CN1006236B

CN1006236B - 铁-锰-铝-铬系反铁磁精密电阻合金

Info

Publication number: CN1006236B
Application number: CN87105055.2A
Authority: CN
Inventors: 张彦生
Original assignee: DALIAN RAILWAY COLLEGE
Current assignee: DALIAN RAILWAY COLLEGE
Priority date: 1987-08-03
Filing date: 1987-08-03
Publication date: 1989-12-27
Also published as: CN87105055A

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

铁-锰-铝-铬系反铁磁精密电阻合金

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T_N于电阻合金工作温度的上限，并在T_N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T_N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T_N点的元素。Mn含量应达到使T_N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

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。