1.本发明涉及精密电阻合金技术领域,尤其涉及一种用于制造精密电阻的锗锰铜合金。
背景技术:
2.锰铜精密电阻合金拥有成本低、良好的电学性能等优点,广泛应用于电子元器件行业。为了追求更加优良的合金,研究人员们往锰铜合金中加入了ni、fe、si等元素,对其加工性能和各项电学性能均有不同程度的改善。其中,锰加宁合金(manganin),即cu-12%mn-4%ni三元合金,一直处于精密电阻合金领先地位,在使用上有显著优势。但是,锰加宁合金依然存在使用温度范围较小的问题,仅在0~50℃时电阻变化较为稳定,超过此温度范围电阻变化会陡然增大。此外,由于mn含量较高,锰加宁合金在较大变形量下塑性不佳。
3.在上世纪60年代,英国专利和美国相继报道了锗锰铜合金。其中,锗拉宁合金(zeranin),即cu-7%mn-6%ge三元合金,在当时倍受关注。相对于锰加宁合金,锗拉宁合金冷加工性能更好,并且其电阻温度系数位于
±
3ppm/℃以内,在0℃~70℃时电阻随温度基本呈直线变化,在-75℃~125℃电阻变化仅为0.1%左右。因此,锗拉宁合金是一种能在宽温域下使用的良好材料。对于锗拉宁合金,由于锗含量较高,加之锗价格昂贵,故生产成本高。另外,锗拉宁合金长期使用时电阻经年变化较大,以及电阻受材料形变影响变化剧烈,让其应用受限。
4.上世纪80年代,国内学者白全智等对低锗锰铜和高锗锰铜进行了细致的研究,并证明了4yc6锗锰铜是一类高可靠性的精密电阻材料。公开号为cn101020974a,2007年的专利,公开了一种铜锰镓锗精密电阻合金,主要成分为7.0%~12.0%mn,6.0%~9.0%ga,1.0%~3.0%ge,余量cu。该合金可以在宽温域下(-60~125℃)保持较低温度系数,并且加工性能好,电学性能稳定。但该合金中镓元素含量较高,金属镓价格同样很高,所以材料成本增加,大批量生产使用受限。
5.为了获得加工性能好、电学性能优异以及生产成本低的电阻材料,有必要研究出一种新型锗锰铜精密电阻合金。
技术实现要素:
6.本发明目的是提供一种用于制造精密电阻的锗锰铜合金,所述合金在较宽温域下(0~120℃)能保持较低的温度系数(
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6.0ppm/℃),并且成本低、加工性能好。
7.本发明的技术方案是:用于制造精密电阻的锗锰铜合金,该合金各组分的重量百分含量为:mn 6.0%~8.0%,ge 2.0%~4.0%,sn 2.0%~4.0%,ni 0~0.40%,ti0~0.30%,nb0~0.15%,re0~0.15%,余量cu。
8.较好的技术方案,该合金各组分的重量百分含量为:mn 7.0%,ge 2.0%~3.0%,sn 3.0%~4.0%,ni 0.30%,ti0.30%,nb0~0.15%,re0.15%,余量cu。
9.较好的技术方案,该合金各组分的重量百分含量为:mn 7.0%,ge 3.0%~4.0%,sn 2.0%~3.0%,ni 0.30~0.40%,ti0.30%,nb0.15%,re0.15%,余量cu。
10.ge元素可降低铜合金电阻温度系数,稳定电学性能。由于金属ge的价格较高,本发明采用sn元素替代部分ge来降低材料成本。sn和ge在元素周期表中位于同一主族,外层电子排布相似,化学性质相似,因此采用sn元素代替ge可以得到性能相近的合金。为保证合金有较低温度系数,ge元素含量控制在2.0%~4.0%。
11.sn元素除了替代ge元素,还可改善材料塑性。若sn元素含量超过4%,会导致偏析严重以及电阻温度系数升高,故也控制在2.0%~4.0%。
12.ni元素可提高合金的强度、耐腐蚀性和电学稳定性,同时也可减小合金的结晶温度范围和树枝晶线生长速度,从而减弱sn元素的反偏析。nb元素起到微调性能作用,含量控制在0~0.40%。
13.ti能够与sn形成tisn化合物,对合金有沉淀强化作用。ti元素加入过多会降低合金电学稳定性,故加入量0~0.30%为宜。
14.nb元素加入可以得到极细弥散相,显著提升合金的耐热性,在较高温度下合金的电学性能依然可以保持相对稳定。同样地,nb元素加入过多会导致电学性能不稳定,控制量为0~0.15%。
15.稀土元素re也可以减弱sn的反偏析,它的存在能使主干树枝晶变粗、二次晶轴生长受阻,树枝间隔变大,故sn元素在大的枝间通道中可以较为充分扩散。同时,re还能够降低s等杂质含量,提高合金的热稳定性。稀土元素含量过多会使得成本增加,故控制re元素为0~0.15%。
16.本发明添加ni、ti、nb以及稀土元素re等微量元素,通过微量元素的细化晶粒、钉扎、纯净化等作用,可以进一步保证所述合金在较宽温域下能保持较低的温度系数,同时提高电学稳定性。
17.本发明所述合金带材和丝材的制备方法:合金配料完成后,采用真空中频感应炉熔炼,浇铸于钢锭模,铸锭经热锻、热轧、表面处理、拉拔、退火等工序,制备成直径0.15mm丝材;铸锭经热锻、冷轧、表面处理、退火等工序,制备成厚度0.15mm带材。丝材和带材成品均为在氨分解气保护下进行650
±
10℃连续退火处理。对丝材和带材微观组织进行了观察,组织均匀,晶粒尺寸大多在20~30μm。
18.所得合金加工性能优异,充分退火后在75%的加工变形量下不会出现裂纹或者开裂。0.15mm丝材延伸率在40%以上,0.15mm带材延伸率在35%以上。丝材抗拉强度在580n/mm2以上,带材抗拉强度在620n/mm2以上。
19.合金电阻率为0.37~0.40μω
·
m。合金能够在宽温域下使用,在0~120℃下电阻温度系数在
±
6.0ppm/℃以内。
具体实施方式
20.实施例1按照合金为7.0%mn,2.0%ge,4.0%sn,0.30%ni,0.30%ti,0.15%re,余量cu取各组分,将各组分采用真空中频感应炉熔炼,浇铸于钢锭模,铸锭经热锻、热轧、表面处理、拉拔、退火等工序,制备成直径0.15mm丝材;铸锭经热锻、冷轧、表面处理、退火等工序,制备成厚
度0.15mm带材。丝材和带材成品均为在氨分解气保护下进行650
±
10℃连续退火处理。
21.经拉伸试验,获得丝材的延伸率和抗拉强度分别为45%和585n/mm2,带材的延伸率和抗拉强度分别为39%和623n/mm2。采用电桥法,在20℃下测得合金电阻率约为0.37μω
·
m。采用电位差计法,在0~120℃下测得丝材和带材的平均电阻温度系数分别为5.3和3.4ppm/℃。
22.实施例2合金配料成分为7.0%mn,3.0%ge,3.0%sn,0.30%ni,0.30%ti,0.15%nb,0.15%re,余量cu。采用真空中频感应炉熔炼,浇铸于钢锭模,铸锭经热锻、热轧、表面处理、拉拔、退火等工序,制备成直径0.15mm丝材;铸锭经热锻、冷轧、表面处理、退火等工序,制备成厚度0.15mm带材。丝材和带材成品均为在氨分解气保护下进行650
±
10℃连续退火处理。
23.经拉伸试验,获得丝材的延伸率和抗拉强度分别为43%和594n/mm2,带材的延伸率和抗拉强度分别为37%和630n/mm2。采用电桥法,在20℃下获得合金电阻率约为0.38μω
·
m。采用电位差计法,在0~120℃下测得丝材和带材的平均电阻温度系数分别为2.3和0.5ppm/℃。
24.实施例3合金配料成分为7.0%mn,4.0%ge,2.0%sn,0.40%ni,0.30%ti,0.15%nb,0.15%re,余量cu。采用真空中频感应炉熔炼,浇铸于钢锭模,铸锭经热锻、热轧、表面处理、拉拔、退火等工序,制备成直径0.15mm丝材;铸锭经热锻、冷轧、表面处理、退火等工序,制备成厚度0.15mm带材。丝材和带材成品均为在氨分解气保护下进行650
±
10℃连续退火处理。
25.经拉伸试验,获得丝材的延伸率和抗拉强度分别为41%和605n/mm2,带材的延伸率和抗拉强度分别为36%和637n/mm2。采用电桥法,在20℃下获得合金电阻率约为0.40μω
·
m。采用电位差计法,在0~120℃下测得丝材和带材的平均电阻温度系数分别为-4.2和-2.7ppm/℃。
26.以上所诉仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,本领域技术人员在不脱离本发明创新点的前提下,对本发明进行的改动均落入本发明的保护范围。