專利名稱：一種高電阻高電阻溫度系數的合金材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種發熱電阻絲材料，具體為一種適用于需要自動控制發熱溫度的各種發熱工具及設備中所需要的發熱體材料；尤其適用于對溫度的控制要求較高、且不適合加裝溫度傳感器的設備及工具上的一種高電阻率、高溫度系數的合金材料；本發明同時還提供了上述材料的制備方法。
背景技術：
在五金工具領域，尤其是在電烙鐵中，對電熱絲的要求非常高，不僅要求電熱絲體積小、輕便、加熱速度快，而且還需要能夠對烙鐵頭的溫度進行精確顯示與控制。普通的電烙鐵只用電阻絲發熱，靠技術人員經驗來控制溫度；現在普遍采用的外發熱方式的陶瓷加熱芯和溫度傳感器的測溫來控制烙鐵頭的溫度，以上兩種電烙鐵都存在一些弊端。最傳統的電烙鐵其弊端是顯而易見的，而對于采用陶瓷發熱芯的現代可控焊臺來說其弊端主要集中在以下方面1、由于外加熱方式的緣由，其溫度傳導距離較遠，烙鐵頭升溫達到工作溫度所需時間較長，且在溫度的長距離傳導過程中熱能的損耗較大，其工作效率低、能耗高。2、由于采用了溫度傳感器，且傳感器緊靠陶瓷發熱芯這樣會因為環境的溫度、風速等原因導致其檢測的的溫度與實際溫度差距較大，雖然這些可以通過烙鐵頭溫度的檢測來調校，但 是在工作工程中環境的變化是很難把握的，這樣的結果將導致焊接重量的不穩定和電子元器件的燒損。3、因為溫度傳感器離發熱體較近，長時間在高溫有氧的環境下溫度傳感器極容易老化失效。到目前為止還沒有一種有效的方法來解決電烙鐵發熱快從通電開始廣2秒鐘內就可以達到工作溫度，體積小、重量輕方便操作；溫度控制準確；使用壽命長的內發熱材料。
發明內容
本發明提供了一種高電阻高電阻溫度系數的合金材料，該材料能夠用作電熱絲，解決了背景技術中的不足，該合金材料的電阻率高達I. 53 (μΩ.πι, 20°C)，在100°C -800°C的溫度范圍內其電阻溫度系數為240aK/X10_6°C '實現本發明上述目的所采用的技術方案為一種高電阻高電阻溫度系數的合金材料，由鍺-鋯-鈰-鈦-鋁-鐵六種金屬組分做為添加劑加入到鎳鐵合金中經冶煉而成，所述的合金材料的密度為8. 2g/cm3，其電阻率為I. 53( μΩ.πι. 20°C )，在100-800°C的溫度范圍內其電阻溫度系數為240 aK/X10_6。。Λ所述的合金材料各組分及各組分的質量百分比分別為=Ni組分50%-65%、Cr組分14%_21%、Ge 組分0. 1%-0. 9%、Ce 組分0. 15%_0· 5% Zr 組分0. 2%_1%、Ti 組分1. 1%_3· 5%、Al 組分0. 5%-2%、Fe組分余量。所述的Ni組分、Cr組分、Ge組分、Ce組分、Zr組分、Ti組分以及Al組分均為金屬氧化物，Fe組分為金屬單質。本發明還提供了上述高電阻高電阻溫度系數的合金材料的制備方法，包括以下步驟(I)、按照比例稱取各組分，首先將鎳鉻合金在真空爐中加熱至熔化制得鋼水以備用，加熱溫度為1600°c ; (2)、把Ge、Ce、Zr、Ti、Al及Fe六種組分混合并研磨2小時，制得添加劑；(3)將鋼水倒入另一個帶攪拌器的熔爐中，在出鋼1/5-4/5之間加入添加劑，并在1600°C的溫度下充分攪拌；(4)、最后將鋼水澆注成坯并經強冷冷卻、軋制成型材。步驟(3)中攪拌工具為電磁攪拌器，攪拌時間為I小時。本發明的技術方案有以下優點該合金材料的母體為鎳鉻鐵合金，合金中大量的Ni和Cr保證了材料的電阻率和高溫時的抗氧化能力。添加劑中Ge的加入會使得材料的電阻溫度系數更大，主要原因是Ge元素的核外電子在溫度變化時其震動幅度變化較大，且不易脫離原子核對其吸引。本發明所提供的合金材料中添加有Ce，能夠大大提高添加的各種元素在材料中的分散能力，不至于材料中的化學成分出現分層或集聚。由于本發明的合金材料中還添加有Ti和Al的金屬氧化物TiO2和Al2O3，為了防止它們因為在熔融的鋼水中分散不均勻而導致材料結晶過程中會出現局部晶體過大進而引起冷拔細絲時出現斷裂的問題，添加劑中還有Zr組分，Zr的引入會使得結晶晶粒細化，從而避免冷拔斷絲。Ti、Al的加入主要是為了提高材料的電阻率。Fe粉加入到Ge02、CeO2, ZrO2, TiO2及Al2O3等金屬 氧化物中一起研磨的主要目的是讓以上氧化物能夠和鐵粉結合到一起使得其密度與熔融的鋼水密度接近而不至于形成漂浮物或沉淀而喪失其功效。在生產工藝中，將鋼水重新倒至另外一個熔爐中的原因是為了防止添加的氧化物漂浮在鋼水表面而喪失其功效，所以選擇在出鋼1/5-4/5之間加入添加劑。同時本發明采用電磁攪拌而不采用吹氬氣的攪拌方式，也是考慮到Ti02、Al2O3這兩種物質較輕容易漂浮在鋼水表面的原因。
圖I為本發明實施例I中所制得的合金材料的溫度-電阻率關系圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明做詳細具體的說明。實施例I本實施例中首先稱取鎳鎘合金100公斤、GeO2 I公斤、CeO2 O. 5公斤、ZrO2 I公斤、TiO2 4公斤、Al2O3 2. 2公斤與10公斤Fe粉,，將鎳鉻合金在真空爐中加熱至熔化制得鋼水以備用，加熱溫度為1600°C。然后將剩余六種組分混合并充分研磨2小時至粉末狀制得添加劑；將鋼水出鋼并倒入熔爐中，在出鋼1/5-4/5之間時將粉末狀的添加劑加入熔爐中，并在1600°C的溫度下用電磁攪拌器攪拌I小時。最后將鋼水澆注呈直徑120_的坯并經冷卻、軋制成直徑20mm的型材,最后經多次冷拔后制得直徑O. 5mm的細絲。本實施例所制得的合金材料中，各組分所占的質量百分比分別為Ni組分65%、Cr 組分19· 3%、Ge 組分0· 84%、Ce 組分0· 42% Zr 組分0· 84%、Ti 組分3· 36%、Al 組分:I. 85%、Fe 組分 8. 42%。在本實施例中同時還進行了對比試驗，對比試驗I中沒有加入ZrO2，除此之外所有參數均相同，在冷拔拉絲工藝中當冷拔到Imm以下時出現斷絲。對比試驗2中沒有加入TiO2和Al2O3,除此之外所有參數均相同。
對比試驗3中沒有加入CeO2，除此之外所有參數均相同，在冷拔拉絲工藝中當冷拔到O. 5mm以下時出現斷絲。對比試驗4中沒有采用電磁攪拌，而是采用吹O. 2Mpa氬氣攪拌5分鐘。將本實施中制得的材料性能與對比試驗以及普通鎳鉻合金進行對比，其結果如下表所示表中電阻溫度系數單位aK/X 1(T6°C 電阻率單位μΩ . m
權利要求
1.一種高電阻高電阻溫度系數的合金材料，其特征在于由鍺-鋯-鈰-鈦-鋁-鐵六種金屬組分做為添加劑加入到鎳鐵合金中經冶煉而成，所述的合金材料的密度為8. 2g/cm3，其電阻率為I. 53 (μΩ.πι. 20°C )，在100-800°C的溫度范圍內其電阻溫度系數為240VXlO-6oC ―1，所述的合金材料各組分及各組分的質量百分比分別為Ni組分50%-65%、Cr組分14%-21%、Ge 組分0. 1%_0· 9%、Ce 組分0. 15%-0. 5% Zr 組分0. 2%_1%、Ti 組分I.l%-3. 5%、A1 組分0. 5%-2%、Fe 組分余量。
2.根據權利要求I所述的高電阻高電阻溫度系數的合金材料，其特征在于所述的Ni組分、Cr組分、Ge組分、Ce組分、Zr組分、Ti組分以及Al組分均為金屬氧化物，Fe組分為金屬單質。
3.權利要求I所述的高電阻高電阻溫度系數的合金材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟(I)、按照比例稱取各組分，首先將鎳鉻合金在真空爐中加熱至熔化制得鋼水以備用，加熱溫度為1600°C ; (2)、把Ge、Ce、Zr、Ti、Al及Fe六種組分混合并研磨2小時，制得添加劑；(3)將鋼水倒入另一個帶攪拌器的熔爐中，在出鋼1/5-4/5之間加入添加劑，并在1600°C的溫度下充分攪拌；(4)、最后將鋼水澆注成坯并經強冷冷卻、軋制成型材。
4.根據權利要求3所述的高電阻高電阻溫度系數的合金材料的制備方法，其特征在于步驟(3)中攪拌工具為電磁攪拌器，攪拌時間為I小時。
全文摘要
本發明提供了一種高電阻高電阻溫度系數的合金材料，由鍺-鋯-鈰-鈦-鋁-鐵六種金屬組分做為添加劑加入到鎳鐵合金中經冶煉而成，所述的合金材料各組分及各組分的質量百分比分別為Ni組分50%-65%、Cr組分14%-21%、Ge組分0.1%-0.9% 、Ce組分0.15%-0.5% Zr組分0.2%-1%、Ti組分1.1%-3.5%、Al組分0.5%-2%、Fe組分 余量。本發明同時還提供了上述合金材料的制備方法。本發明所制得的合金材料的密度為8.2g/cm3，其電阻率為1.53(μΩ.m.20℃)，在100-800℃的溫度范圍內其電阻溫度系數為240aR/×10-6℃-1，且溫度與電阻率具有良好的線性關系。
文檔編號C22C19/05GK102888537SQ20121037029
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者周圣杰, 周煜, 陳小偉, 李建成, 張新元 申請人:武漢欣遠拓爾科技有限公司