精密电阻合金的成分和生产工艺,现分述如下:
1、本发明所述铁-锰-铝-铬系反铁磁精密电阻合金含有:Mn24-34%、Al1.5-3.5%、Cr0-9%C0.1-0.4%、Si≤0.6%、S≤0.04%、P≤0.04%其余成分是Fe,因Si对γ-Fe-Mn合金反铁磁转变及电阻反常的影响与Al类似,故也可用Si取代部分Al。
本精密电阻合金优先选择的合金成分有三种化学组分:
(1)成分中含Mn30~33%、Al2-2.9%、Cr3-8%、C0.1~0.3%。
(2)成分中含Mn31~32%、Al2.5~3.1%、C0.1~0.25%。
(3)成分中含Mn24~27%、Al2~3%、Cr0~3%、C0.1~0.3%。
(上述的百分数均为重量百分数)
本发明精密电阻合金的主要性能列于下述两表中:
表1 电气性能
表2 力学性能
2、本发明精密电阻合金的生产方法是在熔炼前需要将原材料进行清洁、干燥和除气,所用的电解工业纯铝锭应重熔或高温热锻后使用,如用电解锰则必须予先熔化脱气。本精密电阻合金需采用真空感应炉冶炼,当金属Mn开始熔化时,立即通入Ar气(保持接近一个大气压力)以抑制锰的挥发、熔池的氧化及铸锭时的二次氧化。本发明精密电阻合金的合金锭的锻造温度范围为1120℃~800℃。当利用本精密电阻合金制作电阻元件时,对于制作电阻元件的各种型材只需于950℃~1050℃的温度范围内一次固溶后空冷处理。对于φ1mm的丝材只需要保温5~10分钟。
本发明所述铁-锰-铝-铬系精密电阻合金与现有技术相比较,主要的特点是:
(1)降低电阻温度系数的原理不同。本发明系由本身自发的顺磁-反铁磁性转变来获得较小的电阻温度系数,而一般镍基电阻合金如Karma合金则是由热处理成K状态(原子偏聚或短程有序)来减小温度系数。
(2)本发明精密电阻合金热处理工艺简单,成材后只需一次固溶处理,电阻温度系数对热处理条件的波动不敏感,而一般Karma合金的热处理工艺较复杂,且其电阻温度系数对热处理工艺的波动较敏感,颇难掌握。
(3)所采用的原材料价格低廉。本发明精密电阻合金为铁基材料,所含Mn、Al、Cr之和仅约占40%,并且金属Mn与工业纯铝的价格远比金属镍与金属铬低廉。
根据前述本发明的内容和实施方法,现举实施例如下:
在本发明的优选成分内,设计一种精密电阻合金其化学成分为:
根据此配方,以低碳钢、电炉金属锰、工业纯铝、工业金属铬为原料,并作清洁,干燥与去气处理。然后在真空感应炉中进行冶炼,当锰将化清时,立即通入接近一个大气压力的氩气保护;然后再加入Al块,待铝块熔化均匀后即可浇铸成10kg重的园锭。当园锭在1150℃均匀化后于1120℃-800℃间锻成20×20mm的方棒,然后轧成φ8盘条。盘条经过多次冷拔(包括中间退火)加工成φ1mm以下的电阻丝。此精密合金电阻值与温度的关系如附图2所示,在203~343K间电阻温度系数α约±25×10-6/℃。
Claims (7)
1、铁-锰-铝-铬系反铁磁精密电阻合金,其特征在于含有Mn24~34%、AL1.5~3.5%、C0.1~0.4%、Si≤0.6%、S≤0.04%、P≤0.04%、Fe余量。
2、根据权利要求1的精密电阻合金,其中还含有Cr0~9%。
3、根据权利要求1的精密电阻合金,其特征是优先选择的合金成分含Mn31~32%、AL2.5~3.1%、C0.1~0.25%、Si≤0.6%、S≤0.04%、P≤0.04%、Fe余量。
4、根据权利要求2的精密电阻合金,其特征是优先选择的合金成分含Mn30~33%、AL2~2.9%、Cr3~8%、C0.1~0.3%、Si≤0.6%、S≤0.04%、P≤0.04%、Fe余量。
5、根据权利要求2所述的精密电阻合金,其特征是优先选择的合金成分含Mn24~27%、AL2~3%、Cr0~3%、C0.1~0.3%、Si≤0.6%、S≤0.04%、P≤0.04%、Fe余量。
6、根据权利要求3所述的精密电阻合金的制备方法,其特征在于合金锭的锻造温度范围为1120℃~800℃。
7、根据权利要求4所述的精密电阻合金的制备方法,其特征在于制作电阻元件的各种型材只需于950℃~1050℃一次固溶后空冷处理。
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1987
- 1987-08-03 CN CN87105055.2A patent/CN1006236B/zh not_active Expired
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