专利名称：一种铜镍系精密电阻合金箔材及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有电阻疲劳累积性能的精密电阻合金箔材及制备方法，特别是指一种铜镍系精密电阻合金箔材及制备方法，主要应用于桥梁疲劳寿命计敏感栅。属于属于电阻传感器制造技术领域。
背景技术：
国外1966年出现了报道疲劳寿命计的研究的，立即引起了极大的关注。Darrell R. Harting在文中重点介绍了电阻随疲劳历程自动累积——这一疲劳寿命计的固有特性。1972年，Rober S. Horne和Oscar L. Freyre在他们的研究报告中介绍了用特殊退火康铜箔制成的疲劳寿命计的电阻疲劳累积性能、应变倍增器的构造以及标定寿命计电阻疲劳累积性能曲线的实验方法，包括测试设备、测试流程、荷载控制方法等。1975年，P. Charsley和B. A.Robins对由不同的合金成分、制备工艺的铜镍合金箔、纯铜箔制成的应变计进行大量的疲劳实验，分别从理论和实验说明了集聚体的作用，解释了在疲劳加载作用下电阻变化的机理，但寿命计具体制作方法、加工工艺并没有公布。美国波音公司首先研制成功S-N疲劳寿命计并应用于航空航天结构的疲劳监测， 1976年美国微测量公司曾在其产品目录中出现过S-N疲劳寿命计的介绍，但是对于疲劳寿命计中的关键技术极端保密，能见到的也只是一页纸类似于产品介绍的东西。在我们国内，上世纪80年代后期，由南京航空航天大学、6 所、上海有色金属研究所、航天工业部702所等单位合作研制了箔式疲劳寿命计由于此种传感器主要应用于国内军事、航空航天等敏感领域，其合金组分、熔炼方法、压力加工工艺和热处理制度等完整制备过程无从知晓。总之，现有的疲劳寿命传感元件是考虑专用于航空航天领域特定的使用对象，而该对象在结构材料、构造形式、工作特性上与桥梁结构存在显著差异。目前土木工程领域的疲劳寿命计应用研究尚处于初级阶段，大部分工作集中在对现有疲劳寿命计的电阻变化性能测试、讨论用电阻变化特性表征结构疲劳累积方法的研究。因此，研制一种新型的、基于桥梁疲劳寿命计的、适用于特大型桥梁关键构件疲劳累积损伤监测的技术与装备具有重大理论价值与实践意义。现有的用于疲劳寿命计敏感栅的精密合金箔材，其厚度一般在0. 005 0. 006mm 之间，具体制备工艺保密。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺方法简单、操作方便、制备的箔片厚度达到 0. 005mm、能满足桥梁疲劳寿命计敏感栅使用要求的铜镍系精密电阻合金箔材及制备方法。本发明一种铜镍系精密电阻合金箔材，由下述组分按重量百分比组成Ni 40 48%，Mn :1. 4% 1. 8%，Fe :0. 0. 3%，Si :0. 3%，余量为 Cu。本发明一种铜镍系精密电阻合金箔材的制备方法，包括下述步骤
第一步均勻化处理按设计成分，取铜镍系精密电阻合金铸锭，加热至1050 1150°C，保温3 4个小时，随炉冷却；第二步热锻将第一步所得铸锭加热至1000 1050°C，热锻成锭胚；第三步铣面将第二步所得锭胚的每个表面进行铣削加工，铣削厚度为2. 5 5mm/面；除去加热及热锻过程中产生的表面氧化、压痕及氧化皮压入、表面裂纹等缺陷；第四步热轧将第三步所得锭胚加热至1050 1130°C，热轧至厚度为2 3mm的板胚；轧制工艺为开轧温度大于等于1020°C ；终轧温度850 750°C ；道次变形量为65 85% ；第五步酸洗将第四步所得板胚酸洗5 30分钟后，依次用冷水、热水清洗，然后采用压缩空气吹干，除表面氧化皮；所述酸洗液有下述组分按重量百分比组成浓度为98 % 的 H2SO4 7 15 %浓度为65 %的HNO3 3 10 %，余量为H2O ；第六步冷轧将第五步酸洗后的板胚，常温下粗轧成厚度为Imm的板胚；道次变形量为65 85% ；然后中轧至厚度0. 25mm的带钢；道次变形量为65 85% ；最后精轧至厚度为0. 005mm的成品箔材；第七步成品退火将第六步精轧后所得成品箔材于500 600°C，保温时间4 6小时随炉冷却退火。本发明一种铜镍系精密电阻合金箔材的制备方法中，所述热轧在2辊轧机上进行。本发明一种铜镍系精密电阻合金箔材的制备方法第六步中，所述粗轧在2辊轧机上进行；所述中轧在4辊轧机上进行；所述精轧在20辊森吉米尔轧机上进行。本发明一种铜镍系精密电阻合金箔材的制备方法中，所述粗轧、中轧、精轧过程中，在每道次轧制后，进行中间退火，消除加工硬化；退火工艺为退火温度为680 720°C， 保温时间20 40分钟，H2气氛保护。本发明制备的铜镍系精密电阻合金箔材，主要由铜镍合金及其它微量元素构成。 其中，镍原子以杆状和片状的集聚形态存在于基体中，由高电导率的铜元素构成低阻抗特性。当交变应变作用后，位错通过集聚体并使其分离，元素排列的变化使电阻率上升，产生不可恢复的电阻累积。经检测，本发明方法获得的铜镍系精密电阻合金箔材制成的传感器成品，其性能指标为AR/R电阻疲劳累积增量彡8%,电阻累积应变门槛值< 950μ ε，电阻温度系数约为6. 483 X ΙΟ—6/°C，灵敏系数约为2. 021。本发明由于采用Ni含量为40 48%的Cu-Ni系合金作为主要成分，并加入其它微量元素，例如有利于M原子集聚体生成的狗元素的加入，使本发明具有较大的电阻累积量和较低电阻累积应变门槛值；其次是能使Cu-Ni合金的电阻温度系数产生剧烈变化的过渡族金属Mn、Co和能显著影响Cu-Ni合金的电阻温度系数的Si的加入，使本发明的电阻温度系数较小，从而受外界温度的影响较小；能显著细化Cu-Ni合金晶粒的ττ元素的加入， Mn和Si还能提高合金的耐热性，因Mn可改善冶炼过程中的脱氧、脱硫效果，而Si对细化晶粒，使合金组织均勻有明显作用，这些使本发明具有较优异的疲劳寿命。本发明具有以下优占.
4·(1)具有温度自补偿能力，适应桥梁结构复杂多变的气候环境。(2)具有较大的电阻累积增量和优异的疲劳寿命，保证疲劳寿命计长期发挥工作， 无须频繁更换。(3)具有较低的电阻累积应变门槛值，可直接粘贴在结构表面使用。(4)降低疲劳寿命计生产成本，利于疲劳寿命计的大规模应用。
具体实施例方式实施例1取组分配比为43% Ni，1. 8% Μη,Ο. 1% Fe,0.3% Si，余量为Cu的铜镍系精密电阻合金铸锭，加热至1100°C，保温3. 5小时，随炉冷却，进行均勻化处理后，再将铸锭加热至 1000 1005°C，在2辊轧机上热锻成25X80mm的锭胚；对所得锭胚的每个表面进行铣削加工，铣削厚度为2. 5 5mm/面；然后，将铣削加工后的锭胚加热至1100°C，热轧至厚度为 2 3mm的板胚；轧制工艺为开轧温度1030°C;终轧温度800°C;道次变形量为65 70%; 将热轧后的板胚酸洗20分钟后，依次用冷水、热水清洗，然后采用压缩空气吹干，除表面氧化皮；将酸洗后的板胚，常温下在2辊轧机上粗轧成厚度为Imm的板胚；道次变形量为65 70% ；然后在4辊轧机上中轧至厚度0. 25mm的带钢；道次轧制量道次变形量为65 70% ； 最后在20辊森吉米尔轧机上精轧至厚度为0. 005mm的成品箔材；将成品箔材于550°C，保温时间5小时随炉冷却退火。本实施例中，粗轧、中轧、精轧过程中，在每道次轧制后，进行中间退火，消除加工硬化；退火工艺为退火温度为700°C，保温时间30分钟，H2气氛保护。本实施例中，酸洗液成分为浓度为98%的 H2S04 10%浓度为65%的HN037%，余量为H20。本实施例制备的铜镍系精密电阻合金箔片制成的箔式传感器性能指标为Δ R/R电阻疲劳累积增量8.473%电阻累积应变门槛值 700 μ ε电阻温度系数6. 296X10_6/°C灵敏系数2. 019实施例2取组分配比为Ni 40%，Mn 1.4%, Fe 0. 3%，Si 0. 3%，余量为Cu的铜镍系精密电阻合金铸锭，加热至1050°C，保温3小时，随炉冷却，进行均勻化处理后，再将铸锭加热至1020 1025°C，在2辊轧机上热锻成20X70mm的锭胚；对所得锭胚的每个表面进行铣削加工，铣削厚度为2. 5 5mm/面；然后，将铣削加工后的锭胚加热至1050°C，热轧至厚度为2 3mm的板胚；轧制工艺为开轧温度1020°C ；终轧温度750°C ；道次变形量为75 80% ；将热轧后的板胚酸洗30分钟后，依次用冷水、热水清洗，然后采用压缩空气吹干，除表面氧化皮；将酸洗后的板胚，常温下在2辊轧机上粗轧成厚度为Imm的板胚；道次变形量为 75 80% ；然后在4辊轧机上中轧至厚度0. 25mm的带钢；道次变形量为75 80% ；最后在20辊森吉米尔轧机上精轧至厚度为0. 005mm的成品箔材；将成品箔材于 500°C，保温时间6小时随炉冷却退火。本实施例中，粗轧、中轧、精轧过程中，在每道次轧制后，进行中间退火，消除加工硬化；退火工艺为退火温度为680°C，保温时间40分钟，H2气氛保护。本实施例中，酸洗液成分为浓度为98%的 H2S04 7%浓度为65%的HN03 3%，余量为H20。本实施例制备的铜镍系精密电阻合金箔片制成的箔式传感器性能指标为R/R电阻疲劳累积增量8. 075%,电阻累积应变门槛值750 μ ε ,电阻温度系数6. 272 X 10_6/°C，灵敏系数2.003。实施例3取组分配比为Ni 48%, Mn 1.7%，Fe 0.2%,Si 0. 3%，余量为Cu，的铜镍系精密电阻合金铸锭，加热至1150°C，保温4小时，随炉冷却，进行均勻化处理后，再将铸锭加热至1045 1050°C，在2辊轧机上热锻成30X90mm的锭胚；对所得锭胚的每个表面进行铣削加工，铣削厚度为2. 5 5mm/面；然后，将铣削加工后的锭胚加热至1130°C，热轧至厚度为2 3mm的板胚；轧制工艺为开轧温度1050°C ；终轧温度850°C ；道次变形量为80 85% ；将热轧后的板胚酸洗5分钟后，依次用冷水、热水清洗，然后采用压缩空气吹干，除表面氧化皮；将酸洗后的板胚，常温下在2辊轧机上粗轧成厚度为Imm的板胚；道次变形量为 80 85% ；然后在4辊轧机上中轧至厚度0. 25mm的带钢；道次变形量为65 85% ；最后在20辊森吉米尔轧机上精轧至厚度为0. 005mm的成品箔材；将成品箔材于 600°C，保温时间3小时随炉冷却退火。本实施例中，粗轧、中轧、精轧过程中，在每道次轧制后，进行中间退火，消除加工硬化；退火工艺为退火温度为720°C，保温时间20分钟，H2气氛保护。本实施例中，酸洗液成分为浓度为98% 的 H2S04 15%浓度为65%的HN03 10%，余量为H20。本实施例制备的铜镍系精密电阻合金箔片制成的箔式传感器性能指标为Δ R/R电阻疲劳累积增量8. 372%，电阻累积应变门槛值680με，电阻温度系数6. 489 X 10_6/°C，灵敏系数2. 05权利要求
1.一种铜镍系精密电阻合金箔材，由下述组分按重量百分比组成Ni 40 48%，Mn 1. 4% 1. 8%, Fe 0. 0. 3%, Si :0. 3%，余量为 Cu。
2.制备如权利要求1所述的一种铜镍系精密电阻合金箔材的方法，包括下述步骤 第一步均勻化处理按设计成分，取铜镍系精密电阻合金铸锭，加热至1050 1150°C，保温3 4个小时， 随炉冷却；第二步热锻将第一步所得铸锭加热至1000 1050°C，热锻成锭胚；第三步铣面将第二步所得锭胚的每个表面进行铣削加工，铣削厚度为2. 5 5mm/面；除去加热及热锻过程中产生的表面氧化、压痕及氧化皮压入、表面裂纹等缺陷； 第四步热轧将第三步所得锭胚加热至1050 1130°C，热轧至厚度为2 3mm的板胚；轧制工艺为 开轧温度大于等于1020°C ；终轧温度850 750°C ；道次变形量为65 85% ； 第五步酸洗将第四步所得板胚酸洗5 30分钟后，依次用冷水、热水清洗，然后采用压缩空气吹干，除表面氧化皮；所述酸洗液有下述组分按重量百分比组成 浓度为 98% WH2SO4 7 15% 浓度为65%的HNO3 3 10%，余量为H2O; 第六步冷轧将第五步酸洗后的板胚，常温下粗轧成厚度为Imm的板胚；道次变形量为65 85% ； 然后中轧至厚度0. 25mm的带钢；道次变形量为65 85% ； 最后精轧至厚度为0. 005mm的成品箔材； 第七步成品退火将第六步精轧后所得成品箔材于500 600°C，保温时间4 6小时随炉冷却退火。
3.根据权利要求2所述的一种铜镍系精密电阻合金箔材的制备方法，其特征在于所述热轧在2辊轧机上进行。
4.根据权利要求2所述的一种铜镍系精密电阻合金箔材的制备方法，其特征在于所述粗轧在2辊轧机上进行；所述中轧在4辊轧机上进行；所述精轧在20辊森吉米尔轧机上进行。
5.根据权利要求2所述的一种铜镍系精密电阻合金箔材的制备方法，其特征在于所述粗轧、中轧、精轧过程中，在每道次轧制后，进行中间退火，消除加工硬化；退火工艺为 退火温度为680 720°C，保温时间20 40分钟，H2气氛保护。
全文摘要
一种铜镍系精密电阻合金箔材，由下述组分按重量百分比组成Ni40～48％，Mn1.4％～1.8％，Fe0.1％～0.3％，Si0.3％，余量为Cu。其制备方法包括均匀化处理、热锻、铣面、热轧、酸洗、分步冷轧、成品退火。工艺方法简单、操作方便、制备的箔片厚度达到0.005mm、能满足桥梁疲劳寿命计敏感栅使用要求。可作为桥梁疲劳寿命计敏感栅的材料。
文档编号C22C9/06GK102162046SQ201010612319
公开日2011年8月24日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者任伟新, 肖丹 申请人:中南大学