Учебное пособие для профессиональной подготовки электромонтеров по ремонту и обслуживанию электрооборудования
 Скачать 1.2 Mb.
|
|
Альдрей – алюминиевый сплав с повышенной по сравнению с чистым алюминием прочностью, содержащий Mg, Si и Fe (прочнее алюминия). Алюминиевый сплав альдрей применяется для проводов воздушных линий с большим натяжением и нагрузкой. Высокие механические свойства альдрей приобретает после особой обработки (закалки, катанки и охлаждения). Альдрей сохраняя легкость чистого алюминия и будучи довольно близким к нему по удельной проводимости, в то же время по механической прочности сближается к твердотянутой меди. Для передачи энергии применяются сталеалюминиевые провода, в котором центральные жилы стальные, а наружные – алюминиевые. При действии влаги в местах контакта Al-Cu образуется гальванопара с высоким значением ЭДС (анод - Al, катод –Cu). При этом алюминиевый проводник разрушается. Железо (Fe) В природе железо находится в различных соединениях с кислородом (FeO, Fe2O3 и др.). Выделить химически чистое железо из этихсоединений чрезвычайно трудно. По электрическим и магнитнымсвойствам к химически чистому железу приближается железо, очищенное от примесей электролитическим способом (электролитическое железо). Железо значительно уступает меди и алюминию по проводимости, но имеет большую прочность, что в некоторых случаях оправдывает его применение как проводникового материала. В таких случаяхиспользуют низкоуглеродистые качественные стали с содержаниемуглерода 0,1–0,15 %, а также стали обыкновенного качества. Эти стали обеспечивают достаточно высокую прочность иидут на изготовление шин, трамвайных рельсов, рельсов метро и железных дорог с электрической тягой. Для того, чтобы подвести к крану электроэнергию, используют токоподвод, сделанный из стального проката таких профилей, как квадрат, уголок, двутавр или швеллер. Сечение провода определяетсяне электрической проводимостью, а механической прочностью материала. Основными примесями в железе являются: кислород О2, азот N,углерод С, сера S, фосфор Р,кремний Si, марганец Mn и некоторыедругие. Кремний и марганец специально вводятся в железо в качествераскислителей. Они легко соединяются с кислородом и образуютокислы, которые в расправленном железе (стали) всплывают на поверхность в виде шлака и удаляются. Они улучшают механическиесвойства сталей, но, оставаясь в небольшом количестве в стали, снижают ее электропроводность. Сера и фосфор – вредные примеси попадая в железо и сталь из руды и топлива, они вызывают хрупкостьсталей. Газы (азот и кислород) – тоже вредные примеси, так как ониухудшают электрические и магнитные свойства железа и сталей.Важнейшей примесью, резко снижающей электропроводностьжелеза, является углерод. Сплавы железа с углеродом называются сталями. Кроме углерода, в сталях содержатся другие элементы, вводимые специально с целью получения тех или иных свойств (легирующие элементы). Техническими сортами железа являются малоуглеродистые стали, содержание углерода в которых составляет от 0,01 до 0,1 %. Вконструкционных углеродистых сталях углерод содержится в количестве от 0,07 до 0,7 %, а в инструментальных и других специальных(легированных) сталях – от 0,7 до 1,7 %.Железо и сталь – наиболее дешевые и доступные проводниковыематериалы, обладающие высокой механической прочностью при разрыве, но их применение ограничивается следующими недостатками.Железо и сталь имеют низкую коррозийную стойкость, т. е. они легкоокисляются на воздухе – ржавеют и обладают повышенным удельнымсопротивлением по сравнению с медью иалюминием. Электрическое сопротивление у железа и стали на переменном токе сильно возрастает, поскольку железо и сталь являютсямагнитными материалами. Поэтому ток в большей степени вытесняется из средней части провода к его поверхности (поверхностный эффект).Для снижения этого эффекта и величины электрического сопротивления переменному току стараются применять стали с возможноменьшей величиной магнитной проницаемости. Для изготовления стальной проволоки применяют сталь с содержанием углерода от 0,1 до 0,15%. Для защиты от атмосферной коррозии стальные провода покрывают тонким слоем цинка (0,016–0,020 мм). Стальную проволоку и шины применяют также в качестве сердечников в биметаллических проводниках, обеспечивающих значительную экономию проводниковой меди. Биметаллические проводники используют в электрических аппаратах (рубильники, контакторы идр.). Чугу́н — сплав железа с углеродом (и другими элементами). Температура плавления 1100÷1300°С. Содержание углерода в чугуне не менее 2,14%. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.). Как правило, чугун хрупок. Основные области применения серого чугуна — станкостроение и тяжелое машиностроение (станины станков, разнообразные корпусные детали). Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом используют для замены литой стали в изделиях ответственного назначения (валки горячей прокатки, станины и рамы прокатных станов, молотов и прессов). По сравнению со сталью они обладают несравненно более высокими литейными свойствами и на 8-10 % меньшей плотностью (последнее позволяет снизить массу машин) В электротехнике чугун применяется для отливки корпусов и крышек электрических машин, для изготовления арматуры высоковольтных изоляторов, токосъемные башмаки электромостовых кранов и т. д. Биметаллический провод (стальной провод, покрытый медью)применяют при передаче переменных токов повышенной частоты.Такая конструкция позволяет уменьшить электрические потери, связанные с ферромагнетизмом железа, и расход дефицитной меди. Проводимость определяет металл наружного слоя, так как токи повышенной частоты вследствие скин-эффекта распространяются по наружному слою провода. Сердцевина из стали воспринимает силовую нагрузку. Покрытие создают гальваническим способом, или плакированием. Наружный медный слой предохраняет железо от атмосфернойкоррозии. Биметаллический провод используют в линиях связи иэлектропередачи. Кроме этого, из биметаллического материала изготовляют шины для распределительных устройств, различные токопроводящие части электрических аппаратов. 1.2. Тугоплавкие металлы С развитием вакуумной техники, реактивной техники и применением радиоэлектронной аппаратуры в космосе повысились требования к рабочим температурам, достигающим 2500 °С. В этих условиях в качестве проводниковых и конструкционных материалов применяют тугоплавкие металлы и их сплавы: вольфрам, молибден, тантал, ниобий, титан, цирконий. Вольфрам(W) Вольфрам – тяжелый, твердый металл серого цвета. Из всех металлов вольфрам обладает наиболее высокой температурой плавления3422 °C.При температуре около 1600 °C хорошо поддается ковке и может быть вытянут в тонкую нить Тугоплавкость и пластичность вольфрама делают его незаменимым для нитей накаливания в осветительных приборах, а также в кинескопах и других вакуумных трубках.В обычном воздухе при высоких температурах вольфрам мгновенно окисляется. По этой причине вольфрамовая нить лампы защищена стеклянной колбой, заполненной нейтральным газом (обычно аргоном). Вольфрам используют в качестве электродов для аргоно-дуговой сварки. Сплавы вольфрама с медью и серебром сочетают в себе высокие электропроводность, теплопроводность и износоустойчивость. Они применяются для изготовления рабочих частей рубильников, выключателей. Вольфрам — важный компонент лучших марок инструментальных сталей.Вольфрам применяется в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления в качестве нагревательных элементов. Сплав вольфрама и рения применяется в таких печах в качестве термопары. Молибден(Mo) Молибден – серебристо-белый металл. Молибден химически менее стоек, чем вольфрам.Из молибдена изготовляют катоды газоразрядных приборов, магнетроны, вводы для вакуумных приборов, сетки для ламп, аноды. Выпускают в виде проволоки, листов, фольги, лент. Тантал (Ta)и ниобий(Nb) Тантал и ниобий близки по физическим и химическим свойствам.Температура плавленияTa-2850°С, Nb-2500°С. Механические свойства Та и Nb характеризуются высокой пластичностью. Применение тантала в электронной технике обусловлено его адсорбционной способностью, т.е. способностью поглощать газы при 700 ÷ 1800°С. Тантал применяют для изготовления анодов и сеток генераторных ламп, при изготовлении танталовых конденсаторов. Ниобий тоже обладает адсорбционными свойствами, и его используют как газопоглотитель. Оба металла, особенно тантал, устойчивы в агрессивных средах. Тантал и ниобий – компоненты жаропрочных и коррозионностойких сплавов, применяемых в промышленности и космической технике. Тантал не взаимодействует с живыми тканями организма человека и не вредит им, поэтому он применяется в хирургии для скрепления костей при переломах, а танталовыми нитями сшивают нервные волокна. Ниобий дешевле тантала, поэтому сплавы ниобия и тантала конкурируют с применением тантала. Титан (Ti)и цирконий(Zr) Титан — легкий серебристо-белый металл.Титан весьма тугоплавкий металл,температура плавления 1668°С.По своей тугоплавкости титан уступает лишь таким металлам, как вольфрам, тантал, ниобий, рений, молибден, платиноиды, цирконий, а среди основных конструкционных металлов он стоит на первом месте. Основные преимущества титана перед другими конструкционными металлами: сочетание легкости, прочности и коррозионной стойкости,пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Титановые сплавы по абсолютной, а тем более по удельной прочности (т. е. прочности, отнесенной к плотности) превосходят большинство сплавов на основе других металлов (например, железа или никеля) при температурах от -250 до 550 °С, а по коррозионности они сравнимы со сплавами благородных металлов. При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей пленкой оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной). Титан очень распространен, его содержание в земной коре (0,6 % масс) выше, чем меди, свинца, цинка. Минералы, содержащие титан, находятся в природе повсеместно, это ильменит – FeTiO3, рутил - TiO2, перовскивит - CaTiO3, титанмагнетит -FeTiO3·nFe3O4. Добывают термическим методом. Руду переводят в TiO2, а затем подвергают хлорированию в присутствии углерода, связывающего кислород в СО: TiO2 + 2Cl2 + 2C = TiCl4 + 2CO Получающийся хлорид восстанавливают магнием: TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2 , а образующуюся смесь подвергают нагреванию в вакууме. При этом магний и его хлорид испаряются и осаждаются в конденсаторе. Остаток – губчатый титан переплавляют, получая компактный ковкий металл. Примеси кислорода, азота, углерода резко ухудшают механические свойства титана, и даже превращают его в хрупкий материал. Очистку и переплавку проводят в вакууме (иодидный способ). Цирконий добывают из циркона – силикат циркония и бадделинита. Для получения порошкообразного циркония используют химическую реакцию. Порошок циркония прессуют в штабики. Чистые сорта титана и циркония получают термической диссоциацией из иодистых соединений TiJ4, ZrJ4. Титан и цирконий имеют малый коэффициент температурного расширения близкий к коэффициенту температурного расширения керамики и стекла. Иодидные металлы высокой чистоты отличаются малым электросопротивлением и меньшими механическими свойствами по сравнению с техническими сортами металлов. Главное свойство титана и его сплава с алюминием – высокая жаростойкость наряду с высокими механическими свойствами при высоких температурах. Его используют в самолето- и ракетостроении. Титан немного тяжелее алюминия, но в 3 раза прочнее. Примеси кислорода, азота и водорода резко повышают твердость, прочность, снижают удлинение и пластические свойства титана. Из титана и его сплавов изготовляют листы, прутки, фольгу. 1.3. Благородные металлы Благородные металлы: серебро, золото, платину, палладий - получают из руд, но встречаются также и в самородном состоянии. Серебро(Ag) Самая важная серебряная руда – серебряный блеск или аргентит. В качестве примесей серебро присутствует в медных и свинцовых рудах. Из этих руд получают 80% всего добываемого серебра. Серебро очень мягкий, тягучий металл, лучше всех металлов проводит теплоту и электрический ток. Вследствие мягкости на практике в чистом виде не применяют, обычно сплавляют с медью и изготовляют ювелирные и бытовые изделия, монеты. Чистое серебро используется для покрытия других металлов, а также радиодеталей в целях повышения их электрической проводимости и устойчивости к коррозии. Золото(Au) Золото – встречается в самородном состоянии в виде мелких зерен, вкрапленных в кварц, или содержащихся в кварцевом песке. В небольших количествах золото встречается в сульфидных рудах железа, свинца и меди. Золото – ярко-желтый блестящий металл, очень ковок и пластичен, из 1 г золота можно вытянуть проволоку длиной 3,5 км. Очень хорошо проводит теплоту и электрический ток, но уступает по электропроводности и теплопроводности серебру и меди. Серебро и золото в чистом виде или в виде сплавов применяют в качестве припоев в приборах. Используются для защиты изделий от коррозии. Платина(Pt) Платина – химически стойкий, не соединяющийся с кислородом металл. Хорошо поддается обработке, вытягивается в нити и ленты. Вследствие малой твердости платина редко применяется для контактов в чистом виде, но служит основой для ряда контактных сплавов. Платиноиридиевые сплавы (Pt – Ir) не окисляются, имеют высокую твердость и износ, допускают большую частоту включений, однако дороги. Сплав платино-родий (Pt – Rh) применяется для термопар. Палладий(Pd) Палладий – обладает ценным для электровакуумной техники свойством – поглощать водород. Коэффициент поглощения доходит до 850, т.е. 1 объем палладия поглощает 850 объемных единиц водорода. 1.4. Контактные сплавы Электрические контакты, применяемые в различных установках, аппаратах разделяют на три группы. Разрывные контакты предназначены для размыкания и замыкания электрической цепи. Нарушение работоспособности контактов обусловлено в зависимости от силы тока эрозией, коррозией (окислению) и свариванием. Перенос металла, вызывает на одном контакте нарост, а на другом – образование кратеров. Окисление повышает сопротивление контакта вплоть до полного нарушения проводимости. Спекание наблюдается при импульсах тока на маломощных контактах. Для разрывных контактов маломощных контактов прецизионных реле и приборов применяют: Pt, Pd, Au, Ag, W, Mo, Ni, Cu, Cu-Cd, Pt-Rh, Pt-Ir, Pt-Ru, Pt-Ni, Pt-W, Pd-Ir, Pd-Ag, Pd-Cu, Au-Ag, Au-Ni, Au-Zr, Ag-Cu, Ag-Cd. Особо ценными являются сплавы палладия с серебром и медью. Скользящие контакты применяются в ползунках потенциометров, обмотках резисторов, контактных кольцах. Контакты должны быть стойки к истиранию, иметь низкое электросопротивление. В контактах используют нихром, константан, Rh, Pd - Cu, Pd - Ir, Pd – Ag – Au – Cu, Pt - Ag, Ag, Ag - Pd, Cu - Cd. Неподвижные контакты используются в сигнальной аппаратуре (Ag, Pd-Ag, Pd-Cu, Ag-Cu); реле (Pd-Cu, Ag, Ag-Cu), термостатах (Ag, Ag-Pd, Ag-Cd, Pt-Ir), бытовых приборах (Аg), низковольтных выключателях. Металлокерамические контакты (керметы) В аппаратах, где происходит оплавление, приваривание или быстрый износ контактов, изготовленных из чистых металлов и сплавов, рекомендуется применять контакты из металлокерамических композиций (керметы), представляющих механическую смесь несплавляющихся между собой компонентов. Керметы получают спеканием смесей порошков металлов и неметаллических компонентов – тугоплавких оксидов, карбидов, боридов и др. Их прессуют из смеси порошков заданного состава с последующим спеканием. Это: Ag - W; Ag – карбид вольфрама; Ag - Mo; Ag - Ni; серебро – оксид кадмия; серебро - графит; Cu – W. Часто в качестве металлической составляющей используют металлы подгрупп Сr и Fе. Эти материалы сочетают в себе тугоплавкость, твердость и жаростойкость керамики с проводимостью, пластичностью и другими свойствами металлов. 1.5. Металлы и сплавы различного назначения Хром (Сr) Хром - металл голубовато-белого цвета. Из металлов он самый твердый, температура плавления 1855 °С.Хром иногда относят к чёрным металлам. Встречается в природе в основном в виде хромистого железняка (хромит железа). Из него получают феррохром восстановлением в электропечах коксом (углеродом). Феррохром применяют для производства легированных сталей(в частности, нержавеющих). Добавка хрома существенно повышает твердость и коррозийную стойкость сплавов. Используется в качестве износоустойчивых и красивых гальванических покрытий (хромирование). В качестве нагревательных элементов успешно служат сплавы хрома с никелем — нихромы. Добавка к хромоникелевым сплавам кобальта и молибдена придает металлу способность переносить большие нагрузки при t = 650—900°С. Из этих сплавов делают, например, лопатки газовых турбин.Сплав кобальта, молибдена и хрома («комохром») безвреден для человеческого организма и поэтому используется в восстановительной хирургии. Никель (Ni) Никель - это пластичный, ковкий, переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой плёнкой оксида. Химически малоактивен. Как проводник никель обладает такими ценными свойствами: малая окисляемость на воздухе,антикоррозийность, хорошая обрабатываемость. Никель выпускается в виде проволоки, листов, фольги, лент, полос,трубок. Широко применяется в производстве электровакуумных приборов в виде бесшовных трубок, полос, проволоки; для изготовления сеток маломощных усилительных ламп, анодов генераторных ламп; для гальванического антикоррозийного покрытия железа, меди, латуни. Используется для производстважелезо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов. На основе никеля создано большое число ценных сплавов. Жаропрочные: нимоник, инконель, нихром, алюмель. Химически стойкие: монель. Магнитные: пермаллой – для изготовления сердечников трансформаторов; инвар– практически не расширяется при повышении температуры до 100°С. Ртуть(Hg) Ртуть – получают из сернистой ртути (киновари) нагреванием на воздухе при ≈ 500 °С: Получающийся металл – жидкий, серебристо-белого цвета, содержит примеси Pb, Bi, Zn, Sn и др. Наиболее важное свойство, используемое в вакуумной технике, это высокое давление насыщенных паров ртути и скорость их испарения, что делает возможным работу вакуумных приборов с ртутным заполнением. Ртуть – химически стойкий металл. Некоторые металлы (Al, Mg, Sn, Pb, Cd, Zn, Ag, Au, Pt) растворяются в ртути, образуя амальгамы. Fe, W, Ta – не растворяются в ртути. Не взаимодействует с ртутью графит, стекло, керамика, слюда. Ртуть применяют в газоразрядных приборах, где используется ионизация паров ртути; в ртутных выпрямителях; для контактов в приборах автоматического включения (реле и др.). Свинец (Pb) Это металл сероватого цвета, дающий на свежем срезе сильный металлический блеск, но затем быстро тускнеющий вследствие окисления. Мягкий, пластичный, мало прочный металл. Преимуществом свинца для ряда случаев применения является его высокая антикоррозийная способность. Применяют в качестве защитных оболочек в кабельной промышленности, плавких предохранителей, пластин свинцовых аккумуляторов, поглотителей рентгеновских лучей и радиоактивных излучений. По мере возможности вытесняется полихлорвинилом. Свинец ядовит. Олово (Sn) Это серебристо-белый металл. Чистое олово обладает крупнокристаллической структурой. При изгибе слышен треск от трения кристаллов, что определяет чистоту металла. Благодаря мягкости и вязкости из него изготовляют фольгу. Высокаяантикоррозийность позволяет использовать для защитных покрытий лужением или гальванизацией. Входит в состав бронз. Применяют при пайке. 1.6. Припои и флюсы Припои – сплавы для пайки металлов высокой проводимости. Для получения хорошего соединения припой должен иметь температуру плавления ниже, чем у металла, хорошо смачивать поверхность в расплавленном состоянии, иметь небольшое сопротивление контакта. Температурные коэффициенты линейного расширения металла и припоя должны быть близки друг к другу. Применяют припои оловянно – свинцовые (ПОС - 61, содержащий 61 % олова, остальное - свинец), оловянно – цинковые (ПОЦ – 90, имеет температуру плавления 199 °С и используется для пайки алюминия и его сплавов), сплавы висмута со свинцом, оловом, кадмием (для температур нагрева меньше, чем 100°С) и др. Подразделяются: • мягкие припои – температура плавления до 400 °С; • твердые припои – температура плавления выше 500 °С. Мягкие изготовляют оловянно – свинцовые (ПОС) 18 % - 90 %. Существуют мягкие припои с содержанием висмута и кадмия, алюминия, серебра – температура пайки до 140°С. Висмутовые припои очень хрупки. Широко применяют ПОС – 40 и ПОС – 60 (60 % и 40 % - олова). Среди твердых припоев наиболее распространены – медно – цинковые – ПМЦ и серебряные (ПСр). Флюсы Для облегчения пайки и обеспечения надежности используют вспомогательные вещества – флюсы, которые должны: 1) растворять и удалять оксиды с поверхности металлов; 2) защищать поверхность металла от окисления; 3) улучшать растекаемость припоя и смачиваемость спаиваемых поверхностей. Флюсы подразделяются на несколько групп: 1. Активные или кислотные флюсы – хлористые и фтористые соединений металлов. В электротехнике и в радиотехнике не применяют. 2. Бескислотные флюсы – канифоль и флюсы на ее основе с добавкой неактивных веществ (спирт, глицерин). 3. Активированные флюсы – канифоль с добавками солянокислого или фосфорнокислого анилина, салициловой кислоты и др. 4. Антикоррозийные флюсы получают на основе фосфорной кислоты Н3РО4 с добавлением органических соединений и растворителей, которые не вызывают коррозии. Контактолы Контактолы применяются для получения контактов между металлами, металлами и полупроводниками, создания электродов, экранирования от помех. Контактолы готовятся в виде пасты на основе мелкодисперсного порошка серебра, никеля, палладия, которые используются в качестве проводящей фазы, взвешенной в высокомолекулярных веществах. Водная паста высокодисперсного графита известна под названием аквадаг. 1.7. Сплавы высокогоудельного сопротивления Проводниковые материалы с высоким сопротивлением бывают металлические, получившие наибольшее распространение, и неметаллические. Металлические проводниковые материалы можно разделить на три группы: 1 — для точных электроизмерительных приборов и образцовых резисторов, основным материалом этой группы является сплав манганин; 2 — для резисторов и реостатов,кэтой группе относится сплав константан; 3 — имеющие высокую рабочую температуру и предназначенные для нагревательных приборов и нагрузочных реостатов.К материалам 3-й группы относятся сплавы нихром и фехраль. Манганин (от марганца - манганум) — термостабильный сплав на основе меди (Cu) (около 85 %) с добавкой марганца (Mn) (11,5—13,5 %) и никеля (Ni) (2,5—3,5 %). Характеризуется чрезвычайно малым изменением электрического сопротивления в области комнатных температур. Широко применяется в измерительной технике для изготовления добавочных сопротивлений и шунтов (в составе электроизмерительных приборов или виде самостоятельных изделий). Из манганина изготавливают меры электрического сопротивления - катушки и магазины сопротивлений. Существенное преимущество манганина перед константаном заключается в том, что манганин обладает очень малой термоЭДС в паре с медью (не более 1 мкв/1 °C), поэтому в приборах высокого класса точности применяют только манганин. В то же время манганин, в отличие от константана, неустойчив против коррозии в атмосфере, содержащей пары кислот, аммиака, а также чувствителен к значительному изменению влажности воздуха. Свои электрические свойства манганин сохраняет при температурах до 70 - 80 °C. Константан – медно-никелевый сплав (от лат. constans, род.п. constantis — постоянный, неизменный) — термостабильный сплав на основе меди (Cu) (около 59%) с добавкой никеля (Ni) (39÷41%) и марганца (Mn) (1÷2%). Выпускается в виде проволоки и лент. Проволока двух сортов: мягкая (М) и твердая (Т). Сплав имеет высокое удельное электрическое сопротивление, минимальное значение температурного коэффициента электрического сопротивления, высокую термоэлектродвижущую силу в паре с медью, железом, хромелем. Температура плавления около 1260 °C. Хорошо поддаётся обработке. Идёт на изготовление термопар, активного элемента тензодатчика, реостатов и электронагревательных элементов с рабочей температурой до 400÷500 °C, измерительных приборов высокого класса точности. Мельхиор – это сплав меди (70 ÷ 80 %) и никеля (30 ÷ 20 %), иногда с добавками железа и марганца. Количество металлов в сплаве может варьироваться в зависимости от его применения. Цвет – серебристый. Температура плавления мельхиора - 1083 оС Мельхиор трудно поддается коррозии, его достаточно легко обрабатывать как горячем, так и в холодном и состоянии. Одно из отличительных свойств мельхиора - его высокая стойкость против коррозии, относительно морской воды, поэтому он является одним из основных материалов для производства деталей морских лодок. Из мельхиора также изготавливают термоэлементы и точные резисторы для техники. Для резисторов используют сплав с процентным содержанием меди 55 % и никеля - 45 %. Нейзильбер представляет собой соединение меди с цинком и никелем. Причем, никель может присутствовать в сплаве в количестве от 5 до 35%, а цинк – 13-45%. Если никеля в сплаве содержится больше, то нейзильбер приобретает белый цвет с интересным синеватым или зеленоватым отливом. Отличает данный сплав и высокая стойкость к коррозии и в парах воды, и на влажном воздухе, и в слабых растворах кислот и щелочей. Нейзильбер имеет повышенную упругость после его деформации, прочность, коррозийную устойчивость, пластичность в холодном и горячем состоянии. Как нейзильбер, так и мельхиор окрашены в серебристый цвет, поэтому порой их даже путают с таким благородным металлом, как серебро. Название «нейзильбер» с немецкого переводится, как «новое серебро». Монель - медно-никелевый сплав,температура плавления, 1350°С. Его особенность состоит в том, что монель-металл выплавляется из сульфидной медно-никелевой руды без предварительного разделения меди и никеля. Данная технология производства сплава позволяет существенно снизить стоимость монель-металла. Монель - конструкционный коррозионностойкий сплав. Монель применяется для изготовления проволоки, прутков, лент, полос и листов различных размеров. Также может быть изготовлена монелевая труба. Нихро́м — общее название группы сплавов, состоящих, в зависимости от марки сплава, из 55÷78 % никеля, 15÷23 % хрома, с добавками марганца, кремния, железа, алюминия.Температура плавления — 1100÷1400 °C, рабочая температура — 800÷1100 °C. Он имеет повышенную жаропрочность, крипоустойчивость, пластичность, хорошо держит форму. Высокая пластичность нихрома позволяет подвергать его сварке, точению, волочению, штамповке и другим видам механической обработки. Из них изготовляют нагревательные элементы электропечей, паяльников, электронагревателей. Увеличение содержания хрома ухудшает обработку, повышает твердость сплава, но зато увеличивает удельное сопротивление, повышает стойкость к окислению. С целью удешевления и улучшения механических свойств (прокатка, ковка) в нихром вводят железо. Но оно понижает рабочую температуру сплава. Нихром имеет оксидную пленку на поверхности, поэтому у него продолжительный срок службы при непрерывном нагреве. Если чередуется нагрев с охлаждением, то защитная пленка растрескивается и происходит газовая коррозия, при которой уменьшается сечение проводника, увеличивается местный нагрев, а провод перегорает от перегрева. Нихром – достаточно дорогой материал, так как производство его является трудоёмким и требует больших экономических затрат. Поэтому в качестве альтернативы нихрому всё чаще производители электронной бытовой техники используют фехраль Фехра́ль — это особый сплав, состоящий из следующих элементов: Cr (12÷27%); Al (3,5÷5,5%); Si (1 %); Mn (0,7 %); остальное Fe. Защитную функцию материала выполняет слой оксида алюминия. Из-за того, что в процессе производства фехрали никель не используется, стоимость этого материала значительно ниже, чем стоимость нихрома. Твёрдый, хрупкий сплав, с трудом поддающийся обработке, обладает высоким удельным электрическим сопротивлением, температура плавления около 1450 °C. Наибольшая рабочая температура 1400°C. Невысокая плотность сплава делает материал очень лёгким. Конструкции из фехрали, фехраль проволока или лента весят на 17% меньше, чем аналогичные изделия из нихрома. Кроме того, фехраль лента устойчива к агрессивному воздействию среды, не поддаётся коррозии. Все вышеперечисленные свойства делают фехраль прекрасным материалом для изготовления мощных электронагревательных устройств промышленных печей, пуско-тормозных резисторов, долгое время работающих в нестандартных эксплуатационных условиях, ленточных и проволочных резисторов, и т.д. Тем не менее, и у фехрали есть свои недостатки. Этот материал более хрупкий и ломкий, чем нихром. Навивка его может проводиться только при температуре, которая выше 300 ºС. У фехрали более короткий срок службы, чем у нихрома. Это относится, главным образом, к тем случаям, когда циклы работы и бездействия различных приборов, в которых используются элементы из фехрали, меняются слишком часто, при этом температура нагревания оборудования превышает 600 ºС. Также нужно отметить, что фехраль трудно поддается обработке. Из-за физических свойств материала невозможно изготовить из фехрали очень тонкую промышленную проволоку или ленту. Это несколько ограничивает сферы использования сплава в производстве оборудования. Другое название (мировым брендом) фехрали - Kanthal– кантал, еврофехраль. Хрома́ль — сплав состава: Cr (23÷27%); Al (4,5÷6,5%); остальное Fe. Идёт на изготовление нагревательных элементов электрических печей, электробытовых нагревателей с рабочей температурой до 900 °C, температура плавления около 1500 °C. 1.8. Сплавы для термопари компенсационных проводов Для изготовления термопар и компенсационных проводовприменяются сплавы: копель, константан, хромель, алюмель, платинородий. Термопара - два различных проводника, один конец которых спаен и помещен в место измерения температуры (горячий контакт), а свободные концы помещены в термостат (холодный контакт). Термопары служат датчиками для измерения температуры. Компенсационные провода - термопарная проволока, которая служит для передачи термо-ЭДС от свободных концов термопары к измерительным устройствам. В качестве компенсационных проводов используется более дешевая термопарная проволока с не столь строго контролируемыми параметрами. Существует несколько видов термопар, которые служат для измерения температур из различных интервалов: Т а б л и ц а 3 .Типы термопар
 Рис.1. Зависимость термо-ЭДС от разности температур горячего и холодногоспаев для термопар Наиболее высокой точностью, стабильностью и воспроизводимостью обладают платинородиевые термопары, несмотря на малую удельную термо-эдс. Эти качества объясняются химической инертностью материала и возможностью получать его с высокой степенью чистоты. Из применяемых в практике термопар наибольшую термо-эдс при данной разности температур имеет термопара хромель – копель. Копель — сплав, состоящий из следующих элементов. Медь Cu, Никель Ni, Марганец Mn. Температура плавления 1220÷1290 °C. Обладает высокой термоэлектродвижущей силой в паре со многими металлами и применяется для изготовления электродов термопар. Хроме́ль — сплав, состоящий из следующих элементов: хром — 8,7÷10 %; никель — 89÷91 %; кремний, медь, марганец, кобальт — примеси.Температура плавления 1420 °C.Наиболее распространена термопара типа хромель-алюмель. Алюме́ль — сплав, состоящий из следующих элементов: Ni (93÷96 %); Al (1,8÷2,5 %); Mn (1,8÷2,2 %); Si (0,8÷1,2 %).Температура плавления 1400 °C. Константан (40% Ni, 1,5% Mn, остальное ‒ Cu) сплав имеет высокое удельное электрическое сопротивление, температура плавления около 1260 °C. Для константана характерна высокая термо-эдс в паре с медью, железом, хромелем и низкая термо-ЭДС по отношению к меди. Платинородий- сплав, состоящий из следующих элементов:90% Pt и 10% Rh. 1.9. Угольно-графитные проводники Угольно-графитные проводники по проводимости немногим уступают металлам и их сплавам и используются как проводящие элементы. В основе угольных проводниковых материалов лежит графит и уголь. Важнейшими видами электротехнических угольных изделий являются щетки для электрических машин и непроволочные резисторы. В процессе производства большинства угольных изделий углеродистое сырье (графит, уголь) измельчают, смешивают со связующими компонентами, формуют и обжигают. Обожженные щетки покрывают медью по поверхности щеткодержателя и армируют соединительными проводниками. Щетки, применяемые для электрических машин, подразделяют на четыре основные группы: угольно-графитные, графитные, электрографитированные и металлографитные. Угольно-графитные щетки (УГ) изготовляют из материалов, богатых углеродом (нефтекокс, кокс, антрацит и др.). Эти материалы превращают в порошки, добавляют к ним связующие вещества и из полученной таким образом массы прессуют щетки различных размеров. Для улучшения электрических и механических свойств щетки подвергают обжигу. Угольно-графитные щетки допускают сравнительно небольшую плотность тока (6÷8 А/см2). Их применяют в коллекторных машинах постоянного и переменного тока напряжением 110÷220 В. Графитные щетки (Г) изготовляют из натурального графита. Просеянный графитный порошок прессуют под большим давлением со связующими материалами или без них и полученные изделия обжигают. Такие щетки применяют для коллекторных машин постоянного тока напряжением110 В. Электрографитированные щетки (ЭГ) изготовляют из различных углеродистых материалов (сажа, нефтекокс, кокс, антрацит), которые превращаются в искусственный графит при нагреве в электрической печи при температуре 2000÷3000 °С. Такая термическая обработка повышает электрическую и тепловую прочность угля и понижает коэффициент трения, что способствует уменьшению износа коллекторов электрических машин. Электрографитированные щетки обладают хорошими коммутирующими свойствами (повышенным сопротивлением), значительной механической прочностью и способностью выдерживать большие перегрузки. Их применяют для коллекторных машин постоянного и переменного тока, работающих в тяжелых условиях. Плотность тока для щеток допускают 9÷11 А/см2. Металлографитные щетки изготовляют из смеси графита и медного порошка (медно-графитные щетки МГ). Для некоторых марок щеток добавляют в небольшом количестве цинковый, оловянный или свинцовый порошок (бронзово-графитные щетки БГ). Отличительной особенностью металлографитных щеток являются высокая допустимая плотность тока (до 20А/см2) и малое сопротивление. Их применяют в низковольтных машинах постоянного тока, в синхронных двигателях и синхронных машинах. Щётки с содержанием порошкового металла обладают особенно малым электрическим сопротивлением и дают незначительное контактное падение напряжения (между щеткой и коллектором). Величина удельного сопротивления щеток, Ом мм2/м Угольно-графитовые ……….21-54 Графитные .......……………....12-37 Электрографитированные ….10-50 Металлографитные……...…...0,20-9 Таким образом, наименьшим переходным контактным сопротивлением обладают медно - или бронзо-графитные щетки. Углеродистые резисторы (непроволочные) широко используют в электронной аппаратуре, которые бывают поверхностные и объемные. Отличаются от проволочных резисторов меньшими размерами, высоким верхним пределом номинального сопротивления. Микрофонные порошки Свойство угольного порошка изменять свое сопротивление в зависимости от давления обусловливается переходным сопротивлением зерен порошка и используется в микрофонах, где под действием звуковых колебаний изменяется давление на порошок. Порошок изменяет свое сопротивление, что создает колебания тока в электрической цепи. |