5. Электротехнические сплавы

Электротехнические сплавы делят на проводниковые, у которых сопротивление прохождению электрического тока должно быть минимальным, и сплавы электросопротивления с повышенным электросопротивлением. Первые применяют для передачи электроэнергии на расстоянии, вторые — для преобразования электроэнергии в тепло.

В качестве проводниковых материалов применяют чистые металлы: медь, алюминий, реже — серебро, железо, но не сплавы, так как легирование (и наклеп) создает искажение в решетке и повышает электросопротивление.

Для элементов электросопротивления требуется низкая электропроводность и в данном случае применяют не чистые металлы, а сплавы. Применяются эти сплавы для изготовления реостатов (так называемые реостатные сплавы) и для нагревательных элементов различных электрических приборов и электрических печей (сплавы высокого электросопротивления).

Если два компонента образуют механическую смесь, то электросопротивление изменяется с изменением концентрации по аддитивному закону (см. рис. 127).

При образовании твердых растворов электросопротивление меняется по криволинейному закону. При этом электросопротивление сплава значительно выше электросопротивления чистых компонентов (см. рис. 127). Отсюда следует, что надо применять сплавы из металлов, образующих твердые растворы; обычно эти сплавы являются твердыми растворами высокой концентрации.

К сплавам высокого электросопротивления предъявляются следующие требования:

1. Сплав должен обладать большим удельным электросопротивлением.

2. Сплав должен обладать возможно малым температурным коэффициентом электросопротивления (т. е. чтобы электросопротивление мало изменялось при изменении температуры). Электросопротивление у металлов, например у железа, растет с повышением температуры (рис. 386).

Рис. 386. Изменение электросопротивления железа и нихрома (2) при повышении температуры

Рис. 387. Электрические свойства сплавов

1 — температурный коэффициент: 2 — сопротивление

Очевидно, точное регулирование силы тока реостатом затруднено, если электросопротивление сплава сильно изменяется с изменением температур.

3. Сплав должен обладать высокой окалиностойкостью. Для реостатного сплава, проволока из которого не нагревается выше 300-500 °С это свойство не имеет

Таблица 101. (см. скан) Состав и свойства реостатных сплавов

Таблица 102. (см. скан) Состав и свойства сплавов высокого электросопротивления

существенного значения. Для нагревательных элементов печей и приборов, рабочая температура которых значительно выше, окалиностойкость сплава определяет срок службы нагревательного элемента.

Для реостатных сплавов применяют медные сплавы — никелин, константан, манганин, являющиеся сплавами меди с никелем, цинком и марганцем.

Медь и никель неограниченно растворимы в твердом состоянии. Медноникелевые сплавы с обладают максимальным для этих сплавов электросопротивлением почти при нулевом значении температурного коэффициента электросопротивления (т. е. электросопротивление у этих сплавов практически не изменяется с температурой, рис. 387). Действительно, наиболее распространенные реостатные сплавы — константан и никелин являются сплавами меди и никеля, когда электросопротивление принимает максимальное значение, а температурный коэффициент — минимальное.

Сплав (по ГОСТ 492-73) и некоторые технические свойства реостатных сплавов приведены в табл. 101.

Примесями (загрязнениями) в этих сплавах являются железо, кремний, свинец, сера, углерод, фосфор, мышьяк, предельное содержание которых строго ограничивается ГОСТом.

Для сравнения укажем электросопротивление и температурный коэффициент железа — и 0,006 соответственно, т. е. первое в четыре—пять раз меньше, а второе в сотни раз больше.

В качестве сплавов высокого электросопротивления применяют сплавы на основах железа и никеля. Сплавы на основе железа называются нихромами.

Состав сплавов высокого электросопротивления с указанием удельного электросопротивления и максимальной рабочей температуры (т. е. температуры, выше которой начинается уже недопустимое по интенсивности окисление сплава) приведен в табл. 102.

Сплавы, содержащие невысокий процент хрома и алюминия и обладающие жаростойкостью примерно до изготавливают в виде проволоки, сплавы с высоким содержанием хрома и алюминия (мэгапир, сплав № 2, сплав № 3) с жаростойкостью до непластичны, из них изготавливают литые элементы сопротивления.

Если спаять два разнородных металла с одного конца, а два других конца присоединить к чувствительному вольтметру (гальванометру) и создать разность температур между сваренным концом (горячий спай) и концами, присоединенными к гальванометру, то возникает разность потенциалов, фиксируемая гальванометром, прямо пропорциональная разности температур.

Этим способом, изобретенным в конце прошлого века, чаще всего пользуются при измерении температур (хотя есть и другие, достаточно распространенные способы измерения температур).

Проволока для термопар должна обладать определенными свойствами — прежде всего жаростойкостью (сопротивлением окислению), чтобы достаточно долго ее

можно было бы эксплуатировать, высокой температурой плавления (для расширения диапазона измеряемых температур) и прямолинейной зависимостью электродвижущей силы от температуры и значительной ее величиной, что обеспечивает точность измерения температуры.

В качестве материалов для термопар используют проволоку из платины (один электрод) и сплава платины с родия. Температурный интервал работы термопары — от комнатной температуры до (кратковременно до

Для интервала более низкого (не выше 1000 °С) применяют сплавы никеля с алюминием остальное так называемый алюмель и сплав никеля с хромом ( остальное хромель.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

(см. скан)