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镍铬合金的起源及发展研究

2020-10-21粟毅

锦绣·上旬刊 2020年4期
关键词:合金电阻强度

粟毅

一、简介

镍铬合金,也被称为镍铬合金,是一种由镍、铬和偶尔的铁混合而成的合金[1]。该合金以其耐热、耐腐蚀和抗氧化性而闻名,在许多应用中有着令人难以置信的应用[2]。从工业制造到爱好,镍铬合金以金属丝的形式出现在一系列商业产品、工艺和工具中。

本文将介绍镍铬合金的历史发展、制备方法、优缺点和应用前景,并对其进行总结。

二、制造历史和方法

2.1镍铬合金的历史发展及元素组成

镍铬合金是阿尔伯特·马什1906年申请的美国专利(美国专利811859[3])。这是有记录以来最古老的电阻加热合金形式。镍铬合金的质量分数是80%镍和20%铬,但对于许多应用来说,还有许多其他的金属组合。例如,镍铬合金丝含有60%的镍和40%的铬[4]

20世纪30年代末,镍基电热合金在英国发展起来。镍基电热合金的发展经历了零部件改进和制造工艺创新两个阶段。在初始阶段,合金具有较高的强度。中间阶段制备了性能良好的单晶高温合金。最终得到了具有热腐蝕性能的高铬镍基合金。

2.2关键材料

镍铬合金在许多地方用作原料,所以镍铬合金是“关键材料”

关键材料是指起始材料或原材料,其作为结构碎片并入用于人类活动的子系统结构中,该子系统从已知制造商处采购,用于良好的人类活动[8]。

2.3制造方法

由于其高熔点、高塑性和抗电子流动性。镍铬合金丝通常采用拉丝工艺制成,并绕在具有一定电阻的线圈中。当电流通过时,它会产生热量,所以它被用于加热装置或电器中的电子点火装置。

几乎任何一种导电导线都可以用来加热,但大多数金属导电效率很高,需要将它们形成非常细而细的导线,以产生足够的电阻来产生热量。当在空气中加热时,大多数金属会迅速氧化,变脆并断裂。镍铬合金丝在加热到红热的温度时,会形成一层在空气中热力学稳定的氧化铬[3]外层,主要不受氧气的影响,并保护加热元件不受进一步氧化

三、优点和缺点

主要优势优势[6]:制造成本低(适用于生活中的所有场景)、高机械强度和高蠕变强度、高延展性(易拉丝)、耐腐蚀、抗氧化、高熔点,高温稳定性(可用于高温环境)镍铬合金以其高机械强度和高蠕变强度而闻名。[4]镍铬合金的性能因其合金而异。给出的数字代表典型材料,并精确到表示的有效数字。任何变化都是由镍或铬的不同百分比引起的。

存在的缺点:在使用中装配难度较大,且可能造成短路。

四、使用范围及对环境的影响

4.1实际应用

由于镍铬合金的高电阻,即使在小电流下也会产生热量。这些特点使得镍铬合金丝在整个工业中有着广泛的应用。主要用于[7]:

(1)陶瓷生产和玻璃生产,所有部件均采用铬镍合金连接

(2)远程点火器,如烟花

(3)残余金属的实验室试验

(4)可与工业炉配套使用,制造热丝切割机

4.2对环境的影响

镍铬合金对环境有一定的影响,主要是镍铬合金生产过程中加热的铬对人体有害,工厂排放的铬对土壤和水环境影响较大[8]

但镍铬矿生产后,由于其熔点高,对强碱、强酸和氧化溶剂的抵抗力强[8],一般不会分解,对环境的影响也会很小。铬通过自然过程和人类活动进入环境。铬含量将会由于皮革、纺织和钢铁制造而增加,和人体接触的机会会增加;同时铬也会通过一些相同的渠道进入环境,如皮革和纺织制造,在工业中应用,如电刷和化学制造。由于铬酸盐矿山的渗漏或采矿工具和供应品的不当处置,以及工业制造设备的不当处置,可能会造成地下水污染,对环境造成损伤。

五、总结

镍铬合金由于其优异的性能,自生产以来仅100年就被广泛应用于生活的方方面面。由于其独特的性能,温度越低,电阻越高,在家用电器的发热元件中起着重要的作用。长期以来,科学家们一直在调整铬和镍的比例,尝试不同的生产方法。在不久的将来,镍铬合金的应用范围将进一步扩大。

参考文献

[1]Wu Yongren.Encyclopedia of Chinese middle school teaching.Chemistry volume.Shenyang:Shenyang publishing house.1990.Page 121-122  cited 2020/3/4

[2]Flournoy,Blake. “What Is Nichrome Wire Used for?”. sciencing.com.Retrieved 28 October 2019 cited 2020/3/4

[3] “US Patent 811,858” cited 2020/3/4

[4]What Is Nichrome Wire Used for? Blake Flournoy https://sciencing.com/nichrome-wire-used-for-5871336.html \ cited 2020/3/4

[5]“Advanced Topic:Oxidation Resistant Materials” (PDF).Sciences Education Foundation.General Atomics.2002.cited 2020/3/4

[6]“Nichrome - Union City Filament”. Union City Filament.Retrieved 2017-10-02.cited 2020/3/4

[7]RepRap Nichrome wires vs resistor? https://reprap.org/forum/read.php?70,123351cited 2020/3/4

[8]Law insider Definition ofCRITICAL MATERIAL https://www.lawinsider.com/dictionary/critical-material cited 2020/3/4

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