電熱合金

電熱合金

電熱合金是指利用金屬的電阻特性製作發熱體的電阻合金。包括Ni-Cr系和Fe-Cr-Al系兩類合金。廣泛用於各種工業電爐實驗室電爐和家用電器的電加熱元件

簡述


眾所周知,當電流I通過電阻R時產生每秒的焦耳熱。電熱合金就是利用這種電能轉換為熱能特性的電阻合金。無論是工業生產還是日常生活,電加熱器的應用都十分廣泛,其發熱材料即為電熱合金。電熱合金一般具有較高的電阻率和穩定而較小的電阻溫度係數,通過電流能產生較高的熱量和穩定的功率,抗高溫氧化性強,耐腐蝕性好,有足夠的高溫強度,在不同工作情況下,有足夠的使用壽命,有良好的加工性能,以滿足不同類型結構成型的需要。但PTC電熱材料卻是一種高電阻溫度係數的中、低溫電熱材料,且具有功率自控作用。
電熱合金材料的選用應與被加熱物質的工藝要求、電熱設備的結構形式及使用條件相結合。合金型材料對爐型的適應性強,能製成各種形狀的加熱元件,應用範圍廣,但其工作溫度比非金屬發熱材料要低。管狀電熱元件使用安裝方便,但工作溫度較低,且在不同介質中應用的管狀元件,由於各自的特性差異是不能互換使用的。

性能要求


對電熱合金的性能要求是:
1)具有高的電阻率和低電阻溫度係數。
2)合金在使用溫度範圍內無相變,以保證電阻沒有突變,電性能長期穩定。
3)具有較高的抗氧化性和對各種氣氛的耐蝕性。
4)具有足夠的高溫強度,保證加熱體不易變形和較長的使用壽命。
5)良好的加工性能,易於製成絲材或帶材,並能繞製成各種形狀的加熱元件。

類型


電熱合金主要包括系和系兩類,適用於在溫度範圍內工作的電加熱元件。在更高溫度工作的加熱則採用純金屬電熱材料。
1.系電熱合金
這類合金的高溫強度高,高溫冷卻后無脆性,使用壽命較長,易於加工和焊接,是廣泛使用的電熱合金。
在系中,鎳與鉻形成有限固溶體。當鉻含量(質量分數)小於20%時,隨鉻含量增加電阻率提高,電阻溫度係數減小;鉻含量大於20%時,電阻溫度係數增加,加工性能變差;而鉻含量大於30%時靠近兩相區,脆性增加,加工困難。因此鉻含量以15%~30%為宜。加入鐵使加工性能改善,但耐蝕性降低。而添加少量、、、或稀土元素可提高合金的工作溫度和使用壽命。
系電熱合金的軟化退火溫度為,快速冷卻。
2.系電熱合金
系電熱合金的電阻率高,耐熱性好和高溫抗氧化性好,與系合金相比具有更高的使用溫度,價格也較便宜。但這類合金經高溫使用時易產生脆性,而且長時間使用永久伸長率較大。
鐵中加入鉻和鋁都使電阻率提高,電阻溫度係數降低,抗氧化性提高。添加少量、、、稀土元素等也提高合金的抗氧化性、高溫強度和使用壽命。但隨鉻、鋁含量的增加,合金的電導率增加,衝擊韌性降低,加工性能變差。因此要求嚴格控制工藝和質量。各工藝環節,不僅要保證成分準確均勻、有害元素及雜質少,還要控制品粒細小而均勻,組織緻密。
系電熱合金的軟化退火溫度為,快速冷卻。
合金在焊接時晶粒易長大從而產生脆性,因此要用合金焊條快速焊接,最好用氬弧焊。如果焊后不立刻使用,應將焊接部位於左右退火,以消除焊接應力。

注意事項


使用電熱合金注意事項:
1)最高使用溫度約高出被加熱物質或周圍介質溫度以上,而電熱合金強度隨溫度升高而降低,因此為了保證其剛性,對元件的形狀和尺寸應合理選擇,防止螺旋圈軟化倒塌導致短路;
2)為降低元件引出端溫度,減少電能損失和便於聯接電源線,元件引出棒(或帶)的截面積至少應為元件截面積的3倍;
3)鐵鉻鋁合金焊接,最好採用氬弧焊快速焊接,防止焊口因過熱而脆斷;鎳鉻合金元件可用電弧或氣焊焊接;
4)鐵鉻鋁合金在空氣中抗氧化性能高,在含硫、氫的氣氛中也很穩定,但含硫的還原性氣氛會影響其使用壽命;純氫及分解氨對鐵鉻鋁合金無損害,但在部分燃燒的氨中耐用性較差;直接暴露在氮氣中使用,其使用壽命比在空氣中低;電熱合金不能在鹵素及其化合物中或其氣氛中使用;
5)一般耐火材料中含有和,在高溫下與鐵鉻鋁合金表面的保護膜 形成低熔點化合物,加速電熱合金的損壞,故應採用含量在1.5%以下和 含量在48%以上的高鋁耐火磚;也可用氧化鎂耐火材料製品作爐襯;在較低溫度下可使用粘土磚