нихром
Нихром (также известный как NiCr , никель-хром или хром-никель ) представляет собой семейство сплавов никеля . и хрома (а иногда и железа) [1] ) обычно используется в качестве резистивной проволоки , нагревательных элементов в таких устройствах, как тостеры , электрические чайники и обогреватели , в некоторых стоматологических реставрациях (пломбах) и в некоторых других целях.
Запатентован в 1906 году Альбертом Маршем (патент США 811859). [2] ), нихром — старейшая задокументированная форма нагревательного сплава сопротивления.
Сплав нихрома класса А состоит на 80% из никеля и на 20% из хрома по массе, но существует множество других комбинаций металлов для различных применений.
Характеристики
[ редактировать ]Нихром марки C имеет неизменно серебристый цвет , устойчив к коррозии, имеет высокую температуру плавления около 1400 °C (2550 °F ) и удельное электрическое сопротивление около 1,12 мкОм·м, что примерно в 66 раз выше удельного сопротивления, чем медь 16,78 нОм·м. [3] Некоторые составы нихрома имеют удельное сопротивление от 1,0 мкОм·м до 1,5 мкОм·м. [4]
Для нагрева можно использовать практически любой проводящий провод, но большинство металлов проводят электричество с большой эффективностью, поэтому их нужно формовать в очень тонкие и хрупкие провода, чтобы создать достаточное сопротивление для выделения тепла. При нагревании на воздухе большинство металлов быстро окисляются, становятся хрупкими и ломаются. Нихромовая проволока при нагревании до раскаленной температуры образует внешний слой оксида хрома . [5] который термодинамически стабилен на воздухе, практически непроницаем для кислорода и защищает нагревательный элемент от дальнейшего окисления.
Сплавы нихрома известны своей высокой механической прочностью и высоким сопротивлением ползучести. [6] Свойства нихрома различаются в зависимости от его сплава. Приведенные цифры являются репрезентативными для типичного материала и соответствуют выраженным значимым цифрам. Любые изменения обусловлены разным процентным содержанием никеля или хрома.
Стандартные композиции
[ редактировать ]Сплавы нихрома, предназначенные для резистивного нагрева, описаны стандартами ASTM и DIN. [7] [8] Эти стандарты определяют относительные проценты никеля и хрома , которые должны присутствовать в сплаве. В ASTM три указанных сплава содержат, среди других микроэлементов:
- 80% Ni, 20% Cr
- 60% Ni, 16% Cr
- 35% Ni, 20% Cr
Свойства по составу
[ редактировать ]Каждый стандартный состав нихрома обладает уникальными свойствами материала. Некоторые общие из них приведены ниже: [9]
| Сплав | % Содержание | Плотность [г/см 3 ] | ||
|---|---|---|---|---|
| В | Кр | Фе | ||
| Никр 80/20 | 80 | 20 | 0 | 8.3 |
| Никр 70/30 | 70 | 30 | 0 | 8.1 |
| Никр 60/16 | 60 | 16 | Остаток | 8.2 |
| Никр 35/20 | 35 | 20 | Остаток | 7.9 |
Использование
[ редактировать ]Из-за низкой стоимости производства, прочности, пластичности, устойчивости к окислению , стабильности при высоких температурах и устойчивости к потоку электронов нихром широко используется в электрических нагревательных элементах , таких как фены и тепловые пушки. Обычно нихром наматывают в катушки до определенного электрического сопротивления , и при пропускании через них тока происходит джоулевый нагрев, выделяющий тепло.
Нихром используется в производстве взрывчатых веществ и фейерверков в качестве перемычки в системах электрического зажигания, таких как электрические спички и воспламенители моделей ракет .
В промышленных и любительских станках для резки пенопласта используется нихромовая проволока.
Нихромовая проволока обычно используется в керамике в качестве внутренней опорной конструкции, помогающей некоторым элементам глиняных скульптур сохранять форму, пока они еще мягкие. Нихромовая проволока используется из-за ее способности выдерживать высокие температуры, возникающие при обжиге глины в печи .
Нихромовую проволоку можно использовать в качестве альтернативы платиновой проволоке для испытаний на пламя, окрашивая несветящуюся часть пламени для обнаружения катионов, таких как натрий, калий, медь, кальций и т. Д.
Другие области использования включают глушители мотоциклов , в некоторых областях микробиологической лабораторной аппаратуры, в качестве нагревательного элемента пластиковых экструдеров сообщества 3D-печати RepRap , в механизме развертывания солнечных панелей космического корабля LightSail-A , а также в качестве нагревательных спиралей электронных устройств. сигареты .
Цена сплава определяется содержанием более дорогого никеля . Дистрибьюторские цены обычно индексируются к рыночным ценам на никель .
Токсичность
[ редактировать ]Никель является распространенным аллергеном. Исследование, проведенное в 1984 году Университетом Пуэрто-Рико, показало, что у 28,5% протестированных людей наблюдалась какая-либо аллергическая реакция после контакта с никелем. [10]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Флурнуа, Блейк. «Для чего используется нихромовая проволока?» . science.com . Проверено 28 октября 2019 г.
- ^ "Патент США 811858"
- ^ «Удельное сопротивление некоторых распространенных материалов» . MWS Wire Industries, Inc.
- ^ «Удельное сопротивление нихрома». Hypertextbook.com
- ^ « Продвинутая тема: устойчивые к окислению материалы» (PDF). Фонд научного образования. General Atomics. 2002» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. Проверено 5 января 2016 г.
- ^ «Нихром — нить Юнион-Сити» . Филамент Юнион-Сити . Проверено 2 октября 2017 г.
- ^ Комитет B02. Спецификация на тянутые или прокатанные сплавы никель-хром и никель-хром-железо для электрических нагревательных элементов (отчет). АСТМ Интернешнл. дои : 10.1520/b0344-20 .
{{cite report}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ DIN 17470:1984-10, сплавы нагревательных проводников; Технические условия поставки проволоки круглого и плоского сечения (Отчет). Бойт Верлаг ГмбХ. дои : 10.31030/1164343 .
- ^ Хегбом, Тор (19 декабря 2017 г.). Интеграция электрических нагревательных элементов в дизайн продукта . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4822-9220-6 .
- ^ Бланко-Далмау, Л., Карраскильо-Альберти, Х., и Сильва-Парра, Дж. (1984). Исследование аллергии на никель . Журнал ортопедической стоматологии , 52 (1), 116-119.