Основными свойствами материалов с высоким удельным сопротивлением являются: 1) высокое ⍴ 2)низкий αT 3)предельная температура, при которой нагревательный элемент может длительно работать на воздухе без изменения свойств.
Манганин — медь, Mn, Fe и Al. Достоинства: 1)малый αT, что необходимо для обеспечения постоянства сопротивлений в измерительных приборах (Cu- αT=0,004, манганин- αT=0,00005) 2)в паре с медью не развивает ЭДС, что снижает погрешность при точных измерениях. Манганин применяется для изготовления образцовых сопротивлений в электронно-измерительной технике. Манганиновая проволока выпускается с эмалевой шёлковой изоляцией.
Константан — это сплав из меди и никеля. Он обладает следующими свойствами: 1) αT ещё меньше, чем у манганина, αT=0,000005 2)в паре с медью развивает большую ЭДС, что не позволяет его использовать в точных сопротивлениях и измерительных приборах. В связи с этим, константан применяют для изготовления термопар и реостатов. На поверхности константана и проволоки образуется плотная оксидная плёнка, которую используют в качестве естественной изоляции между витками в реостатах.
ПОЧЕМУ я раньше этого не делал?
Нихром и фехраль — жаростойкие материалы, применяемые в электронагревательных приборах и печах, где необходимы длительные работы при температуре выше 1000 0 С. Нихром — Ni(80%) и Cr(15%)+Титан и Fe. Фехраль — Cr(27%)+Ni(0?6%)+Fe(72,4%).
В процессе работы на поверхности проволоки образуется защитная оксидная плёнка, которая предохраняет материал от дальнейшего окисления и разрушения. Для повышения длительности работы электронагревательных элементов спираль помещают в трубку из металла, а пространство между проволокой и трубкой заполняют диэлектриком с высокой теплопроводностью MgO. Трубку протягивают через отверстие, внешний диаметр уменьшается, диэлектрик уплотняется, образуя прочную изоляцию проводника высокого сопротивления. Таким методом изготавливают нагревательные элементы бытовых приборов.
11. Материалы и сплавы различного назначения: копель, алюмель и хромель. Их применение. Мягкие и твёрждые припои. Флюсы. Контактолы.
Назначение и применение.
12. Материалы для подвижных контактов. Требования к ним.
По форме контакты бывают точечные, линейные и поверхностные. Наиболее ответственными являются разрывные скользящие контакты, служащие для периодического замыкания и размыкания цепей.
Требования к контактным материалам: 1)высокая надёжность, что обеспечивается а)малым электрическим сопротивлением контакта в замкнутом состоянии б)исключением обгорания контактных поверхностей, а также приваривание под действием электрической дуги. 2)Большая механическая прочность, что обеспечивается устойчивостью против коррозии и аррозии и высокой температурой плавления материала. Этим требованиям наиболее удовлетворяют серебро, золото, платина, палладий и их сплавы, а также вольфрам и медь.
Источник: studfile.net
Продолжаю эксперимент по добыче золота из вытяжной трубы. #ювелир #золото
Что такое манганин? Описание, свойства, применение и цена манганина
Сплав №3. Так, согласно англоязычной литературе назвал манганин Эдвард Вестон. На свое изобретение американский ученый получил патент. Он датируется 1888-ым годом.
Уже в 1889-ом манганин производили немцы. Они-то и дали новому материалу привычное для современников имя. С чем оно связано и чем, собственно, является сплав №3, поведаем ниже.
Что такое манганин?
Манганин – сплав, состоящий преимущественно из меди . Ее в составе материала до 85%. Остаток приходится на никель и марганец . Последний преобладает. Порой, в состав манганина вместо обычного марганца вводят ферромарганец.
Сие удешевляет сплав . Ферромарганец, как видно из названия, содержит еще и железо . Его примесь слегка изменяет свойства материала. Но, об этом поговорим позже.
2,5-3,5%, — доля никеля в манганине. Состав сплава относительно марганца регламентирован 10-13%. Если лигатуры будет больше, материал теряет свойства, за которые его так ценят.
Будь сплав ювелирным , это, пожалуй, был бы приятный золотисто- красный цвет . Но, манганин пригождается на другом «фронте». Каком? Можно начинать догадываться по обзору основополагающих свойств материала.
Свойства манганина
Манганин свойства приобретает при термической обработке. После нее сплав фиксирует показатель электрического сопротивления. Такая стабильность и привлекает промышленников. Манганин изначально состарен.
Состаренными именуют металлы, претерпевшие структурные изменения и более не подверженные внутренней деформации. Имеются в виду перестановки в атомной решетке. Вот намотали проволоку на катушке.
Полежала она так несколько лет, атомы-то и передвинулись чуток. Заодно сдвигается показатель того самого электрического сопротивления, но, не в случае с манганином.
Итак, теперь к конкретике. Удельное электрическое сопротивление манганина близко к 450-ти Ом на метр. При этом, плотность сплава больше 8 000 килограммов на кубический сантиметр. То есть, материал весомый, как и большинство металлических смесей.
Кстати, о смешении. Кроме основных элементов, в манганине могут оставаться примеси. Это то, от чего не удалось очистить изначальную шихту. Бывает, к примеру, до 1,5% кобальта .
С такой примесью манганин удельное сопротивление не теряет. Кобальтом, по сути, можно заменить никель, только дорого. Из этих же соображений редко производят серебряный манганин.
Это официально существующий сплав. Медь в нем заменена на аргентум. Свойства остаются прежними, но ценник на продукцию возрастает в разы. Цвет у серебряного манганина белесый.
В неощутимых количествах в манганине встречаются: золото , сера , углерод , кремний и железо . Примесь железа может быть значительна, лишь в случае замены марганца ферромарганцем. Последний, к слову, чаще используют в производстве сталей. Там сплав помогает нейтрализовать примесь серы, портящую свойства металла.
В манганине ферромарганец дает небольшую прибавку к твердости , магнитным свойствам. Однако, электросопротивление чуть падает. Между тем, именно оно ценится в сплаве, именно оно нужно. Зачем? Ответ – в следующей главе.
Применение манганина
Применение сплава манганина со стабильным, не меняющимся во времени показателем сопротивления, очевидно? Физики, наверняка, догадались, что материал нужен в электроизмерительных приборах.
Их 7 классов . В каждом от аппаратов ждут точных показателей. Для этого элементы техники не должны отзываться на изменения электрического тока, температур.
Манганин выручает в приборах для измерения напряжений, а это гальванометры, вольтомметры и милливольтметры. Пригождается сплав на основе меди и в аппаратах, замеряющих силу тока, то есть, миллиамперметрах, просто амперметрах и гальванометрах.
Третий класс приборов, в которых пригождается манганин, — измерители мощности. К ним относят ваттметры. В электрических счетчиках, подсчитывающих энергию, сплав №3 тоже есть.
К пятой категории приборов относятся фазометры. Они замеряют фазы углы сдвига. В шестой класс включены частометры, нужные для отслеживания частоты тока. Осталось указать омметры для измерения сопротивлений. В них манганит тоже встречается.
Если вспомнить не общие названия классов приборов, а конкретные позиции, манганин идет на шунты, датчики, резисторы и катушки сопротивления. Однако, используя технику с манганином, стоит учитывать, что сплав №3 подвержен коррозии.
Иначе говоря, поверхность проволоки и прочих деталей разрушается при контакте с кислородом, водой. Появляется так называемая ржавчина. Ее, кстати, нет на серебряном манганине. На нем возможна лишь патина – оксидная пленка, затемняющая сплав.
Производство манганина
Манганин производят твердым , либо мягким. Из названия понятно, что последний вариант сплава пластичнее первого. Соответственно, твердый манганин подходит для каркасов, а мягкий – для внутреннего наполнения.
Производя сплав, инженеры, как правило, опираются на ГОСТ. Его номер – 492-2006. «Как правило» сказано, поскольку указанный ГОСТ действует для самой востребованной марки манганина – МНМц3-12.
Ее производит большинство металлургических заводов, в том числе, и отечественных. Возьмем, к примеру, «Уралпромкат». Здесь из манганина делают круглую проволоку холодной протяжки .
Есть изолированные образцы и катушки без изоляции. Но, на других заводах, порой, выпускают и слитки , а так же, медно-никелевую фольгу. Узнаем ценники.
Цена манганина
Цена на катушки с проволокой зависит от ее толщины, марки манганина и количества намотки. За один метр, в среднем, дают от 80-ти до 230-ти рублей. Рулоны с фольгой, в основном, стоят в районе 2 000 рублей за килограмм.
Слитки манганина оценивают примерно в 600 рублей за 1 000 граммов. Но, это розничные запросы. Оптовики закупаются с солидными скидками, зачастую, это до 50% от розничной стоимости .
При индивидуальных заказах, нередко, возможно изменение формы выпуска сплава. Так, на том же «Уралпромкате» предлагают изготовить вместо круглой шестиугольную, или квадратную проволоку.
Источник: tvoi-uvelirr.ru
Материалы с высоким сопротивлением, сплавы с большим удельным сопротивлением
Для создания реостатов, изготовления точных сопротивлений, производства электрических печей и различных электронагревательных приборов зачастую необходимы проводники из материалов, обладающих высоким удельным сопротивлением и малым температурным коэффициентом сопротивления.
Данные материалы в форме лент и проволок должны желательно обладать удельным сопротивлением от 0,42 до 0,52 ом*кв.мм/м. К таким материалам и относятся сплавы на основе никеля, меди, марганца и некоторых других металлов. Особого внимания заслуживает ртуть, поскольку ртуть в чистом виде сама по себе обладает удельным сопротивлением в 0,94 ом*кв.мм/м.
Характерные свойства, требуемые от сплавов в индивидуальном плане, определяются конкретным назначением того или иного устройства, в котором этот сплав будет использован.
Например, для изготовления точных сопротивлений требуются сплавы с низкой термо-эдс, наводимой при контакте сплава с медью. Сопротивление также должно оставаться постоянным во времени. В печах и электрических нагревательных приборах недопустимо окисление сплава даже при температурах от 800 до 1100 °C, то есть здесь нужны жаростойкие сплавы.
Охватывает все эти материалы одна общая их особенность — это все сплавы с большим удельным сопротивлением, потому данные сплавы и получили название сплавов высокого электрического сопротивления. Материалы высокого электрического сопротивления, в данном контексте, являются растворами металлов, и обладают хаотичной структурой, благодаря чему и удовлетворяют предъявляемым к себе требованиям.
Для изготовления точных сопротивлений традиционно используют манганины. Манганины состоят из никеля, меди и марганца. Меди в из составе — от 84 до 86%, марганца — от 11 до 13%, никеля — от 2 до 3%. Самый же популярный из манганинов сегодня содержит 86% меди, 12% марганца и 2% никеля.
Чтобы стабилизировать манганины, в них добавляют немного железа, серебра и алюминия: алюминия — от 0,2 до 0,5%, железа — от 0,2 до 0,5%, серебра — 0,1%. Манганины имеют характерный светло-оранжевый цвет, их средняя плотность — 8,4 г/см3, а температура плавления — от 960 °С.
Манганиновая проволока диаметром от 0,02 до 6 мм (или лента толщиной от 0,09 мм) бывает твердой или мягкой. Отожженная мягкая проволока имеет прочность на разрыв от 45 до 50 кг/кв.мм, относительное удлинение составляет от 10 до 20%, удельное сопротивление — от 0,42 до 0,52 ом*кв.мм/м.
Характеристики твердой проволоки: прочность на разрыв от 50 до 60 кг/кв.мм, относительное удлинение — от 5 до 9%, удельное сопротивление — 0,43 — 0,53 ом*кв.мм/м. Температурный коэффициент проволок или лент из манганина лежит в пределах от 3*10-5 до 5*10-5 1/°С, а для стабилизированных — до 1,5*10-5 1/°С.
Приведенные характеристики указывают на то, что зависимость от температуры электрического сопротивления манганина крайне незначительна, а это фактор в пользу постоянства сопротивления, что весьма значимо для прецизионных электроизмерительных устройств. Малая термо-эдс — еще одно достоинство манганина, и при соприкосновении с медными элементами она не превысит 0,000001 вольта на градус.
С целью стабилизации электрических характеристик проволоки из манганина ее нагревают в условиях вакуума до 400 °С, и выдерживают при такой температуре в течение от 1 до 2 часов. Затем проволоку длительно выдерживают при комнатной температуре для достижения приемлемой однородности сплава и для получения стабильных свойств.
В обычных рабочих условиях такая проволока сможет быть использована при температурах до 200 °С — для стабилизированного манганина, и до 60 °С — для нестабилизированного манганина, ибо нестабилизированный манганин при нагреве от 60 °С и выше претерпит необратимые изменения, которые скажутся на его свойствах. Так, нестабилизированный манганин лучше не нагревать до 60 °С, и следует считать эту температуру максимально допустимой.
На сегодняшний день промышленностью выпускается как голая манганиновая проволока, так и проволока в высокопрочной эмалевой изоляции — для изготовления обмоток, в шелковой изоляции, и в двухслойной лавсановой изоляции.
Константан, в отличие от манганина, содержит больше никеля — от 39 до 41%, меньше меди — 60-65%, значительно меньше марганца — 1-2%, — это тоже медно-никелевый сплав. Температурный коэффициент сопротивления у константана приближается к нулю — это главное достоинство данного сплава.
Константан отличается характерным серебристо-белым цветом, температура плавления 1270 °С, плотность в среднем около 8,9 г/см3. Промышленностью выпускается константановая проволока диаметром от 0,02 до 5 мм.
Отожженная мягкая константановая проволока имеет прочность на разрыв 45 — 65 кг/кв.мм, ее удельное сопротивление — от 0,46 до 0,48 ом*кв.мм/м. Для твердой константановой проволоки: прочность на разрыв — от 65 до 70 кг/кв.мм, удельное сопротивление — от 0,48 до 0,52 ом*кв.мм/м. Термо-эдс константана в паре с медью равна 0,000039 вольта на градус, что служит ограничением для использования константана в изготовлении точных резисторов и электроизмерительных приборов.
Значительная, в сравнении с манганином, термо-эдс позволяет применять константановую проволоку в термопарах (в паре с медью) с целью измерения температур до 300° С. При температурах выше 300° С медь начнет окислятся, при этом стоит отметить, что константан начнет окисляться лишь при 500° С.
Промышленностью выпускается как константановая проволока без изоляции, так и обмоточная проволока в высокопрочной эмалевой изоляции, проволока в двухслойной шелковой изоляции, и проволока в комбинированной изоляции — один слой эмали и один слой шелка или лавсана.
В реостатах, где напряжение между соседними витками не превышает нескольких вольт, используется такое свойство константановой проволоки: если за несколько секунд проволоку нагреть до 900° С, после чего охладить на воздухе, то проволока покроется темно-серой пленкой оксида, эта пленка может служить своеобразной изоляцией, поскольку обладает диэлектрическими свойствами.
В электронагревательных приборах и в печах сопротивления нагревательные элементы в форме лент и проволок должны быть способны работать на протяжении длительных периодов времени в условиях температур до 1200 °С. К этому не годятся ни медь, ни алюминий, ни константан, ни манганин, поскольку начиная с 300 °С они уже начинают сильно окисляться, пленки окислов затем испаряются, и окисление продолжается. Здесь нужны жаростойкие проводники.
Жаростойкие проводники высокого удельного сопротивления, к тому же стойкие к окислению при нагревании, и обладающие низким температурным коэффициентом сопротивления. Это как раз про нихромы и ферронихромы — двойные сплавы никеля и хрома, и тройные сплавы никеля, хрома и железа.
Еще есть фехраль и хромаль — тройные сплавы железа, алюминия и хрома, — они в соответствии с процентным соотношением входящий в сплав компонентов — отличаются электрическими параметрами и жаростойкостью. Все это твердые растворы металлов с хаотичной структурой.
Нагрев этих жаростойких сплавов приводит к образованию на их поверхности толстой защитной пленки оксидов хрома и никеля, устойчивой к высоким температурам до 1100° С, надежно защищающей эти сплавы от дальнейшей реакции с кислородом воздуха. Так, ленты и проволоки из жаропрочных сплавов могут длительно работать при высоких температурах даже на воздухе.
Помимо главных составляющих, в сплавы входит: углерода — от 0,06 до 0,15%, кремния — от 0,5 до 1,2%, марганца — от 0,7 до 1,5%, фосфора — 0,35%, серы — 0,03%.
Компоненты сплава служат повышению удельного сопротивления и снижению температурного коэффициента сопротивления, что как раз и нужно от этих сплавов. Если хрома будет более 30%, то сплав получится хрупким и твердым. Чтобы получить тонкую проволоку, например 20 мкм в диаметре, необходимо не более 20% хрома в составе сплава.
Этим требованиям отвечают сплавы марок Х20Н80 и Х15Н60. Остальные марки сплавов подойдут для изготовления лент толщиной от 0,2 мм и проволок диаметром от 0,2 мм.
Сплавы типа фехраль — Х13104, содержат в своем составе железо, от этого они получаются дешевле, но спустя несколько циклов нагрева становятся хрупкими, поэтому спирали из хромаля и фехраля при обслуживании недопустимо деформировать в остывшем состоянии, например если речь идет о спирали, длительное время работавшей в нагревательном приборе. Для ремонта следует скручивать или сращивать только разогретую до 300—400 °С спираль. Вообще, фехраль способен работать при температурах до 850 °С, а хромаль — до 1200 °С.
Нихромовые нагревательные элементы, в свою очередь, предназначены для продолжительной работы при температурах до 1100 °С в стационарных слабо динамических режимах, при этом они не потеряют ни прочности ни пластичности. Но если режим будет резко динамичным, то есть температура будет многократно резко меняться, при частых включениях и выключениях тока через спираль, защитные пленки оксидов потрескаются, кислород проникнет в нихром, и элемент со временем окислится и разрушится.
Промышленностью выпускаются как голые проволоки из жаростойких сплавов, так и проволоки в эмалевой и кремнийорганической лаковой изоляции, предназначенные для изготовления обмоток.
Особенного упоминания заслуживает ртуть, ведь это единственный металл, остающийся в жидком состоянии при комнатной температуре. Температура окисления ртути 356,9 °С, ртуть почти не взаимодействует с газами воздуха. Растворы кислот (серная, соляная) и щелочей не действуют на ртуть, однако она растворима в концентрированных кислотах (в серной, соляной, азотной). В ртути растворяются цинк, никель, серебро, медь, свинец, олово, золото.
Плотность ртути 13,55 г/см3, температура перехода из жидкого в твердое состояние -39 °С, удельное сопротивление — от 0,94 до 0,95 ом*кв.мм/м, температурный коэффициент сопротивления 0,000990 1/°С. Эти свойства позволяют использовать ртуть в качестве жидких проводящих контактов выключателей и реле специального назначения, а также в ртутных выпрямителях. При этом важно помнить, что ртуть чрезвычайно токсична.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник: electricalschool.info