Сплавы с высоким электрическим сопротивлением: особенности и области применения

Сплавы с повышенным электросопротивлением применяются для изготовления нагревательных элементов промышленного оборудования и бытовых приборов, термодатчиков, резисторов и тензорезисторов, ответственных элементов вакуумных приборов и соединителей в электротехнических изделиях. Изготавливаются на основе никеля (Ni), хрома (Cr), молибдена (Mo), алюминия (Al) и железа (Fe). При производстве имеют вид холоднокатаной ленты, полосы, прутка или проволоки. ‍

‍

Классификация сплавов с высоким электрическим сопротивлением

Сплавы с повышенным электросопротивлением делят на группы в соответствии с их назначением и составом:

‍

• сплавы для нагревательных элементов на основе железа, хрома и алюминия — сохраняют высокую жаростойкость в вакууме, водороде, сернистых и углесодержащих средах, при непрерывном воздействии высоких температур склонны к деформации;
• материалы для нагревателей на основе никель-хрома — обладают высоким сопротивлением к окислению и деформации при повышенных температурах в вакууме, водороде, азоте и аммиаке; в сере и сернистых соединениях жаропрочность металлов снижается;
• сплавы для изготовления прецизионных резисторов — характеризуются зависимостью сопротивления проводника от изменения его температуры, в составе могут иметь вольфрам, марганец, хром, никель, алюминий, медь, бериллий, молибден, ванадий.

‍

Вне зависимости от основы состава, сплавы для нагревателей не окисляются и сохраняют высокую жаростойкость в атмосферах с избыточным содержанием кислорода.

‍

Марки сталей и особенности производства

Для изготовления печных электронагревателей и нагревательных элементов бытовых приборов используются следующие марки сталей:

‍

• Х15Ю5, Х23Ю5, Х23Ю5Т и Х27Ю5Т — прецизионные сплавы на основе хром-алюминия. В соответствии с ГОСТом 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки» при их производстве должны применяться свежие шихтовые материалы. В представленных сталях, кроме Х23Ю5Т, допускается наличие не более 0,1% циркония. 
• ХН60ЮЗ, ХН70Ю, Х15Н60-Н, Х15Н60ЮЗА, Х20Н80-Н и ХН20ЮС — никель-хромовые соединения. По ГОСТу 10994-74 стали Х15Н60-Н и Х20Н80-Н должны изготавливаться в индукционных или плазменных печах (при наличии в последних керамического тигля).

‍

В сталях марки Х2ОН80 допускается наличие остаточного кальция, магния, бария и РЗЭ (редкоземельных элементов). В Х20Н80-ВИ присутствие циркония и РЭЗ считается признаком брака.

‍

Свойства сплавов с высоким электросопротивлением

Одно из требований, предъявляемых к сплавам с повышенным электрическим сопротивлением — высокая пластичность. Это позволяет изготавливать из них проволоку сечением от 0,02 мм и ленту толщиной от 0,01 мм.

Кроме того, все прецизионные стали данного класса, кроме предназначенных для изготовления резисторов, обладают минимальным колебанием электросопротивления по всей длине нагревательного элемента и высокой предельной рабочей температурой (в зависимости от марки стали она может достигать +1 100°С, +1 200°С, +1 350°С и +1 400°С). Сплавы для резисторов сохраняют свои электрические свойства при нагревании до +200°С…+600°С. 

Нагрев жаростойких сплавов провоцирует образование на поверхности элементов защитной пленки, которая в свою очередь препятствует окислению металлов при контакте с кислородом. Но если исключить доступ воздуха к поверхности металла, то можно во много раз увеличить срок службы изделия. Именно поэтому в ТЭНах (нагревательных элементах трубчатой формы) проволоку из прецизионного сплава располагают в корпусе из металла, устойчивого к окислению, а пространство между ними заполняют диэлектрическим порошком.