Металлы высокого сопротивления. Манганин.

Материалами высокого сопротивления являются металлические сплавы, образующие твердые растворы, некоторые оксиды, силициды и карбиды, а также чистые металлы в очень тонких слоях. Материалы высокого сопротивления должны быть высокостабильными, иметь удельное сопротивление не менее 0,3 мкОм*м, малую термо-ЭДС относительно меди. Сплав, содержащий в себе около 84% меди, 13% марганца и 3% никеля, является манганином. Он получил широкое распространение в электротехнике, в виду того, что из него изготавливают манганиновую проволоку, главное достоинство которой заключается в том, что электропроводность этого изделия практически не меняется с температурой. Помимо проволоки из сплава производят мостовые схемы, шунты, электроизмерительные приборы и образцовые сопротивления; различные провода (обмоточные с эмалевой изоляцией, провода со слоем натурального

шелка и эмалевой изоляцией, изолированные провода из натурального шелка); ленты с толщиной до 0,08 мм и шириной до 270 мм. Манганин, свойства которого заслуживают самого пристального внимания, применяют очень широко. Основное его преимущество заключается в том, что он имеет малую термо-ЭДС, в отличие от изделий из константана. И может эксплуатироваться при температуре до 300 градусов Цельсия. Однако, константан более устойчив к коррозии в аммиачной и кислотной атмосфере и не так явно реагирует на изменение влажности воздуха. Стоит подчеркнуть и то, что зачастую изделия из манганина подвергают термообработке. Это позволяет существенно увеличить их однородность и стабилизировать свойства. Такая процедура начинается с помещения изделий из манганина в вакуум при определенной температуре и заканчивается длительной выдержкой при комнатной температуре, что способствует медленному остыванию. Манганин свойства свои сохраняет, если с нестабилизированными сортами сплава работают при температуре 60-80 градусов Цельсия, а со стабилизированными – до 200 градусов. В случае превышения этих показателей – начинаются необратимые процессы, и свойства сплава утрачиваются. С течением времени сопротивление манганина может изменяться. На это влияет механическое напряжение, которое создается при намотке проволоки. Поскольку оно ведет к перегруппировке молекул и изменению структуры сплава.

28) Константан - это медно-никелевый сплав, который содержит 44% никеля и от 0.5 до 2% марганца. Удельное электросопротивление константана на уровне 0,49 мкОм∙м практически не зависит от колебаний температур в диапазоне эксплуатации. Другими словами, он обладает очень низким температурным коэффициентом элетросопротивления. Константан легко поддается сварке и пайке. За счет высокой пластичности он легко поддается деформации. После

подходящей термообработки константан образует прочные окисные пленки с хорошими электроизоляционными свойствами, что в огромной степени делает излишними дорогостоящие операции по нанесению оплетки на проволоку или ее покрытие лаком. Константан обладает высоким электросопротивлением, а также значительной коррозионной стойкостью в относительно агрессивной атмосфере, во многом благодаря содержанию никеля. Константан обладает

великолепной коррозионной стойкостью. В холодном состоянии константан практически не подвержен воздействию низкоконцентрированных кислот. Кислотные пары, особенно соляной кислоты, немного воздействуют на данный сплав. Константан демонстрирует великолепную стойкость к средам, содержащим пары аммиака. Константан в виде проволоки и ленты обладает хорошими свойствами для намотки, изгиба, штамповки и вытяжки. Вследствие

того, что структура сплава представляет собой однородный твердый раствор, то не происходит никаких переходных процессов и охрупчивания даже после длительной эксплуатации. Великолепные технические свойства константана обеспечили его применение как классического материала для производства любого вида резисторов, особенно для сверхточных резисторов, применяемых в измерительных приборах; данный класс резисторов включает в себя резисторы для различных измерителей, шунтирующие резисторы для амперметров, потенциометров, а также производства скользящих, контрольных и других резисторов любого типа и размера. При использовании константана в устройствах, измеряющих низкое напряжение, необходимо принимать во внимание большую термоэлектрическую силу в контакте с медью.

29) Нагревостойкие сплавы используют для изготовления нагревательных элементов. К ним относятся сплавы на основе железа, никеля, хрома и алюминия, называемые нихромами, ферронихромами, фехралями и др. Высокая нагревостойкость этих сплавов обусловлена образованием на их поверхностях сплошной плотной оксидной пленки, у которой коэффициент линейного расширения близок к ТКЛР сплава. Поэтому образование трещин в оксидной пленке может происходить только при резких сменах температуры. Наличие хрома в этих сплавах придает им высокую нагревостойкость. Нихромы – это сплавы, содержащие 55-78 % никеля, 15-25 % хрома, 1,5 % марганца и остальное железо. Удельное сопротивление равно 1,0-1,2 мкОм*м. При повышенном содержании железа эти сплавы называют ферронихромами. Нихромы обладают высокой технологичностью, легко протягиваются в тонкую проволоку и легко прокатываются в тонкую ленту. Это жаростойкие сплавы, из них изготавливают электронагревательные элементы. Фехрали – это жаростойкие сплавы, содержащие в своем составе 12-15 % хрома, 3-5 % алюминия, 0,7 % марганца, 0,6 % никеля, остальное железо. Удельное сопротивление равно 1,2-1,4 мкОм*м. Эти сплавы менее технологичны, более твердые и хрупкие, чем нихромы. Поэтому из них получают проволоку и ленты с поперечным сечением большим, чем из нихромов. Они намного дешевле и более доступны, чем нихромы, так как алюминий дешевле и доступнее, чем никель. Эти сплавы отличаются высокой стойкостью к химическому разрушению под действием различных газообразных сред при высоких температурах.

30) Материалы для подвижных контактов. Скользящие контакты Материалы для подвижных контактов в процессе эксплуатации подвергаются электрической эрозии, свариванию, коррозии и механическому износу. Интенсивность эрозии, сваривания и коррозии зависят в первую очередь от природы материала, силы

контактного нажатия и величины разрываемого тока. Скользящие контакты нужны для перехода электрического тока от неподвижной части ЭТ устройства к подвижной, например в реостатах – от обмотки к двигателю, в электрических машинах – от щеток к коллектору, у электрифицированного транспорта – от контактного провода к токосъемнику и т. д. Основные недостатки этих контактов – механический износ, возможность дугообразования, а также электрическая эрозия и коррозия контактирующих поверхностей. Электрическая эрозия – это разрушение контактных материалов, связанное с расплавлением и переносом металла в газообразном и жидком состояниях с одной контактирующей поверхности на другую под действием электрических разрядов. Дугообразование характеризуется минимальными значениями тока и напряжения, при которых возникает дуговой разряд. Сваривание контактных материалов происходит под действием высоких значений температуры и силы контактного нажатия и может приводить к деформированию контактирующих поверхностей с частичным расплавлением или даже к потере способности их к размыканию. Коррозия – это химическое взаимодействие контактных материалов с окружающей средой, в результате которого на их поверхности образуются оксидные, сульфидные, карбонатные и другие пленки с низкой удельной электропроводностью. Механический износ происходит в результате удара контактных поверхностей и последующего нажатия, а также их трения друг о друга. Материалы для скользящих контактов. Материалы для скользящих контактов должны обладать низкими значениями удельного сопротивления

и падения напряжения на контактах, высокими значениями минимального тока и напряжения дугообразования, высокой стойкостью к стиранию,

электрической эрозии и коррозии. Скользящие контакты можно разделить на металлические и ЭТ угольные. К металлическим скользящим контактам

относят коллекторные пластины электрических машин, которые изготавливают из твердой меди или бронзы. Металлические скользящие контакты имеют наиболее высокую стойкость к стиранию в паре с ЭТ угольными материалами. ЭТ угольные материалы обладают достаточно высокой электро- и теплопроводностью, очень низким коэффициентом трения, большим напряжением дугообразования, высокой химической стойкостью, многие из них – высокой нагревостойкостью. Эти материалы широко используют для изготовления угольных электродов различного применения, щеток для электрических машин и автотрансформаторов.

31) Разрывные контакты обеспечивают периодическое замыкание и размыкание электрической цепи. Например, в различных типах реле, выключателей, контакторов, электромеханических преобразователей и др. Основными сложностями при работе этих контактов является возможность дугообразования, что может привести к свариванию контактирующих поверхностей, вызвать их электрическую эрозию и коррозию, а также механический износ. Материалы для разрывных контактов. Разрывные контакты по величине коммутируемого тока подразделяют на слаботочные и сильноточные. Для изготовления слаботочных разрывных контактов используют благородные и тугоплавкие металлы. Из благородных металлов используют серебро, золото, платину и различные сплавы на их основе. Из тугоплавких металлов применяют вольфрам и молибден. Для изготовления разрывных контактов также широко используют медь, сплавы и биметаллы на ее основе. В производстве сильноточных разрывных контактов широко применяют композиционные материалы, представляющие собой смесь двух фаз, одна из которых обеспечивает высокую электро- и теплопроводность контактов, другая – в виде тугоплавких включений придает контактам стойкость к механическому износу, электрической эрозии и свариванию. Для изготовления сильноточных разрывных контактов, эксплуатируемых при повышенных напряжениях и контактных давлениях, используют также твердую медь, что существенно удешевляет ЭТ устройства.

32) основные технологии пайки металлов.

Классификация припоев Пайка - сложный физико-химический процесс получения соединения в результате взаимодействия твердого паяемого и жидкого присадочного металла (припоя). Технология пайки. Получение паяного соединения состоит из нескольких этапов:
1) Предварительная подготовка паяемых соединений;
2) Нагрев соединяемых деталей до температуры ниже температуры плавления паяемых деталей;
3) Удаление окисной плёнки с поверхностей паяемых металлов с помощью флюса;
4) Введение в зазор между паяемыми деталями жидкой полоски припоя;
5) Взаимодействие между паяемыми деталями и припоем;
6) Кристаллизация жидкой формы припоя, находящейся между спаевыми деталями.

Пайкой можно соединять любые металлы и их сплавы. В качестве припоя используются чистые металлы (они плавятся при строго фиксированной

температуре) и их сплавы (они плавятся в определенном интервале температур). Разница между температурами начала плавления и полного расплавления называется интервалом кристаллизации. Припоями называются металлы и их сплавы, применяемые для пайки и имеющие температуры плавления паяемых металлов. Припои - должны обладать следующими специфическими свойствами, без которых невозможно получение надежного соединения:
1) температура плавления припоя обязательно должна быть ниже температуры плавления паяемых металлов;
2) расплавленный припой должен хорошо смачивать паяемый металл и легко растекаться по его поверхности;
3) в расплавленном состоянии припой должен обладать высокой жидкотекучестью, необходимой для хорошего заполнения шва;
4) прочность и пластичность припоя должны быть достаточно высокими;
5) в паре с паяемыми металлами припой должен быть коррозионно-устойчивым;
6) коэффициент термического расширения припоя не должен резко отличаться от коэффициента расширения металла основы;
7) припои, применяемые для паяния токопроводящих изделий, должны иметь высокую электропроводность;
8) металлы, входящие в состав припоя, не должны быть дефицитными и чрезмерно дорогими.

Припои обычно делят на два класса: мягкие (главным образом на оловянной и свинцовой основах) и твердые (преимущественно на медной и серебряной основах). Мягкими припоями называются легкоплавкие припои с температурой плавления ниже 400°. Эти припои имеют малую механическую прочность; предел прочности при растяжении обычно не превышает 5—7 кг/мм². Пайка мягкими припоями может применяться почти для всех металлов в разнообразных сочетаниях, в том числе и для таких легкоплавких, как цинк, свинец, олово и их сплавы. Наиболее употребительные мягкие припои обычно

содержат значительное количество олова. Мягкие припои в основном являются оловянно-свинцовыми. Если в припое содержится 1 – 5 % сурьмы, то они называются сурьмянистыми, менее 1% - малосурьмянистыми. Также в состав припоев могут входить висмут, кадмий, индий. Свинец, сурьма, висмут и кадмий токсичны, особенно токсичен кадмий! Температуры плавления чистых металлов: свинец (Pb) - 327° С, олово (Sn) - 232° С, сурьма (Sb) - 631° C, висмут (Bi) – 273° С, кадмий (Cd) - 321° С, индий (In) - 153°. Припои оловянно-свинцовые (ПОС) имеют температуру плавления от 190 до 290° С. Наиболее распространенный из мягких припоев - ПОС-61 (61 % олова, остальное - свинец), температура плавления 190 С, удельное сопротивление 139 мкОм*м; При твердой пайке рабочая температура выше 450°. Соединения твердой пайкой обладают большей прочностью, тугоплавкостью, а при использовании медного припоя — и ковкостью.

33) Под низкотемпературной пайкой понимается совокупность способов соединения металлических поверхностей за счет нагревания до определенной температуры с использованием сплавов, отличных от спаиваемых металлов и имеющих более низкую точку плавления. После охлаждения, паяльный шов в твердом состоянии приобретает требуемые характеристики - механическую прочность, стойкость к воздействию внешней среды, усадочные напряжения и т.д. Сплав, применяемый для соединения спаиваемых поверхностей при низкотемпературной пайке, должен иметь точку плавления ниже 450ºC. Практически любая пайка предполагает применение флюсов. Флюсы предохраняют металл и припой от окисления, растворяют оксиды, которые образуются при пайке, флюсы способствуют смачиванию металла припоем. При низкотемпературной пайке наиболее распространенным флюсом является канифоль.

Используются также флюсы, содержащие хлориды металлов, чаще других хлористый цинк и хлористый аммоний. Для низкотемпературной пайки широко используются свинцово-оловянистые припои, обладающие высокими технологическими свойствами и обеспечивающие высокую прочность и коррозионную стойкость соединения.

34) Высокотемпературная пайка – это процесс соединения двух деталей при помощи тепла и присадочного материала, который плавится при температуре выше 450º С и ниже точки плавления соединяемых деталей. Практически любая пайка предполагает применение флюсов. Флюсы предохраняют металл и припой от окисления, растворяют оксиды, которые образуются при пайке, флюсы способствуют смачиванию металла припоем. При высокотемпературной пайке черных и цветных металлов обычно применяют флюсы на основе Тетрабората натрия (Бура). Для высокотемпературной пайки применяются припои на основе меди и серебра и ряда других металлов. Они дают большую прочность паяному шву и высокую допустимую температуру для теплоносителя.