В современной технике (в производстве точных измерительных и регулирующих приборов и других средств автоматизации, химической и других отраслях промышленности) в ряде случаев требутся применение металлов и сплавов с особыми физико-химическими и механическими свойствами. К числу особых свойств относятся: отсутствие износа (опоры измерительных приборов), постоянство электросопротивления (потенциометры), сильное и постоянное изменение электросопротивления в зависимости от температуры (термометры сопротивления), сильное и постоянное изменение электродвижущей силы в зависимости от температуры (термопары), высокая коэрцитивная сила и остаточная индукция (постоянные магниты), низкая эрозия в сочетании с комплексом других свойств (электрические контакты). К числу особых свойств относится также способность служить катализаторами химических реакций. Катализаторы из платины и палладия применяют в компактном, губчатом и коллоидном состояниях, в виде черни, а также проволоки, фольги и сетки. Катализаторы из сплавов платины с родием (Рt + 7,0% Rh) и платины с родием и палладием (Pt+ 3% Rh + 4% Рd) изготовляют в виде сеток.
Опоры осей приборов
Иглы, опоры игл компасов, осей и других вращающихся частей точных измерительных и регулирующих приборов практически не должны изнашиваться при заданных условиях работы. Для этого необходимо, чтобы материал сочетал особо высокие показатели твердости, сопротивления истиранию и сопротивления коррозии. Обычно применяют природный осмистый иридий в виде зерен диаметром 0,8—1,0 мм. Плавленые наконечники для осей приборов, а также вечных перьев изготовляют из аплавов Оs — W — Со, Оs — W — Ni, Ru — W — Ni и Ru — W — Со. Природные зерна и плавленые шарики припаивают серебряным или золотым припоем или приваривают (на конденсаторных сварочных аппаратах) к основе опор приборов или к перьям самописцев, авторучек и т. п.
Термометры сопротивления
Наиболее точно температуру измеряют с помощью платинового термометра сопротивления. Для получения высокостабильных показаний и увеличения чувствительности к изменению температуры (высокого температурного коэффициента электросопротивления) необходимо иметь платину особо высокой чистоты. Отношение R100/R0 для марки «Экстра» составляет 1,389 и марки «Победа» 1,392. Для термометров первого класса допускаемое отклонение ±0,05% и второго класса ±0,1%.
Электротехнические постоянные сопротивления
Потенциометры и другие подобные элементы электрических приборов должны обладать постоянством электросопротивления в условиях эксплуатации. Этому требованию в более полной мере удовлетворяют по сравнению оо сплавами на основе цветных металлов (манганином, константаном и др.) сплавы на основе благородных металлов. Эти сплавы в зависимости от требований могут сочетать необходимую величину и постоянство удельного и полного электросопротивления, малую электродвижущую силу в паре с медью, высокие показатели твердости, сопротивления истиранию и коррозии, малое контактное сопротивление. Сплавы применяют в виде пружин, спиралей, тонкой и тончайшей проволоки, поэтому они должны сочетать высокую пластичность при холодной деформации с заданными физико-механическими свойствами после термической обработки (отпуска).
Свойства сплавов для электрических сопротивлений
| Сплавы | НВ, кгс/мм2 | σb, кгс/мм2 | δ, % | ρ, oм•м/мм2 | α × 104 | |||
| наклепан- ного |
отожжен- ного |
наклепан- ного |
отожжен- ного |
наклепан- ного |
отожжен- ного |
|||
| Рt + 8% Ni Рt + 3% Сu Рt + 10% Сu Рt + 10% Ir Рt + 20% Ir Рd + 15% Сu Рd + 20% Ni Рd + 50% Ag рd + 10% Мо Рd + 10% W Рd + 20% W Рd + 25% W Рt + 5% W Аu + 5% Ni Рd + 65% Аg + 5% Сu Аu + 2,5% Fе + + 2,5% Mn + 2% Ni Аu + 2,5% Fе + + 3% Mn+ 1% V + + 2% Ni Аu + 2% Сr Ag + 10% Mn + 8% Sn |
337 146 242 230 390 210 216 200 275 260 330 350 250 197 213 173 213 — — |
190 97 137 128 210 90 97 77 128 100 130 140 180 116 94 117 118 — — |
113 65 105 86 115 93 95 78 137 100 164 180 100 70 88 69 81 — 39 |
64 36 52 43 80 37 48 31 56 51 64 72 58 36 45 46 52 — — |
3 — 1 2 2 3 3 4 2 2 2 2 — — 3 — — — 12 |
28 — 29 25 20 38 38 37 15 31 40 40 — — 35 — — — — |
0,29 0,34 0,65 0,25 0,31 0,38 0,38 0,31 0,90 0,38 1,10 1,18 0,425 0,14 0,15 0,68 0,90 0,33 0,50 |
15 7,7 0,6 — — 4,85 — — — — 0,6 — 6,1 7,1 4 1,9 1,06 0,01 0,0 |
Термопары
Температуры в широком интервале (от 0 до 2000° С) измеряют со значительной точностью в лабораторных и производственных условиях с помощью термоэлектрического пирометра. Действие его основано на стабильном и плавном изменении т. э. д. с. в зависимости от температуры, возникающей в месте контакта электродов термопар. Наиболее высококачественные термопары по жаростойкости, стойкости к окислению, взаимодействию с окружающей средой, стабильности и плавности изменения т. э. д. с. изготавливают из платины и сплавов на основе платины, главным образом с родием и иридием. Фактическая величина показаний, их точность и стабильность сильно зависят от чистоты металла и сплава. Поэтому приведенные в таблице величины т. э. д. с. не являются стандартными, и необходимо в каждом отдельном случае для обеспечения высокой точности и надежности показаний каждую термопару градуировать в паре гальванометрами.
Термопары с платиной и сплавами платины и родия наиболее устойчивы в защитной армировке из окиси алюминия. Недопустимо использование их в условиях, где возможен контакт с твердым углеродом, кремнием и кремнеземом, фосфором и его соединениями. Термопара иридий—вольфрам должна работать в вакууме или атмосфере инертного газа.
Т. э. д. с. термопар из благородных металлов и сплавов
| t,oC | (90% Pt+10% Rh)- (60% Au+30% Pd+ +10% Pt) |
(90% Pt+10% Rh)- (60% Au+40% Pd) |
Ag-константан | t,oC | (70% Pt+30% Rh)- (94% Pt+6% Rh) |
Rh-(80% Pt+ 20% Rh |
Ir-(40% Ir+60% Rh |
W-Ir |
| 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 |
2,97 6,40 10,60 15,12 19,96 25,00 30,38 35,70 41,00 46,42 51,80 57,10 62,42 |
4,34 8,92 13,31 18,64 24,21 29,82 35,55 41,32 46,93 52,57 — — — |
4,12 8,78 13,96 19,87 26,06 32,55 39,60 46,97 54,49 — — — — |
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 |
0,03 0,18 0,44 0,82 1,32 1,85 2,47 3,23 4,07 4,96 5,93 6,96 8,07 9,17 10,27 11,36 12,43 13,50 — — |
0,07 0,17 0,27 0,41 0,58 0,81 1,09 1,44 1,83 2,28 2,82 3,39 3,99 4,62 5,30 6,00 6,74 7,51 — — |
0,55 0,10 1,65 2,20 2,75 3,30 3,85 4,40 4,25 5,50 6,05 6,60 7,10 7,65 8,18 8,70 9,25 9,80 10,30 10,85 |
— — — — — — — — — 14,25 16,56 18,91 21,30 23,70 26,15 28,62 31,12 33,69 36,28 38,88 |
Составы сплавов для электродов термопар и температурные интервалы их применения
| Термоэлектроды | Максимальная температура, °С | ||
| положительный | отрицательный | кратковременное измерение |
длительное измерение |
| 90% Рt+10% Rh 87% Рt+13% Rh 100% Рt 90% Рt+10% Rh 100% Рt 90% Pt+10% Rh 100% Rh 100% Ir 100% W |
100% Рt 99% Рt+1% Rh 60% Аu+30% Рd+ + 10% Рt 60% Аu+40% Рd 60% Аu+40% Рd 60% Аu+30% Рd+ +10% Рt 80% Рt+20% Rh 40% Ir+60% Rh 100% 1r |
1600 1700 1300 1200 1200 1300 2000 2300 2300 |
1300 1450 1100 100 100 1100 1800 2000 2000 |
Удельное электросопротивление и его относительное изменение Rt/Ro
для сплавов платины с родием
| t, °С | Pt+10% Rh | Pt+13% Rh | t, °С | Pt+10% Rh | Pt+13% Rh | ||
| ρ, oм•мм2/м | Rt/Ro | Rt/Ro | ρ, oм•мм2/м | Rt/Ro | Rt/Ro | ||
| 0 100 200 300 400 500 600 700 |
— — — — — 0,337 — 0,393 |
1,000 1,166 1,330 1,490 1,646 1,798 1,946 2,093 |
1,000 1,156 1,308 1,456 1,601 1,744 1,885 2,023 |
800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 |
— 0,444 — 0,492 — 0,539 — 0,582 |
2,234 2,370 2,503 2,633 2,761 2,887 3,011 3,133 |
2,157 2,287 2,414 2,533 2,660 2,780 2,898 3,014 |
Постоянные магниты
Постоянные магниты изготовляют из так называемых магнитножестких сплавов с высокими коэрцитивной силой и остаточной индукцией. К числу магнитножестких относятся сплавы благородных металлов, соответствующие по составу соединениям Ag5MnAl (86,7% Ag + 8,8% Мп + 4,5 Al), PtFe (77,8% Pt + 22,2% Fe) и PtCo (76,7% Pt + 23,3% Co).
Сплав состава Ag5MnAl имеет коэрцитивную силу Нc — 300—500 э, магнитное насыщение, достигающее максимума при Нc— 500—550 э, и остаточную индукцию Вr до 6300 гс. Сплав не меняет остаточной индукции под воздействием внешних полей и применяется для постоянных магнитов малогабаритных измерительных приборов и в качестве магнитной пружины в приборах с вращающимися магнитами.
Сплавы составов PtCo и PtFe в упорядоченном состоянии (после отпуска или медленного охлаждения с 1200—1300°С) имеют большую коэрцитивную силу. Сплав состава PtFe имеет Нc=1570 э; Вr=5830 гс; (ВН)маск • 10-6=3,07 гс • э.
Сплав PtCo имеет Нc=2700 э; Вr=4500 гс; (ВН)маск • 10-6=4,00гс • э.
Магнитные свойства сплавов и их зависимость от состояния (смотрите на рисунке ниже)
Магнитные свойства сплавов Pt—Fe (22,2% Fe) и Pt—Со (23,3% Со)
Влияние закалки и старения на магнитные свойства сплава состава 86,9% Аg + 8,8% Мn + 4,3% Аl:
1 — закалка с 1000°С; 2 — старение при 650°С; 3 — старение при 750°С
Свойства сплава 86,9% Аg + 8,8% Мn + 4,3% Аl в зависимости от продолжительности отпуска после закалки при 800°С:
1 — твердость; 2 — удельное электросопротивление; 3 — магнитное насыщение; 4 — коэрцитивная сила
