精密電阻合金是指具有比較恒定的高電阻率的金屬材料。它廣泛用于制造測量儀器儀表的電阻,電器回路中的精密電阻和電阻應(yīng)變計等。
其中錳銅合金具有優(yōu)異的性能,其電阻溫度系數(shù)小,對銅熱電勢小,年穩(wěn)定性良好,且原材料易得、易加工而且便宜,廣泛應(yīng)用于電子通訊、儀器儀表等行業(yè)中。
通過調(diào)整合金成分和改造生產(chǎn)工藝等方法,增加了錳銅的品種,同時不斷改進和提高了其性能,擴大了使用范圍。以下對銅-錳系精密電阻合金性能進行詳述。
1. 銅-錳-鎳系
在Cu-Mn二元合金中加人合金元素Ni可以改善合金的電學性能,如降低電阻溫度系數(shù)和對銅熱電動勢,同時還可提髙合金的抗腐蝕能力。其中最常用的銅錳鎳- “錳加寧”合金的標準成分為12% Mn、2%~4% Ni、余量為Cu。其處理后的性能大致是:電阻率約為0.45μΩ*m、電阻溫度系數(shù)a≈5~10×10-6/℃、β≤﹣0.7×10-6/℃,對銅的熱電勢Ecu<0.5μV*℃-1。
圖1銅錳鎳材料
2. 銅-錳-鋁系
添加A1代替 Cu-Mn-Ni 中的Ni可以降低電阻溫度系數(shù),增加電阻率,增強抗蝕性,但對銅熱電動勢影響不大。此外在Cu-Mn-Al合金中加入少量Ni、Fe、Si時可降低電阻溫度系數(shù)及對銅熱電動勢。值得注意的是Al含量增多,容易產(chǎn)生偏析,也容易氧化,造成加工性和焊接性均變壞。幾種Cu-Mn-Al合金的成分及性能見表1。
表 1 Cu-Mn-Al幾種合金的成分及性能
化學成分(質(zhì)量分數(shù))% | 電阻溫度系數(shù) | 對銅熱電動勢 | 電阻率/μΩ*m | |||||
Cu | Mn | Al | Fe | Si | α20×10-6/℃ | β×10-6/℃ | ECu/μV*℃-1 | |
83.35 | 12 | 3.5 | 0.9 | 0.25 | -4.38~-6.97 | -0.29~-0.42 | 0.2 | 0.5 |
82.5 | 12 | 4 | 1.5 | 2.59~-1.60 | -0.37~-0.35 | 0.3 | 0.45 | |
83.5~ 85.5 | 10.5~ 11.5 | 4~5 | 0.04~ 0.24 | 0.02~ 0.04 | 0.424~ 0.478 | |||
86.5 | 11 | 2.5 | 0 | 0.40 | 0.58 | 0.43 |
3. 銅-錳-錫系
在Cu-Mn合金中加入Sn,對電阻溫度系數(shù)α的改善比Ni、Fe、Al更為有效。幾種Cu-Mn-Sn合金的成分及性能見表2。
圖2銅錳錫材料
表 2幾種Cu-Mn-Sn合金的成分及性能
化學成分(質(zhì)量分數(shù))% | 電阻溫度系數(shù) | 對銅熱電動勢 | 電阻率/μΩ*m | |||
Cu | Mn | Sn | α25×10-6/℃ | β×10-6/℃ | ECu/μV*℃-1 | |
Bal. | 11 | 0.3 | 0 | -0.56 | 0.43 | 0.385 |
Bal. | 11 | 0.3~0.4 | 0 | -0.50 | 0.40 | 0.39 |
Bal. | 9 | 2 | 0 | -0.30 | 0 | 0.32 |
Bal. | 9.5 | 2.3 | 0 | -0.5 | 0 | 0.34 |
4. 銅-錳-硅系
在Cu-Mn合金中加入Si可以降低電阻溫度系數(shù)及對銅熱電動勢。幾種Cu-Mn-Si合金的成分及性能見表3。
表 3幾種Cu-Mn-Si合金的成分及性能
化學成分(質(zhì)量分數(shù))% | 電阻溫度系數(shù) | 對銅熱電動勢 | 電阻率/μΩ*m | |||
Cu | Mn | Si | α25×10-6/℃ | β×10-6/℃ | ECu/μV*℃-1 | |
Bal. | 11~12 | 0.1~0.15 | 0 | -0.55 | 0.40 | 0.415 |
Bal. | 11~12 | 0.15~0.25 | 0 | -0.53 | 0.35 | 0.42 |
Bal. | 8.5~9 | 0.2~0.3 | 0 | -0.30 | 0 | 0.32 |
Bal. | 9 | 0.3~0.35 | 0 | 0.33 |
5. 銅-錳-鍺系
在Cu-Mn、Cu-Mn-Ni和Cu-Mn-A1系合金中添加 Ge均可降低電阻溫度系數(shù)及對銅熱電動勢,還可以提高電阻率和抗拉強度、抗氧化、抗蝕性、加工性及焊接性。其穩(wěn)定性比加入Sn、Si更有效。幾種Cu-Mn-Ge合金的成分及性能見表4。
表 4幾種Cu-Mn-Ge合金的成分及性能
化學成分(質(zhì)量分數(shù))% | 電阻溫度系數(shù) | 對銅熱電動勢 | 電阻率/μΩ*m | ||||
Cu | Mn | Ge | Ni | α20×10-6/℃ | β×10-6/℃ | ECu/μV*℃-1 | |
Bal. | 11.5~12 | 0.45~0.5 | 0.2 | ±1 | -0.3~0.5 | ±0.4 | 0.42~0.45 |
Bal. | 9.5 | 0.7 | ±1 | -0.35 | 0 | 0.37 | |
Bal. | 9~10 | 0.3~0.5 | ±1 | -0.3~0.4 | 0.2~0.4 | 0.42~0.45 |
可見通過添加少量Al、Sn、Si及Ge等元素可以改變錳銅系精密合金的性能,進而滿足精密電阻使用范圍內(nèi)的性能要求。
參考文獻:
[1]馬莒生.精密合金及粉末冶金材料[M].機械工業(yè)出版社,1982.
[2]官達高.我國儀表用精密電阻合金[J].上海金屬.有色分冊. 1984(06): 55-64.