專利名稱:鐵-錳-鋁-鉻系反鐵磁精密電阻合金的制作方法
本發(fā)明屬于一種新型的精密電阻合金，是用于制作電工與電子儀器、儀表中地精密電阻元件的理想材料。
目前常用于制作精密電阻元件的電阻合金有兩大類;一類是錳銅合金，它的電阻率較低(ρ≈40μΩ·cm)，使用溫度范圍較窄(約283-313K)，另一類是鎳鉻基合金(含有少量鐵、鋁或錳)如Karma合金(75%Ni、20%Cr、2.5%Al、2.5%Fe)等，其阻值較高(ρ＞100μΩ·cm)，使用溫度范圍較寬(208-393K)。但這種NiCrFeAl合金需經(jīng)復(fù)雜的熱處理，其電阻溫度系數(shù)對熱處理工藝頗為敏感，難以掌握、且原材料的價格較貴。
我國電機工程手冊第13篇第2章電阻合金中曾刊載一種溫度補償用電阻合金，成分中含有Mn32-37%、Al5-7%、其余是Fe。在工作溫度(223-333K)內(nèi)，它具有很大的負值電阻溫度系數(shù)(-200～-300×10-6/℃)，其阻值隨溫度的上升而劇烈下降，故可用于電表中作線路溫度補償。
人們研究Fe-Mn反鐵磁Invar合金多年，至今未能應(yīng)用，這有兩個方面的原因，一是反鐵磁轉(zhuǎn)變及伴隨的物性反常特性不符合功能合金的要求，二是組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、化學(xué)安定性與加工工藝性均很差。
本發(fā)明的目的是為了利用發(fā)明人研究Al、Cr與Si對γ-Fe-Mn合金的順磁一反鐵磁性轉(zhuǎn)變及伴隨的電阻反常變化的影響的結(jié)果，從而配制一種以反鐵磁轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)的阻值較高、電阻溫度系數(shù)較小，而熱處理工藝簡單的精密電阻合金。以合金成分的設(shè)計(適當?shù)腗n、Al、Cr比例)控制合金的Neel轉(zhuǎn)變點TN于電阻合金工作溫度的上限，并在TN以下使反鐵磁有序散射電阻的增加量抵消聲子散射電阻的減小量，便可獲得在工作溫度范圍內(nèi)具有較小電阻溫度系數(shù)的Fe-Mn-Al-Cr精密電阻合金，其原理如圖1所示。在圖1中，曲線1表示Fe-Mn-Al-Cr精密電阻合金的實測總電阻ραm(T)，而ραm(T)＝ρr+ρp(T)+ρm(T)
式中ρr為剩余電阻、ρp(T)為聲子散射電阻、ρm(T)為反鐵磁有序電阻與磁無序電阻的代數(shù)和。曲線2表示假設(shè)無反鐵磁轉(zhuǎn)變的正常電阻率ρn與溫度的關(guān)系，ρn＝ρr+ρp(T)，曲線3表示反鐵磁有序散射電阻曲線2與曲線3相加可得曲線這說明在TN點以下反鐵磁有序散射引起的電阻升高，如果可以抵消聲子散射電阻的下降(｜Δρm｜≈｜Δρp｜)，則在此一段溫度范圍內(nèi)(ΔT＝t1-t2)合金的電阻率隨溫度的變化很小，即具有較低的溫度系數(shù)。
本發(fā)明精密電阻合金中各元素的作用Fe-Mn為反鐵磁性基體、Mn是本合金中唯一升高TN點的元素。Mn含量應(yīng)達到使TN點略高于電阻工作溫度的上限的程度。Al的作用為(1)產(chǎn)生較大的Δρm，以抵消Δρp，降低電阻溫度系數(shù);(2)顯著增加ρr，提高合金的阻值;(3)穩(wěn)定合金的奧氏體組織;(4)改善熱、冷加工性能;(5)增加化學(xué)安定性。Cr的作用為(1)顯著增加化學(xué)安定性;(2)略增加Δρm并可調(diào)節(jié)合金的電氣性能;(3)改善熱、冷加工性能。
本發(fā)明的內(nèi)容和實施方法，包括精密電阻合金的成分和生產(chǎn)工藝，現(xiàn)分述如下
1、本發(fā)明所述鐵-錳-鋁-鉻系反鐵磁精密電阻合金含有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對γ-Fe-Mn合金反鐵磁轉(zhuǎn)變及電阻反常的影響與Al類似，故也可用Si取代部分Al。
本精密電阻合金優(yōu)先選擇的合金成分有三種化學(xué)組分
(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%。
(上述的百分數(shù)均為重量百分數(shù))
本發(fā)明精密電阻合金的主要性能列于下述兩表中


2、本發(fā)明精密電阻合金的生產(chǎn)方法是在熔煉前需要將原材料進行清潔、干燥和除氣，所用的電解工業(yè)純鋁錠應(yīng)重熔或高溫熱鍛后使用，如用電解錳則必須予先熔化脫氣。本精密電阻合金需采用真空感應(yīng)爐冶煉，當金屬Mn開始熔化時，立即通入Ar氣(保持接近一個大氣壓力)以抑制錳的揮發(fā)、熔池的氧化及鑄錠時的二次氧化。本發(fā)明精密電阻合金的合金錠的鍛造溫度范圍為1120℃～800℃。當利用本精密電阻合金制作電阻元件時，對于制作電阻元件的各種型材只需于950℃～1050℃的溫度范圍內(nèi)一次固溶后空冷處理。對于φ1mm的絲材只需要保溫5～10分鐘。
本發(fā)明所述鐵-錳-鋁-鉻系精密電阻合金與現(xiàn)有技術(shù)相比較，主要的特點是
(1)降低電阻溫度系數(shù)的原理不同。本發(fā)明系由本身自發(fā)的順磁一反鐵磁性轉(zhuǎn)變來獲得較小的電阻溫度系數(shù)，而一般鎳基電阻合金如Karma合金則是由熱處理成K狀態(tài)(原子偏聚或短程有序)來減小溫度系數(shù)。
(2)本發(fā)明精密電阻合金熱處理工藝簡單。成材后只需一次固溶處理，電阻溫度系數(shù)對熱處理條件的波動不敏感，而一般Karma合金的熱處理工藝較復(fù)雜，且其電阻溫度系數(shù)對熱處理工藝的波動較敏感、頗難掌握。
(3)所采用的原材料價格低廉。本發(fā)明精密電阻合金為鐵基材料，所含Mn、Al、Cr之和僅約占40%，并且金屬Mn與工業(yè)純鋁的價格遠比金屬鎳與金屬鉻低廉。
根據(jù)前述本發(fā)明的內(nèi)容和實施方法，現(xiàn)舉實施例如下
在本發(fā)明的優(yōu)選成分內(nèi)，設(shè)計一種精密電阻合金其化學(xué)成分為
根據(jù)此配方，以低碳鋼、電爐金屬錳、工業(yè)純鋁、工業(yè)金屬鉻為原料，并作清潔，干燥與去氣處理。然后在真空感應(yīng)爐中進行冶煉，當錳將化清時，立即通入接近一個大氣壓力的氬氣保護;然后再加入Al塊，待鋁塊熔化均勻后即可澆鑄成10kg重的園錠。當園錠在1150℃均勻化后于1120℃-800℃間鍛成20×20mm的方棒，然后軋成φ8盤條。盤條經(jīng)過多次冷拔(包括中間退火)加工成φ1mm以下的電阻絲。此精密合金電阻值與溫度的關(guān)系如附圖2所示，在203～343K間電阻溫度系數(shù)α約±25×10-6/℃。
權(quán)利要求
1、本發(fā)明所述鐵-錳-鋁-鉻系反鐵磁精密電阻合金，其特征在于，由Mn24～34%、Al1.5～3.5%、Cr0～9%、C0.1～0.4%、Si≤0.6%、S≤0.04%、P≤0.04%、余量為鐵組成。
2、根據(jù)權(quán)利要求
1所述的精密電阻合金，其特征是優(yōu)先選擇的合金成分有三種化學(xué)組分
a、含Mn 30～33%、Al2～2.9%、
Cr 3～8%、C0.1～0.3%;
b、含Mn 31～32%、Al2.5～3.1%、C0.1～0.25%;
c、含Mn 24～27%、Al2～3%、Cr0～3%
C 0.1～0.3%。
3、本發(fā)明所述鐵-錳-鋁-鉻系反鐵磁精密電阻合金的制備方法，其特征在于，熔煉前將原材料清潔、干燥與除氣，電解工業(yè)純鋁錠進行重熔或高溫熱鍛后用，采用電解錳時，必須予先熔化脫氣，采用真空感應(yīng)爐冶煉，當金屬Mn開始熔化時，立即通入Ar氣(保持接近一個大氣壓力)。
4、根據(jù)權(quán)利要求
3所述的精密電阻合金的制備方法，其特征在于合金錠的鍛造溫度范圍為1120℃～800℃。
5、根據(jù)權(quán)利要求
4所述的精密電阻合金的制備方法，其特征在于制作電阻元件的各種型材只需于950℃～1050℃一次固溶后空冷處理。
專利摘要
本發(fā)明所述鐵—錳—鋁—鉻系反鐵磁精密電阻合金系基于合金的順磁一反鐵磁性轉(zhuǎn)變，反鐵磁有序散射電阻抵消聲子散射電阻，以使合金在工作溫度范圍內(nèi)具有較小的電阻溫度系數(shù)。本發(fā)明的電阻特性接近名牌鎳基電阻合金如Karma等，但是生產(chǎn)工藝簡單，不需要進行復(fù)雜的熱處理，且原材料的成本較低。這種精密的電阻合金含有Fe、Mn、Al、Cr、C、Si、S和P等成分，是制作電工與電子儀器、儀表中的精密電阻元件的理想材料。
文檔編號C22C38/38GK87105055SQ87105055
公開日1988年10月19日 申請日期1987年8月3日
發(fā)明者張彥生 申請人:大連鐵道學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan