Прецизионные сплавы — незаменимые материалы при изготовлении узлов особо чувствительных приборов и установок, уникальной экспериментальной и малогабаритной аппаратуры, различного рода датчиков, преобразователей энергии. Они применяются также в бытовой технике, например в телевизорах, радиоприёмниках, часах и т.д. Прецизионные сплавы являются основой прогресса точного приборостроения, автоматики и др. отраслей техники; изготовляются преимущественно в виде тонкой ленты и проволоки, а также в виде поковок, листов, прутков, полиметаллической проволоки и ленты, монокристаллов. Для достижения наивысшего уровня свойств Прецизионные сплавы необходимы, как правило, особые способы выплавки, деформирования, специальные режимы термической обработки, качественная отделка поверхности. Прецизионные сплавы требуют высокой культуры эксплуатации.
Инвар
Инвар (от лат. invariabilis — неизменный) сплав на основе железа; содержит 36% никеля. Впервые получен во Франции в 1896 Ш. Гильомом. Инвар имеет малый коэффициент теплового расширения (1,5×10-6 1/°С при температуре от — 80 до 100°C). Малое тепловое расширение Инвар объясняется тем, что магнитострикционное уменьшение объема при нагреве компенсируеттепловое расширение. Инвар используется для изготовления геодезических проволок и лент, линеек, деталей измерительных и контрольных приборов и др. Температура плавления Инвар 1430 °С, предел прочности около 490 Мн/м2 (49 кгс/мм2). Для повышения прочности Инвар подвергают холодной пластической деформации с последующей низкотемпературной термообработкой. После полировки сплав приобретает стойкость против коррозии в атмосферных условиях; на изделия из сплава, предназначенные для работы в агрессивных средах, наносят защитные покрытия. Разновидностями Инвар являются сплавы с особо низким коэффициентом теплового расширения (менее 1×10-6 1/°С) — суперинвар, содержащий 64% железа, 32% никеля и 4% кобальта, и нержавеющий Инвар, содержащий 54% кобальта, 37% железа и 9% хрома.
Элинвар
Элинвар (от греч. elastos — эластичный, упругий и лат. invariabilis — неизменный), общее название группы сплавов на железоникелевой основе, упругие свойства которых мало зависят от температуры. Первоначально был известен бинарный сплав типа Элинвар, содержащий 45% Ni (остальное Fe), затем разработаны Элинвар, легированные Cr, Mo, W. Физическая природа аномалии упругих свойств Элинвар — магнитная, поэтому выше Кюри точки аномалия пропадает. Основные причины аномалии: уменьшение сил связи в кристаллической решётке при переходе её в магнитное состояние и изменение магнитной доменной структуры при деформации решётки. Доменную структуру закрепляют с помощью дисперсионного твердения, для чего в сплав вводят один из элементов: Ti, Al, Nb или Be. Элинвар применяют для изготовления часовых волосков, ультразвуковых линий задержек, резонаторов электромеханических фильтров, мембран, пружин и других деталей, от которых требуются упругие свойства, не зависящие от температуры.
Манганин
Манганин, сплав на основе меди с добавкой марганца (11,5—13,5 %) и никеля (2,5—3,5 %), характеризующийся чрезвычайно малым изменением электрического сопротивления в области комнатных температур. Впервые предложен в Германии в 1889. Удельное электрическое сопротивление Манганин при 20 °С 0,47 мкОм·м, температурный коэффициент электрического сопротивления в интервале температур 15—35 °С 2×10-6 1/°С (после специальной термической обработки — стабилизирующего отжига), tпл 960° С. Из Манганин изготовляют эталонные сопротивления и элементы измерительных приборов. Существенное преимущество Манганин перед константаном заключается в том, что Манганин обладает очень малой термоэдс в паре с медью (не более 1 мкв/1 °С), поэтому в приборах высокого класса точности применяют только Манганин В то же время Манганин, в отличие от константана, неустойчив против коррозии в атмосфере, содержащей пары кислот, аммиака, а также чувствителен к значительному изменению влажности воздуха. К Манганин относят также некоторые сплавы на основе серебра с добавками марганца (до 17 %), олова (до 7 %) и других элементов (так называемые серебряные Манганин).
Константан
Константан (от лат. constans, родительный падеж constantis — постоянный, неизменный), медно-никелевый сплав, характеризующийся слабой зависимостью электрического сопротивления от температуры. Выпускаемый в России Константан содержит 39—41% никеля, 1—2% марганца, остальное — медь. Удельное электрическое сопротивление Константан при 20°С >> 0,48 мком×м, температурный коэффициент электрического сопротивления после специально термической обработки (стабилизирующий отжиг) составляет около 2×10-6 1/К. температура плавления 1260°С. Константан применяется в электротехнике для изготовления реостатов, элементов измерительных приборов и др. Недостаток Константан— большая термоэлектродвижущая сила (около 39 мкв/К) в контакте с медью. Поэтому Константан редко используется в приборах высокого класса точности — случайный нагрев клемм контакта приводит к появлению в электрической цепи тока, искажающего показания прибора. Обычно в наиболее ответственных случаях применяется манганин. С медью или железом Константан образует термопару, пригодную для измерения температур до 500° С.
Перминвар
Перминвар [англ. perminvar, от perm (eability) — проницаемость и invar (iable) — неизменяемый], общее название группы сплавов никеля с железом и кобальтом (иногда с добавками молибдена и хрома), характеризующихся малой зависимостью магнитной проницаемости m от напряжённости поля. Относится к магнитно-мягким материалам. Разработан в США в конце 20-х гг. 20 в. Типичный Перминвар содержит 45% Ni, 30% Fe, 25% Co и имеет m = 400—500, практически не меняющуюся в области полей от 0 до 0,5—1,0 а/см. Уровень m и область её относительного постоянства можно существенно увеличить специальной термической обработкой, проводимой при наложении магнитного поля. Перминвар, содержащий примерно 47% Ni, 30% Fe, 23% Со, после такой обработки имеет m ~ 1000, при этом её изменения в области полей от 0 до 8 а/см не превосходят 10—15%; намагниченность насыщения сплава 1,5 тл;точка Кюри 600 °С. Перминвар используются в радиоэлектронике и технике связи для изготовления высокостабильных сердечников трансформаторов и дросселей с минимальными искажениями преобразуемого сигнала.
Пермаллой
Пермаллой [англ. permalloy, от perm (eability) — проницаемость и alloy— сплав], общее название группы сплавов никеля с железом, характеризующихся высокой магнитной проницаемостью m, малой коэрцитивной силой Hc и малыми потерями на гистерезис. Относятся к магнитно-мягким материалам. Первые сведения о Пермаллой появились в США после 1-й мировой войны 1914—18; в промышленности Пермаллой начали применяться в 20-х гг. Различают 2 основные группы Пермаллой: низконикелевые (40—50% Ni; типичный представитель — перменорм) и высоконикелевые (70—83% Ni). В формировании структуры, обусловливающей высокие магнитные свойства Пермаллой, важную роль играют условия термической обработки, которую проводят в вакууме либо в среде водорода, иногда — при наложении магнитного поля. Для достижения высокой m и низкой Hc высоконикелевые Пермаллой подвергают резкому охлаждению (30—80 °С/сек) с 600 °С, что связано с затормаживанием структурных превращений, приводящих к ухудшению магнитных свойств. Для уменьшения скорости охлаждения и повышения электросопротивления высоконикелевые Пермаллой обычно легируют Mo, Cr, Cu, Si и др. элементами. Типичный представитель высоконикелевых Пермаллой—молибденовый Пермаллой—содержит примерно 79% Ni, 17% Fe, 4% Mo и характеризуется начальной ma3 22 000, максимальной mmax 150000, HC 0,012 а/см,намагниченностью насыщения 0,85 mл,точкой Кюри 400 °С. В сплаве супермаллой (английское super — превосходный), содержащем примерно 79% Ni, 16% Fe, 5% Mo, благодаря применению чистейших шихтовых материалов и особой тщательности в проведении термической обработки достигается наивысшая среди известных магнитно-мягких материалов m: ma3 100 OQO, mmax3 1 000 000. Сплавы типа Пермаллой производятся в основном в виде лент толщиной 0,003—0,5 мм; используются в радиотехнике, технике связи и др. областях применения слабых токов. Практическое применение в ряде устройств автоматики и вычислительной техники получили также Пермаллой с 65—68% Ni (как правило, легированные 2—3% Mo), характеризующиеся прямоугольной петлей гистерезиса.
Алюмель
Алюмель, сплав, применяемый в пирометрии в качестве отрицательного термоэлектрода термопары хромель-алюмель, а также в виде компенсационных проводов. Химический состав Алюмель (в %): 1,8—2,5 алюминия; 0,85—2,0 кремния; 1,8—2,2 марганца; остальное — никель и кобальт, причём кобальт присутствует как примесь в никеле, и для обеспечения требуемого значения термоэдс его содержание должно быть в пределах 0,6—1,0%. Термопарами с Алюмель пользуются для измерений температуры до 1000°С. Свыше 1000°С при длительных выдержках изменение термоэдс становится весьма заметным. Разработаны и применяются сплавы Алюмель, легированные 0,06—0,1% циркония или 0,06% циркония + 0,005—0,03% бора и др. Легирование Алюмель существенно увеличивает пластичность (при 600—1100°С) и длительную прочность (при 700—900°С), а также повышает стабильность термоэдс при температурах до 1250—1300°С.
Хромель
Хромель [от хром и (ник)ель], сплав никеля с хромом, обладающий благоприятным сочетанием термоэлектрических свойств и жаростойкости. Содержит около 10% Cr, около 1% Со, а также примеси (до 0,2% С и до 0,3% Fe). Хромель характеризуется достаточно большим и почти прямолинейным изменением термоэдс (ТЭДС) в широком интервале температур. ТЭДС термопары хромель — платина при температурах спаев 1000 и 0 °С — около 33 мв. Хромель имеет постоянное значение ТЭДС при длительной работе на воздухе в интервале температур 20—1000 °С; при более высокой температуре эксплуатационная надёжность сплава снижается. Хромель изготовляется в виде проволоки и применяется в паре с алюмелем в качестве положительного термоэлектрода термопары хромель — алюмель, которая используется при измерении температуры. Хромель применяется также в качестве компенсационных проводов. В России выпускают Хромель марок НХ9,5 и НХ9.
Копель
Копель, медно-никелевый сплав, содержащий ~43% Ni и ~0,5% Mn. По химическому составу, физическим и механическим свойствам Копель близок к константану, температура плавления Копель около 1290°С. Из всех медно никелевых сплавов Копель обладает максимальной термоэлектродвижущей силой в паре с хромелем (около 6,95 мв при 100°С, 49,0 мв при 600°С). Применяется главным образом в пирометрии в качестве отрицательного термоэлектрода термопар при измерении температур до 600°С, э. также в качестве компенсационных проводов. В России изготовляется Копель марки МНМц 43—0,5.
Ковар
Ковар, сплав на основе железа, содержит 18% Со и 29% Ni. Характеризуется низким коэффициентом теплового расширения [(4,5—5,2)Ч10-6 1/°C — в интервале 20—400 °C], близким к коэффициенту теплового расширения стекла. Температура плавления Ковар 1450 °C, удельное электрическое сопротивление 0,5мкОм·м, температура Кюри 420 °С. Во влажной среде сплав подвержен коррозии, требует защитных покрытий. При впайке в стекло Ковар образует прочное вакуумно-плотное сцепление, что используется в электровакуумной технике при изготовлении корпусов и токовыводов различных ламп, приборов.
Платинит
Платинит, биметаллическая проволока, состоящая из железо-никелевого сердечника (58% Fe, 42% Ni), покрытого тонким слоем меди (около 30% от общей массы проволоки). Платинит имеет коэффициент теплового расширения, близкий к коэффициенту теплового расширения платины (около 9×10-6град-1), и применяется взамен её в качестве токовводов в осветительные лампы и различные электровакуумные приборы для обеспечения герметичного соединения со стеклом. Платинит иногда называют также железо-никелевый сплав (54% Fe, 46% Ni), используемый в электровакуумной промышленности для соединения с керамикой (в России сплав марки 46H).
Фернико
Фернико [от лат. Fer (rum) – железо, Ni (ccolum) – никель и Co (baltum) – кобальт], сплавы Fe – Ni – Со, имеющие температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), близкий к ТКЛР тугоплавкого стекла. Термин «Ф.» принят для обозначения двух сплавов, выпускаемых фирмами США: фернико-I (аналог сплава Ковар) и фернико-II (31% Ni, 15% Со, остальное Fe). Фернико-II применяется в спаях со стеклом в узлах электровакуумных приборов, работающих при температурах ниже – 80 °С. По сравнению с фернико-I в сплаве изменено содержание основных компонентов (Ni и Со), что обеспечивает стабильность структуры до – 180 °С. ТКЛР фернико-II в интервале 20–500 °С составляет 6,5×10-6 °С-1 физико-механические и технологические свойства сплава близки к свойствам фернико-I.