镍铬合金的化学成分和微观结构
镍基合金
铸造方面：通常用真空感应炉熔炼母合金保证成分与控制气体与杂质含量，并用真空重熔-精密铸造法制成 零件。
热处理方面：变形合金和部分铸造合金需进行热处理，包括固溶处理、中间处理和时效处理，以Udmet 500 合金为例，它的热处理制度分为四段：固溶处理，1175℃，2小时，空冷；中间处理，1080℃，4小时，空冷；一 次时效处理，843℃，24小时，空冷；二次时效处理，760℃，16小时，空冷。以获得所要求的组织状态和良好的 综合性能。
精密合金
精密合金
包括镍基软磁合金、镍基精密电阻合金和镍基电热合金等。最常用的软磁合金是含镍80%左右的玻莫合金， 其最大磁导率和起始磁导率高，矫顽力低，是电子工业中重要的铁芯材料。镍基精密电阻合金的主要合金元素是 铬、铝、铜，这种合金具有较高的电阻率、较低的电阻率温度系数和良好的耐蚀性，用于制作电阻器。镍基电热 合金是含铬20%的镍合金，具有良好的抗氧化、抗腐蚀性能，可在1000～1100℃温度下长期使用。
商用市场
一、竞争格局
国际镍业研究组织（INSG）预期2011年全球镍消费量将由2010年的143万吨升至153万吨。INSG对2010年和 2011年的产量预期不包括可能影响产量的调整因素。2009年镍市场过剩量约为11万吨，全球产量为135万吨，消 费量为124万吨。
二、驱动力
国内镍合金市场需求迅速增加，发展前景良好，而目前国内镍合金带材加工行业处于老产业和新产业更替阶 段，市场机遇良好。国内镍合金加工水平整体落后，体现在工艺技术、产品规格、产品质量、生产规模等方面， 国家急需的电子电工行业镍合金带材、工业建设镍合金板材等。
nicr-cr3c2化学成分
nicr-cr3c2化学成分
NiCr-Cr3C2是一种常见的化学成分，由镍铬合金（NiCr）和碳
化铬（Cr3C2）组成。
这种化学成分通常用于高温环境下的耐磨涂层
和耐火材料。
镍铬合金（NiCr）是一种合金，主要由镍（Ni）和铬（Cr）组成。
镍的添加可以提高合金的耐腐蚀性和耐热性，而铬的添加可以
增加合金的硬度和耐磨性。
因此，镍铬合金常被用于高温和腐蚀性
环境下的应用，如炉具、热交换器和化学反应器等。
碳化铬（Cr3C2）是一种碳化物，由铬（Cr）和碳（C）组成。
它具有极高的硬度和耐磨性，是一种常见的耐火材料。
碳化铬常用
于制造耐火砖、耐火涂层和切削工具等。
将镍铬合金和碳化铬混合使用可以获得NiCr-Cr3C2复合材料，
具有镍铬合金的耐热性和耐腐蚀性，以及碳化铬的硬度和耐磨性。
这种复合材料常用于制造耐磨涂层，用于保护金属表面不受摩擦、
磨损和腐蚀的影响。
它在许多领域中都有应用，如航空航天、能源、化工和冶金等。
总结来说，NiCr-Cr3C2化学成分由镍铬合金和碳化铬组成，具有耐热性、耐腐蚀性、硬度和耐磨性等特点，适用于高温环境下的耐磨涂层和耐火材料。
镍铬合金的微观结构
镍铬合金的微观结构
镍铬合金的微观结构主要取决于合金中镍和铬的含量、合金的热处理方法和加工方式等因素。
在普通的镍铬合金中，镍元素的含量约占70%~80%，铬元素的含量约为15%~25%。
当铬元素的含量增加时，合金的抗氧化性能和耐蚀性能也会相应增强。
此外，镍铬合金常常还会添加少量的钨、钼等元素以提高其抗腐蚀性和强度。
在金相显微镜下观察镍铬合金的组织结构，通常可以看到以下几种组织：
1.均匀固溶体。
这种组织结构是在快冷或加热后迅速冷却得到的。
镍铬合金的晶粒呈极细小的状态，没有其它析出物质，具有极佳的抗氧化能力。
2.沉淀硬化体。
这种组织结构是在中温下进行淬火或其他热处理后得到的。
在合金中析出出一些硬化相，可以有效提高合金的强度和硬度。
3.铸态组织。
这种组织结构是在铸造时得到的，由于冷却过程的不均匀性，晶粒较大，存在较多的缺陷和杂质，因此具有较低的强度和脆性。
总的来说，镍铬合金的微观结构呈现出复杂多样的特点，在实际应用中需要根据具体材质和作用环境进行适当的调控和优化。
镍铬丝
电热丝标准参数（镍铬丝）
镍铬丝主要技术性能：
1、供货状态
线材和盘元以白亮或者氧化色软态供应。
带材除特殊要求外，一般以退火后的氧化色供应。
细丝和扁丝经保护气体退火后，以光亮软态供应。
2、产品包装（可根据您的要求定做）
线材和带材以打包布包扎，成卷供应。
细丝和扁丝，绕轴塑封供应。
3、出口产品及用户有特殊要求者，协商解决。
注意事项(特别注意）
1、电炉丝在设计时应根据功率接线方法，合理的表面负荷，正确选用丝径；
2、电炉丝在安装前应对炉膛全面检查，清除铁素体，结碳，与电炉上接触的隐患，避免短路，以防造成炉丝击穿；
3、电炉丝在安装时应按设计的接线方法正确连接；
4、在使用电炉丝前应检查控温系统的灵敏度，以防温失灵，造成电炉丝烧毁。
镍基合金是什么？
镍基合金是什么？按照主要主要性能又细分为镍基耐热合金镍基耐蚀合金镍基耐磨合金镍基精密合金与镍基形状记忆合金等:镍基合金的代表材料有1incoloy合金如incoloy800主要成分为;32ni-21cr-tial;属于耐热合金;2inconel合金如inconel600主要成分是;73ni-15cr-tial;属于耐热合金;3hastelloy合金即哈氏合金如哈氏c-276主要成分为;56ni-16cr-16mo-4w;属于耐蚀合金;4monel合金即蒙乃尔合金比如说蒙乃尔400主要成分是;65ni-34cu;属于耐蚀合金;主要合金元素主要合金元素有铬、钨、钼、钴、铝、钛、硼、锆等。
其中crai等主要起抗氧化作用其他元素有固溶强化沉淀强化与晶界强化等作用。
在650~1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力由于足够高的高温强度与抗氧化腐蚀能力所以常用于制造航空发动机叶片和火箭发动机、核反应堆、能源转换设备上的高温零部件。
发展历史镍基高温合金(以下简称镍基合金)是30年代后期开始研制的。
英国于1941年首先生产出镍基合金nimonic75(ni-20cr-0.4ti);为了提高蠕变强度又添加铝研制出nimonic80(ni-20cr-2.5ti-1.3al)。
美国于40年代中期苏联于40年代后期中国于50年代中期也研制出镍基合金。
镍基合金的发展包括两个方面:合金成分的改进和生产工艺的革新。
50年代初真空熔炼技术的发展为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。
初期的镍基合金大都是变形合金。
50年代后期由于涡轮叶片工作温度的提高要求合金有更高的高温强度但是合金的强度高了就难以变形甚至不能变形于是采用熔模精密铸造工艺发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。
60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。
为了满足舰船和工业燃气轮机的需要60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。
纯镍（Ni200）材质硬度化学成分
硫、磷等杂质元素对纯镍焊缝的影响 硫、 磷等杂质元素在高温时 极易与镍生成低熔共晶体， 比如硫化镍的熔点为 645℃， 磷化镍的熔 点为 880℃， 而纯镍的熔点为 1455℃， 因此当纯镍熔池凝固时， 这 些低熔点共晶体还处于也液态， 以液态膜的形式残留于晶界区， 在焊 缝冷却过程中产生的收缩应力作用下， 容易开裂形成热裂纹。 因此， 必须控制母材和填充金属中杂质元素如硫、 磷的含量， 一般标准规定 含硫量不得超过 0.01%。
结束语实践表明通过对ni200纯镍管道材料物理化学性质的总结和其焊接性的分析制订出科学合理的焊接工艺同时针对其焊接过程易出现的问题进行提前预防完全能够满足美国asme规范对纯镍管道焊接的质量要求为我公司首次纯镍管道焊接的顺利完成做出了贡献同时也为今后类似项目提供了有益的参考
纯镍（Ni200）材质硬度化学成分
上海霆钢金属集团有限公司 纯镍管材钨极氩弧焊使用氩气作为保护气。 氩气是一种惰性气体， 既不溶于镍也不和镍发生反应， 即使在高温性质也非常稳定。 但氩气 的纯度对焊接质量有较大影响，氩气中的氧、氮、水蒸气等杂质含量 超标时， 会时焊接电弧不稳定， 而且产生气孔。同时氩气流量也是一 个重要的焊接工艺参数， 氩气流量太小时，起不到保护的效果；当氩 气流量太大时，不仅造成浪费，反而会产生紊流， 将周围空气卷入保 护区， 使熔池保护效果恶化。 一般应使用一级氩气， 其纯度在 99.99% 以上， 杂质的总质量分数不超过 0.02%， 露点低于-50℃， 空气相对 湿度不超过 5%， 水分含量不大于 0.001mg/L。 氩气流量可由以下经 验公式确定：Q=K·D 式中 Q 为氩气流量；K 为系数（一般取 K=0.8～ 1.2）；D 为喷嘴直径，D= （2.5～3.5d） （d 为钨极直径，一般 d=3mm），故氩气流量一般在 8～10L/min 为宜；背面保护气流量一 般为 4～6L/min。
化学成分及时效处理对镍铬铝铁精密电阻合金性能的影响
2019,Vol.33,No.12 www.mater⁃rep.com yongwangmse@DOI :10.11896/cldb.18100180基金项目:国家重点研发计划资助课题(2016YFB0402603) This work was financially supported by the National Key R &D Program of China (2016YFB0402603).化学成分及时效处理对镍铬铝铁精密电阻合金性能的影响王 勇1,,杨贤军2,喻文新2,黄树东1,徐永红2,吴 达2,乔丽英11 重庆大学材料科学与工程学院,重庆4000452 重庆川仪金属功能材料分公司,重庆400702镍铬改良型精密电阻合金是在Ni80Cr20电热合金基础上经过成分优化发展而来,目前常用的有Ni⁃Cr⁃Al⁃Fe 和Ni⁃Cr⁃Al⁃Cu 两个系列㊂该类合金具有高电阻率(籽)㊁低电阻温度系数(TCR )和低对铜热电势等优异的电学性能,是制作高性能电阻元件的关键材料,受到了我国研究者的高度重视,但关于其基础研究的报道很少,制约了相关生产技术的进步㊂Al 和Fe 是Ni⁃Cr⁃Al⁃Fe 系精密电阻合金中两种主要的合金元素,本研究通过合理的成分设计,研究了这两种元素对合金力学和电学性能的影响规律;同时该合金通常是在固溶和时效处理状态下使用,因此也设计了相应的热处理工艺,以考察时效处理对合金性能的作用规律㊂本工作分析了不同合金的晶粒尺寸,测试了合金的硬度和拉伸性能,并利用电阻测试仪㊁电阻温度系数测试仪和热电偶检定炉等检测了合金的电学性能㊂结果表明,在本研究设计的成分范围内,合金的晶粒尺寸随Al 含量的增加而减小,但其对Fe 含量的变化不敏感㊂在力学性能方面,合金的硬度和强度随Al 和Fe 含量的增加而提高,塑性相应下降,但Fe 的作用较Al 弱;经时效处理后,合金的强度和硬度上升,但塑性无明显变化㊂在电学性能方面,Al 和Fe 含量的增加均使合金电阻率升高,但二者对电阻温度系数的影响规律相反,TCR 随Al 含量的增加而减小㊁随Fe 含量的增加而增大,并且在一定条件下会出现负值,因此通过合理调整Al 和Fe 含量的比例,有望得到接近于0的TCR ;合金的对铜热电势随Al 含量的增加而先降后增,在Al 含量为3.2%~3.7%(质量分数)范围内出现最小值,但其对Fe 含量不敏感;经时效处理后,合金的电学性能得到明显改善,即电阻率升高㊁TCR 下降㊁对铜热电势下降㊂总体而言,Al 含量对该精密电阻合金力学和电学性能均有显著影响,而Fe 的作用主要体现在对电阻温度系数的调控方面㊂本研究结合晶粒尺寸㊁微观结构在热处理过程中的变化以及元素的核外电子分布等特点,讨论了成分和热处理导致合金力学和电学性能改变的内在机理,该研究结果对于Ni⁃Cr⁃Al⁃Fe 精密电阻合金的成分㊁工艺和性能的优化具有重要的实用价值㊂关键词 精密电阻合金 成分 时效 力学性能 电学性能中图分类号:TG132.2 文献标识码:AEffect of Chemical Composition and Aging Treatment on Properties of Ni⁃Cr⁃Al⁃Fe Precise Resistance AlloyWANG Yong1,,YANG Xianjun 2,YU Wenxin 2,HUANG Shudong 1,XU Yonghong 2,WU Da 2,QIAO Liying 11 College of Materials Science &Engineering,Chongqing University,Chongqing 4000452 Chongqing Chuanyi Metallic Functional Materials Co.,Ltd.,Chongqing 400702Nickel⁃chromium based precise resistance alloys,including primarily Ni⁃Cr⁃Al⁃Fe and Ni⁃Cr⁃Al⁃Cu alloys,are developed from the electrother⁃mal alloy Ni80Cr20by adding some other alloy elements.Because of their excellent electrical properties,such as high resistivity,low tem⁃perature coefficient of resistivity (TCR)and copper thermoelectric potential,these alloys are the key of high⁃performance resistance elements and attract much attention.However,fundamental researches on the precise resistance alloys are seldom reported,restricting the development of the manufacturing technology of these alloys. In this paper,a series of alloys with different compositions were designed and manufactured so as to investigate the effects of the concentration of Al and Fe,which were the main alloying elements in Ni⁃Cr⁃Al⁃Fe precise resistance alloy on the mechanical and electrical properties.Also,solid solution and aging treatment processes were conducted in order to explore the influence of heat treatment on the properties because the preci⁃sion resistance alloys were usually used after aging treatment.Grain sizes,hardness and tensile properties of different alloys were measured.The electrical properties of alloy were tested by using resistance tester,TCR tester and thermocouple calibration furnace respectively.It was found that the grain size decreased with the increase of Al but it was not sensitive to the content of Fe,in the concentration range of this work.As for the mechanical properties,the strength and hardness of the alloy increased with the increase of Al and Fe content,and the plasticity de⁃creased correspondingly.But the effect of Fe was much less than Al.After aging treatment,the strength and hardness increased simultaneously,but the plasticity almost had no change.In terms of electrical properties,as the Al and Fe content increased,the resistivity increased too.These two elements affected the TCR conversely,i.e.,the TCR declined with the increase of Al but rose with the increase of Fe.Furthermore,nega⁃tive TCR values were attained under some conditions.Hence,it was expectable to get TCR values close to zero by adjusting the ratio of Al and Fe properly.With the increase of Al content,the copper thermoelectric potential decreased first and then increased,and the minimum appeared at 3.2wt% 3.7wt%Al.However,it was not sensitive to Fe content.Aging treatment affected the electric properties favorably,that is,it in⁃creased the resistivity but decreased TCR and copper thermoelectric potential.Generally,the content of Al affected the electrical and mechanical properties obviously,while the primary effect of Fe content was on TCR. In this paper,the mechanism of the evolution of mechanical and electrical properties of precise resistance alloys with composition and heat treatment was discussed from the aspect of grain size,microstructure variation during heat treatment and extranuclear electron distribution of dif⁃ferent elements.These results was hopeful to provide some practical references for the optimization of the composition,process and performance of Ni⁃Cr⁃Al⁃Fe precise resistance alloy.Key words precise resistance alloy,composition,aging,mechanical properties,electrical properties0 引言精密电阻一般是指阻值为0.1~20MΩ㊁允许偏差在±2%~±0.001%的电阻,其在电路中主要发挥控制电压㊁限流保护和监控电量等作用,也可用作时间电路元件和传感器等[1],在电子仪器㊁移动通信㊁航空航天和自动控制等领域具1314有非常重要的作用㊂精密电阻合金是精密电阻元件的核心材料,其电阻具有高度的精确性及稳定性;所谓精确性是指在外界温度等参数改变的情况下,阻值仍保持在较小范围波动;而稳定性是指随时间变化,阻值变化控制在一定范围内㊂另外,为了适应电子器件小型化的发展趋势,还需要合金具有高的电阻率以减小电阻元件的尺寸㊂目前,常用的精密电阻合金有Cu⁃Mn㊁Cu⁃Ni和Ni⁃Cr等三个系列,其中Ni⁃Cr系合金的电阻率(ρ)可达130μΩ㊃cm以上,电阻温度系数(TCR)低至(±1×10-5)℃-1,因而在精密电阻的应用中得到广泛重视,被列入科技部 十三五”国家重点研发计划项目[2]㊂国外对精密电阻合金的研究始于19世纪末,在20世纪40年代到60年代中期,开发了镍铬改良型合金[3],我国从20世纪70年代开始引进生产㊂这类镍铬改良型合金是在Ni80Cr20电热合金的基础上加入其他元素改性而成,主要有Ni⁃Cr⁃Al⁃Fe和Ni⁃Cr⁃Al⁃Cu两种㊂添加元素使得镍铬合金的高ρ㊁低TCR状态(K⁃状态)[3]由400~800℃降到了常温附近,从而满足了电阻元件的使用要求㊂但是,由于这类合金绝对用量较少,核心技术主要被国外几家企业所控制,关于其相关基础研究的文献很少,目前还未见添加元素对合金性能影响规律的报道,这在很大程度上制约了相关机理的研究和材料性能的进一步提升㊂因此,本研究以Ni⁃Cr⁃Al⁃Fe合金为代表,研究了Al和Fe添加量对其性能的影响规律,并考察了固溶和时效处理对其性能的作用规律㊂1 实验1.1 合金成分设计及制备本工作的重点是研究Al㊁Fe含量以及时效处理对固溶态Ni⁃Cr⁃Al⁃Fe合金性能的影响规律,因此根据该类合金的常用成分范围,设计了Al㊁Fe两组成分分别进行研究,见表1㊁表2㊂表1 Al组合金成分设计(质量分数,%)Table1 Composition design(wt%)of group AlNo.Ni Cr Fe Al1Bal.20.32.52.22Bal.20.32.52.73Bal.20.32.53.24Bal.20.32.53.75Bal.20.32.54.2表2 Fe组合金成分设计(质量分数,%)Table2 Composition design(wt%)of group FeNo.Ni Cr Al Fe1Bal.20.33.21.52Bal.20.33.22.03Bal.20.33.22.54Bal.20.33.23.05Bal.20.33.23.5 各成分合金均采用真空熔炼而成,然后再进行电渣重熔以提高其纯净度和成分均匀性㊂锭坯去除氧化皮后锻造开坯,再经过多次轧制㊁退火㊁拉拔等工艺得到直径为2.0mm的丝材㊂丝材固溶处理工艺为:加热至1050℃㊁保温1.5h后出炉水冷至室温;然后将固溶处理后的样品(固溶态合金)在500℃时效处理3h㊂热处理过程中采用氨分解气保护㊂1.2 分析测试方法采用金相法对样品的晶粒度进行评级㊂用HXP⁃100T型LCD显微硬度计和XLD⁃E微机控制电子式万能试验机测试合金的显微硬度与拉伸性能;采用SB2230直流数字电阻测试仪㊁RKT3000B电阻温度系数测试仪和LY⁃1热电偶检定炉测定合金的电阻率㊁TCR及对铜热电势等电学性能㊂众所周知,固溶态合金在时效处理过程中,基体不会发生结构转变,晶粒尺寸也不会改变,因此晶粒度测定只针对时效样品进行㊂而固溶态合金力学和电学性能的测试则在时效处理前后分别进行,以研究热处理对其性能的影响㊂2 结果与讨论2.1 成分对晶粒尺寸的影响图1显示了Al㊁Fe含量对合金晶粒度的影响㊂由图1a 可见,Al对合金晶粒尺寸有着较为明显的细化作用,随着Al 含量由2.2%(质量分数,下同)增加到4.2%,合金的晶粒度也由6级增大到9级㊂由图1b可知,Fe含量的增加对合金晶粒尺寸影响不大,在含Fe量1.5%~3.5%范围内,合金的晶粒度基本保持在8级左右㊂图1 (a)Al和(b)Fe含量对合金晶粒度的影响Fig.1 Effect of(a)Al and(b)Fe content on grain size of the alloys 合金在固态下为单相固溶体,基体不会发生相变,因此其晶粒尺寸的变化只能发生在塑性变形和再结晶阶段,合金元素对晶粒的影响也主要来源于其在再结晶过程中对晶界的钉扎作用㊂合金中几种主要元素的原子半径分别为:0.124 nm(Ni)㊁0.127nm(Cr)㊁0.127nm(Fe)㊁0.143nm(Al)㊂其中Fe与基体元素Ni和Cr的原子半径相近,其固溶在点阵中引起的晶格畸变较小,更容易均匀分布于晶内,而不会对晶界产生明显的拖曳作用;但Al㊁Ni和Cr的原子半径相差较大,为了2314材料导报(B),2019,33(12):4131⁃4135减小畸变㊁降低能量,固溶的Al更倾向偏聚于晶界,从而抑制再结晶过程中的晶界迁移,产生细化晶粒的作用㊂2.2 力学性能变化规律图2显示了合金显微硬度随Al㊁Fe含量的变化规律㊂从图2可以看出,Al对合金硬度具有较为显著的影响,随着Al 含量由2.2%增加到4.2%,固溶态合金硬度由160HV0.2提高到190HV0.2,经时效处理后其硬度由175HV0.2提高到275HV0.2;㊂图2 (a)Al和(b)Fe含量对合金硬度的影响Fig.2 Effect of(a)Al and(b)Fe content on micro⁃hardness of thealloys图3 (a)Al和(b)Fe含量对合金拉伸性能的影响Fig.3 Effect of(a)Al and(b)Fe content on tensile properties of the al⁃loys合金拉伸性能随Al㊁Fe含量的变化如图3所示,可以看出,两种添加元素对合金拉伸性能的影响与对硬度的影响相似㊂合金抗拉强度随Al含量的增加而增大,在Al含量为2.2%~4.2%范围内,固溶态合金的抗拉强度为740~1010MPa,经时效处理后提高到760~1100MPa㊂从强度来看,时效强化效果对Al含量的敏感性不如硬度表现得那么明显㊂延伸率随Al含量的升高而下降㊂Fe对合金拉伸性能的影响规律与Al基本一致,但程度较低㊂值得注意的是,虽然时效处理提高了合金的强度和硬度,但对其塑性并无明显影响,即同成分的合金在时效处理前后的延伸率基本相同㊂在固溶态合金中,Al和Fe主要起固溶强化作用㊂由于Al的原子半径与基体元素的原子半径差异较大,因此其引起的畸变应力场也较大,对位错的阻碍作用较强,强化效果显著,合金的硬度和强度随Al含量的增加而提高,而塑性则相应下降㊂Fe的原子半径与基体元素相近,强化效果不大㊂晶粒尺寸也是影响合金强韧性的重要因素,合金的强度随晶粒细化而增大㊂图1a表明,合金的晶粒尺寸随Al的增加而减小,因此强度提高㊂虽然细化晶粒在改善合金强度的同时能够增加塑性,但由于固溶Al原子引起的畸变应力场较大,造成的塑性损失超过了细化晶粒的作用,所以合金塑性仍然随Al含量的增加而下降㊂Fe对合金晶粒尺寸的影响不大(图1b),因此也未表现出明显的细晶强化效应㊂经时效处理后,合金中不会产生第二相,而会出现一种短程有序结构[4⁃5]㊂事实上,本研究也未发现时效处理后样品有任何沉淀析出特征㊂原子在局部的特殊排列使得无序固溶体的周期性发生变化,并引起晶格畸变应力场,给位错运动增加额外的阻力,产生强化效应[5⁃6]㊂因此,经时效处理后,合金的强度和硬度均得到提高㊂短程有序结构的形成是一个扩散过程㊂Al的熔点较低,在相同温度下,其热振动较合金中的其他元素更为剧烈,从而有利于短程有序结构的形成;因此随着Al含量的增加,时效处理后短程有序结构的数量也会增加,强化作用提高㊂合金延伸率在时效处理前后基本相同,这一方面得益于面心立方结构优异的塑性性能,另一方面也说明短程有序对位错滑移的阻碍不够显著㊂Dudova等[5]指出,当应力足够大时,位错可以切过这种短程有序区域㊂2.3 电学性能变化规律电学性能是镍铬精密电阻合金的关键指标,主要包括电阻率㊁TCR和对铜热电势㊂以下分别讨论合金元素含量和时效处理对上述三种性能的影响规律㊂(1)电阻率图4为合金电阻率随Al㊁Fe含量的变化情况,可以看出,随着Al和Fe含量的增加,电阻率呈线性升高,但Fe的提升作用显著小于Al;经时效处理后,合金的电阻率也得到改善㊂在Al含量为2.2%~4.2%范围内,固溶态合金的电阻率为114~131μΩ㊃cm,经时效处理后上升到123~143μΩ㊃cm;在Fe含量为1.5%~3.5%范围内,固溶态合金的电阻率为122~124μΩ㊃cm,经时效处理后上升到129~132μΩ㊃cm㊂电子在电场作用下进行定向运动时就产生了电流,对于金属导体而言,电子在定性运动过程中受到的散射作用是出现电阻的主要原因㊂添加的合金元素导致点阵畸变等晶格缺陷,增加了电子散射的几率,从而提高了电阻率㊂在连续固溶体中,合金元素的添加量和添加种类越多,电阻越大㊂因此,Al和Fe的添加均使得电阻率提高,前者原子半径与基3314化学成分及时效处理对镍铬铝铁精密电阻合金性能的影响/王 勇等体原子差异较大,引起的点阵畸变和散射作用也更强,对电阻率的影响更加显著;而与基体组元原子半径相近的Fe引起的点阵畸变和散射作用较弱㊂图4 (a)Al和(b)Fe含量对合金电阻率的影响Fig.4 Effect of(a)Al and(b)Fe content on electric resistivity of the al⁃loys通常情况下,如果时效处理后析出了第二相或长程有序相,合金的电阻率会降低;但镍铬精密电阻合金表现出反常的行为,即经时效处理后,其电阻率上升㊂一般认为,这是该合金中出现了某种短程有序结构所致[4]㊂Ni㊁Cr㊁Fe均为第四周期的过渡金属,其N层的轨道已有电子排布,但次外层的3d轨道尚未填满,因此,在形成合金时,异类原子的外层电子就可能进入这些未满的内层轨道,减少了有效电子数量,导致电阻率升高㊂短程有序结构的出现意味着异类原子之间的交互作用能强于同类原子的交互作用能,更有利于外层电子进入未满的内层轨道,电阻率会较固溶态的无序固溶体进一步增大;同时,短程有序结构非常细小,通常仅为数纳米,而且不易长大[7],其必然弥散地遍布于基体中,对合金导电性能产生显著影响㊂事实上,合金的导电性能对短程有序非常敏感,使电阻率的测定成为研究短程有序结构及其转变行为的一种有效手段[8⁃9]㊂(2)TCR合金TCR随Al㊁Fe含量的变化规律如图5所示㊂Al和Fe对合金TCR的影响表现出相反的规律,前者使TCR降低,后者使TCR升高;时效处理则降低了合金的TCR㊂在Al含量为2.2%~4.2%范围内,固溶态合金的TCR为(20~80)×10-6℃-1,经时效处理后下降到(-29~42)×10-6℃-1;在Fe 含量为1.5%~3.5%范围内,固溶态合金的TCR为(32~58)×10-6℃-1,经时效处理后下降到(-17~12)×10-6℃-1㊂王晓平等[10]研究发现TCR值与晶粒尺寸成正比,这在一定程度上可以解释Al含量对TCR的影响,即合金晶粒尺寸随着Al含量的增加而变小(图1),因而其TCR降低㊂但使合金电阻率随温度变化的物理本质十分复杂,电子与声子和晶界等晶格缺陷的交互作用通常导致合金出现正的TCR,这也是金属材料中的常见现象;而近藤效应和声子软化引起的晶格失稳等则引起负的TCR[11]㊂因此,合金成分和时效处理对TCR的影响机制迄今尚未得到明确的理论解释,有待进一步研究㊂图5 (a)Al和(b)Fe含量对合金电阻温度系数的影响Fig.5 Effect of(a)Al and(b)Fe content on TCR of the alloys 精密电阻合金应当具有低的TCR绝对值,这样才能保证其在使用温度范围内具有优异的阻值稳定性,以提高电阻元件测试和控制精度㊂目前,国际先进企业能够批量供货的精密电阻合金的TCR一般为±1×10-5℃-1㊂在本工作研究的合金中,Al的加入使其TCR下降,Fe的加入使其TCR升高,因此可以通过优化二者的配比,以达到调控制合金TCR的目的㊂(3)对铜热电势合金对铜热电势随Al㊁Fe含量的变化如图6所示㊂从图6可以看出,Al和Fe对合金对铜热电势的影响规律显著不同,前者曲线上出现一个极小值,后者对铜热电势的影响几乎可以忽略;时效处理则使合金的对铜热电势降低㊂随着Al含量的增大,合金的对铜热电势呈先降后增趋势,最低值出现在Al含量为3.2%~3.7%范围内,固溶态合金的对铜热电势约为0.12μV㊃℃-1,经时效处理后下降到0.03μV㊃℃-1左右㊂对铜热电势的可以用式(1)表示:E Cu=KT e ln nA nB=K(T1-T2)e ln nA nB(1)式中:nA与nB分别为精密电阻合金和铜的自由电子密度;K 是玻尔兹曼常数;e为电子电荷绝对值;T为绝对温度㊂Ni㊁Cr为过渡族元素,其内层的3d轨道未满,合金元素的部分外层电子可以进入未满的内层轨道,使得固溶体的自由电子减少;而且合金元素造成Ni⁃Cr基体晶格畸变,增大了空位浓度,降低了自由电子密度㊂这两方面作用引起nA减小,使得合金的对铜热电势(E Cu)降低㊂Al的原子半径与基体元素相差较大,造成的晶格畸变和自由电子密度变化也较4314材料导报(B),2019,33(12):4131⁃4135大,因此对E Cu的影响显著;而Fe原子的原子半径与基体Ni⁃Cr的原子半径比较接近,外层电子排布情况也很接近,因此对E Cu的影响不大㊂但是,Al的自由电子多,当其含量超过一定限度(3.2%~3.7%)后,又会引起nA增大,E Cu开始升高㊂经时效处理后,合金的E Cu下降,这与短程有序结构出现后异类原子间较强的交互作用进一步促使外层电子进入未满的内层轨道,从而造成自由电子密度nA下降有关㊂图6 (a)Al和(b)Fe含量对合金对铜热电势的影响Fig.6 Effect of(a)Al and(b)Fe content on E Cu of the alloys 综上所述,Al和Fe对合金的电学性能有重要影响㊂总体而言,Al的影响较大,它使合金电阻率升高㊁TCR下降㊁对铜热电势出现极小值;Fe的影响较小,它使合金电阻率和TCR升高㊁对铜热电势基本不变㊂为了满足合金高电阻率㊁低TCR绝对值和低对铜热电势的要求,应当合理控制二者的含量;特别是有效利用Al和Fe对TCR的相反作用,对得到TCR绝对值接近于0的合金有特别重要的意义㊂经时效处理后,合金的电学性能均得到改善,能够更好地满足精密电阻的要求㊂3 结论(1)在本实验研究范围内,固溶态和时效态Ni⁃Cr⁃Al⁃Fe 电阻合金的晶粒尺寸随Al含量的增加而减小;Fe含量对晶粒尺寸无明显影响㊂(2)Ni⁃Cr⁃Al⁃Fe电阻合金的硬度和强度随Al和Fe含量的增加而增大,塑性则相应下降,而且Al的作用远比Fe明显;经时效处理后,各成分合金的强度和硬度均上升,但塑性无明显变化㊂(3)Ni⁃Cr⁃Al⁃Fe电阻合金的电学性能受到成分和热处理的明显影响㊂Al和Fe含量的增加均使合金电阻率升高,前者作用更大;而二者对TCR的影响显示出相反的规律,Al使TCR上升,Fe则使TCR下降;合金的对铜热电势随Al含量的增加呈先降后增趋势,在Al含量在3.2%~3.7%范围内出现最小值,而对铜热电势对Fe含量不敏感㊂(4)经时效处理后,合金的电学性能均得到改善㊂电阻率升高,TCR和对铜热电势均降低;TCR在时效处理后还会出现负值㊂因此,通过合理地调整Fe㊁Al含量,并经过适当的固溶和时效处理,可以获得接近于0的TCR㊂参考文献1 Kieffer T P,Peters K J.Strain,2018,54(1),e12253.2 Yang X J,Wang Y,Xu Y H,et al.Process Automation Instrumentation, 2018,39(6),54(in Chinese).杨贤军,王勇,徐永红,等.自动化仪表,2018,39(6),54.3 Braudaway D W.IEEE Transactions on Instrumentation&Measurement, 1999,48(5),878.4 Pollock D D.Journal of Testing and Evaluation,1983,11(3),225. 5 Dudova N R,Valitov V A,Kaibyshev R O.Doklady Physics,2009,54 (2),77.6 Kang J H,Ingendahl T,Appen J,et al.Materials Science&Engineering A,2014,614(9),122.7 Marucco A.Materials Science and Engineering A,1995,194,225.8 Pfeiler W.Acta Metallurgica,1988,36(9),24179 Verma A,Singh J B,Sundararaman M,et al.Metallurgical and Mate⁃rials Transactions A,2012,43(9),307810Wang X P,Zhao T X,Ji H,et al.Acta Physica Sinica,1994,43(2), 297(in Chinese).王晓平,赵特秀,季航,等.物理学报,1994,43(2),297.11Kakeshita T,Fukuda T,Tetsukawa H,et al.Japanese Journal of Applied Physics,1998,37(5A),2535.(责任编辑 荆秋叶)Yong Wang,born in February1968,Ph.D.,post⁃doctoral fellow,is an associate professor at the Schoolof Materials Science and Engineering,Chongqing Uni⁃versity,and a member of the National ElectrotechnicalAlloy Standardization Technical Committee.He haslong been engaged in teaching and research work in e⁃lectrical alloys,biomedical metal materials,phasechange theory and powder metallurgy.He has partici⁃pated in the research of various vertical research pro⁃jects and various horizontal scientific research projects of the Ministry of Scie⁃nce and Technology,the Natural Science Foundation,and the ChongqingScience and Technology Bureau.He is currently undertaking the 13th and5th”National Key R&D Program(2016YFB0402600)and the ResearchWork of the City’s Technical Innovation and Application Demonstration Spe⁃cial Industry Key Research and Development Project of Chongqing(cstc2018jszx⁃cyzdX0090).He won2provincial and ministerial science andtechnology second prizes,1third prize,more than70academic papers,andmore than10invention patents.王勇,1968年2月生,博士,出站博士后,重庆大学材料科学与工程学院副教授,兼任全国电工合金标准化技术委员会委员㊂长期从事电工合金㊁生物医用金属材料㊁相变理论及粉末冶金等方面的教学和科研工作㊂参加过多项科技部㊁自然科学基金委㊁重庆市科技局等各级纵向科研项目和各类横向科研项目的研究,目前正在承担 十三㊁五”国家重点研发计划项目(2016YFB0402600)和重庆市技术创新与应用示范专项产业类重点研发项目(cstc2018jszx⁃cyzdX0090)的研究工作㊂获得省部级科技二等奖2项㊁三等奖1项,发表学术论文70余篇,获权发明专利10余项㊂5314化学成分及时效处理对镍铬铝铁精密电阻合金性能的影响/王 勇等。
镍铬合金用途
镍铬合金用途
镍铬合金是一种高强度、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、耐磨损、具有优异的物理和化学性质的合金材料。
由于其良好的性能和广泛的应用领域，镍铬合金被广泛应用于航空、航天、石油、化工、电力、机械等领域。
在航空航天领域，镍铬合金用于制造涡轮叶片、燃烧室、燃气轮机等部件。
这些部件需要能够承受高温高压的工作环境，而镍铬合金具有良好的高温强度和抗氧化性能，因此被广泛应用。
在石油化工领域，镍铬合金用于制造反应器、换热器、管道等设备。
这些设备需要抵御腐蚀性气体和液体的侵蚀，而镍铬合金具有优异的耐腐蚀性能，因此被广泛应用。
在电力工业中，镍铬合金用于制造锅炉管、汽轮机叶片、发电机转子等部件。
这些部件需要能够承受高温高压的工作环境以及长期运行的磨损和腐蚀，而镍铬合金具有良好的高温强度、耐磨损性和耐腐蚀性能，因此被广泛应用。
总之，镍铬合金是一种具有广泛用途的高性能合金材料，其在航空、航天、石油、化工、电力、机械等领域的应用越来越广泛，随着技术的不断提高，其应用前景更加广阔。
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镍铬合金的化学成分和微观结构
镍铬合金是一种常用的高温合金，具有优异的耐热、耐腐蚀和耐氧化性能。
它通常由镍、铬和其他元素组成，如铬、钛、钨、铌等。
化学成分的调整可以改变合金的性能，例如增加铌的含量可以提高合金的高温强度。
镍铬合金的微观结构也是影响其性能的重要因素。
通常，镍铬合金是由固溶体、碳化物和金属间化合物组成的。
固溶体是由镍、铬和其他元素形成的单一相结构，具有优异的抗氧化性和热膨胀性能。
碳化物是由碳和金属元素形成的化合物，可以提高合金的硬度和耐磨性。
金属间化合物是由两种或多种金属元素形成的化合物，具有优异的高温强度和耐腐蚀性能。
镍铬合金的化学成分和微观结构对其性能有着重要的影响。
通过调整化学成分和微观结构，可以得到具有不同性能的镍铬合金，从而满足不同领域的需求。
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