专利名称：Ptc热敏电阻合金丝及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种合金丝，具体涉及一种正温度系数热敏电阻合金丝及其制备方法。
背景技术：
PTC (Positive Temperature Coefficient,正温度系数)热敏电阻是一种具有温度敏感性的半导体电阻，一旦超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高几乎是呈阶跃式的增高。PTC热敏电阻能在电流浪涌过大、温度过高时对电路起保护作用。根据材质的不同，PTC热敏电阻包括陶瓷PTC热敏电阻、有机高分子PTC热敏电阻及金属PTC热敏电阻。陶瓷PTC热敏电阻材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为主要成分的烧结体，其中掺入微量的Nb、Ta、B1、Sb、Y、La等氧化物进行原子价控制而使之半导化，通常将这种半导化的BaTiO3等材料简称为半导体瓷；同时还添加增大其正电阻温度系数的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采用 一般陶瓷工艺成形，高温烧结而使钛酸钡等及其固溶体半导化，从而得到正特性的PTC热敏电阻材料。有机高分子PTC热敏电阻材料是由高分子材料添加导电粒子制成，其基本原理是一种能量的平衡。当电流流过元件时产生热量，所产生的热量一部分散发到环境中去，一部分增加了高分子材料的温度。在工作电流下，产生的热量和散发的热量达到平衡电流可以正常通过。当过大电流通过时，元件产生大量的热量不能及时的散发出去，导致高分子材料温度上升，当温度达到材料结晶融化温度时，高分子材料集聚膨胀，阻断由导电粒子组成的导电通路，导致电阻迅速上升，限制了大电流通过，从而起到过流保护作用。PTC热敏电阻合金丝是金属PTC热敏电阻元件的核心材料。作为PTC热敏电阻合金它具有中等的电阻率，大的且正的电阻温度系数，其电阻值与温度呈线性关系，而且电阻的稳定性好。PTC热敏电阻合金丝广泛应用于航空、航天器中的大气温度加热器及各种家用电器元件，它具有自动控温、自动功率调节、恒流、限流及提高元件寿命等多方面功能。此夕卜，PTC热敏电阻合金丝还可用于制作电阻温度计进行测温。我国PTC热敏电阻合金丝的生产在上世纪八十年代就已开始，但当时生产的品种非常单一，电阻温度系数也只能达到3000 X 10_6/°C左右。随着国民经济的发展，特别是改革开放、我国加入WTO以来，PTC热敏电阻合金得到了广泛的推广应用。金属PTC热敏电阻近年来广泛代替陶瓷及有机高分子热敏电阻，应用也有所扩展。据初步统计，目前仅金属PTC热敏电阻合金丝，全国每年有近100多吨的需求，但目前国内PTC热敏电阻合金丝没有形成系列产品，品种单一，用户急需的电阻温度系数高于3000X10_6/°C的还没有。由于新兴的电气设备需要更灵敏温度控制和调节的电阻元件，必须提高电阻丝的电阻温度系数上限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种PTC热敏电阻合金丝及其制备方法。
实现本发明目的的技术方案是一种PTC热敏电阻合金丝，所述合金丝的化学成分及其质量百分含量为镍45% 82. 0%、硅O. 1% O. 6%、锰O. 22% O. 35%、钇O. 02% O. 04%、混合稀土 O. 04% O. 06%、碳小于等于O. 05%、硫小于等于O. 01%、磷小于等于O. 001%，余量为铁。上述合金丝的O °C 150 °C的平均电阻温度系数为2500X 10—7 V 5000X IO^V0C ;合金丝的电阻率为(O. 17 O. 43) ±0. 02 μ Ω · m。当上述合金丝的化学成分及其质量百分含量为镍64% 82. 0%、硅O. 1% O. 6%、锰O. 22% O. 35%、钇O. 02% O. 04%、混合稀土 O. 04% O. 06%、碳小于等于O. 05%、硫小于等于O. 01%、磷小于等于O. 001%、余量为铁时，合金丝的0°C 150°C的平均电阻温度系数为4300X1(T6/°C 5000X1(T6/°C，合金丝的电阻率为(O. 17 O. 29) ±0. 02μ Ω · m。当上述合金丝的化学成分及其质量百分含量为镍49% 65%、硅O. 1% O. 25%、锰O. 22% O. 35%、钇O. 02% O. 04%、混合稀土 O. 04% O. 06%、碳小于等于O. 05%、硫小于等于O. 01%、磷小于等于O. 001%、余量为铁时，合金丝的0°C 150°C的平均电阻温度系数为3000Xl(r7°C 4300X1(T6/°C，合金丝的电阻率为(O. 27 O. 40) ±0. 02μ Ω · m。当合金丝的化学成分中还包括铝；上述合金丝的化学成分及其质量百分含量为镍45% 49%、硅 O. 2% O. 3%、锰 O. 30% O. 35%、钇 O. 02% O. 04%、混合稀土 O. 04% O. 06%、铝O. 4% O. 5%、碳小于等于O. 05%、硫小于等于O. 01%、磷小于等于O. 001%、余量为铁时，合金丝的(TC 150°C的平均电阻温度系数为2500X 10-6/°C 3000X 1(T6/°C，合金丝的电阻率为(O. 40 O. 43) ±0. 02μ Ω · m。作为优选的，可进一步根据平均电阻温度系数将上述PTC热敏电阻合金丝分成6组，从而得到6个品种的PTC热敏电阻合金丝，分别满足不同的使用场合。当合金丝的化学成分 及其质量百分含量为镍78% 82%、硅O. 28% O. 60%、锰O. 30% O. 35%、钇O. 02% O. 04%、混合稀土 O. 04% O. 06%、碳小于等于O. 05%、硫小于等于O. 01%、磷小于等于O. 001%、余量为铁时，合金丝的0°C 150°C的平均电阻温度系数为 4800X1(T6/°C 5000X1(T6/°C，合金丝的电阻率为(O. 17 O. 19) ±0. 02μ Ω · m。满足上述成分及含量的PTC热敏电阻合金丝的平均电阻温度系数非常高，最高可至5000Xl(r7°C，填补了 PTC热敏电阻合金丝中高电阻温度系数的空缺，而且合金丝便于加工成细丝,合金丝的强度和耐腐蚀性较好。当合金丝的化学成分及其质量百分含量为镍64% 78%、硅O. 1% O. 60%、锰O. 22% O. 30%、钇O. 02% O. 04%、混合稀土 O. 04% O. 06%、碳小于等于O. 05%、硫小于等于O. 01%、磷小于等于O. 001%、余量为铁时，合金丝的0°C 150°C的平均电阻温度系数为4300X1(T6/°C 4800X1(T6/°C，合金丝的电阻率为(O. 19 O. 27) ±0. 02μ Ω · m。满足上述成分及含量的PTC热敏电阻合金丝的平均电阻温度系数较高，适用于需要上述电阻温度系数范围的场合。而且合金丝便于加工成细丝，合金丝的强度和耐腐蚀性较好。当合金丝的化学成分及其质量百分含量为镍53% 65%、硅O. 1% O. 60%、锰O. 22% O. 30%、钇O. 02% O. 04%、混合稀土 O. 04% O. 06%、碳小于等于O. 05%、硫小于等于O. 01%、磷小于等于O. 001%、余量为铁时，合金丝的0°C 150°C的平均电阻温度系数为4000Xl(r6/°C 4300X1(T6/°C，合金丝的电阻率为(O. 27 O. 36) ±0. 02μ Ω · m。满足上述成分及含量的PTC热敏电阻合金丝适用于需要上述电阻温度系数范围的场合。而且合金丝便于加工成细丝，合金丝的强度和耐腐蚀性较好。当合金丝的化学成分及其质量百分含量为镍49% 53%、硅O. 1% O. 25%、锰O. 22% O. 35%、钇O. 02% O. 04%、混合稀土 O. 04% O. 06%、碳小于等于O. 05%、硫小于等于O. 01%、磷小于等于O. 001%、余量为铁时，合金丝的0°C 150°C的平均电阻温度系数为3000Xl(r6/°C 4000X1(T6/°C，合金丝的电阻率为(O. 36 O. 40) ±0. 02μ Ω · m。满足上述成分及含量的PTC热敏电阻合金丝适用于需要上述电阻温度系数范围的场合。而且合金丝便于加工成细丝，合金丝的强度和耐腐蚀性较好。当合金丝的化学成分及其质量百分含量为镍45% 49%、硅O. 1% O. 25%、锰O. 22% O. 35%、钇 O. 02% O. 04%、混合稀土 O. 04% O. 06%、铝 O. 4% O. 5%、碳小于等于O. 05%、硫小于等于O. 01%、磷小于等于O. 001%、余量为铁时，合金丝的0°C 150°C的平均电阻温度系数为2500X1(T6/°C 3000X1(T6/°C，合金丝的电阻率为(O. 40 O. 43)±0.02μ Ω ·πι。满足上述成分及含量的PTC热敏电阻合金丝适用于需要上述电阻温度系数范围的场合。而且合金丝便于加工成细丝，合金丝的强度和耐腐蚀性较好。当合金丝的化学成分及其质量百分含量为镍45%、硅O. 25%、锰O. 35%、钇O. 03%、混合稀土 O. 05%、铝O. 45%、碳小于等于O. 05%、硫小于等于O. 01%、磷小于等于O. 001%、余量为铁时，合金丝的0°C 150°C的平均电阻温度系数为2500X10_6/°C，合金丝的电阻率为0.43±0.02μ Ω ·πι。满足上述成分及含量的PTC热敏电阻合金丝适用于需要上述电阻温度系数范围的场合。而且合金丝便于加工成细丝，合金丝的强度和耐腐蚀性较好。上述的PTC热敏电阻合金丝的制备方法包括以下步骤①原材料的准备 。②真空熔炼将步骤①准备的镍、铁投入真空熔炼炉的坩埚内，其余微量元素材料各自放在料斗内待投入；校验真空炉并加热使镍、铁全熔后开始加料斗中的微量元素；力口料完毕后精炼；精炼后镇静，然后带电浇注，浇注温度为1130°C 1170°C ;浇注完毕后随炉冷却，破坏真空后出炉。③对步骤②真空熔炼后所得的锭子进行热锻；合金加热温度为1010°C 1050°C，保温时间30 40分钟，热炉总加热时间90 120分钟。④热轧，将步骤③所得的方锻坯热轧成直径7_ 8. 8mm盘条。⑤退火，对步骤④热轧所得的盘条退火。⑥对步骤⑤退火后的盘条依次进行拉丝和退火，往复三次，分3次将7mm 8. 8mm盘条拉丝至所要求的合金丝直径。⑦成品检测包装出厂。上述步骤②真空熔炼时，料斗内的微量元素的加料顺序依次为硅、锰、混合稀土、钇。上述步骤⑥第一次退火时采用井式回火炉，退火前丝坯先用肥皂水把油污冲洗干净并晾干；井式回火炉的炉底放置木炭。本发明具有积极的效果(I)本发明的PTC热敏电阻合金丝通过改变其中组成的配比含量，(TC 150°C的平均电阻温度系数为2500X 10—7°C 5000X 10_6/°C;除了目前市场上已有的平均电阻温度系数为2500 X 10_6/°C 3000 X 10—7°C的PTC热敏电阻合金丝外，还包括目前急需的电阻温度系数高于3000 X 10_6/°C的PTC热敏电阻合金丝，且平均电阻温度系数最高可至5000 XIO-V0C，满足新兴的电气设备的更灵敏温度控制等要求。(2)本发明的PTC热敏电阻合金丝中包括金属钇。合金丝的性能特别是电阻温度系数主要是由合金成分决定的；PTC热敏电阻合金丝在使用时的升温过程中，受外界空气或介质的影响，会在合金表面产生氧化作用，从而使合金的成分发生变化，影响合金的性能。在镍基合金中加入金属钇后，升温时金属钇在合金内部优先被氧化，形成致密的扩散阻止层，防止合金主要组分的严重氧化，保证了合金丝的性能稳定性并且在升温条件下的使用寿命长。另外，在熔炼过程中，金属钇会与氧、氮等非金属杂质生成高熔点的氧化物而上浮，起到净化合金的作用。(3)本发明在PTC热敏电阻合金丝的加工过程中加入了混合稀土，避免金属镍被合金原材料中的硫腐蚀，增加了合金丝在加热条件下的使用寿命。
具体实施例方式(实施例1、PTC热敏电阻合金丝)本实施例的PTC热敏电阻合金丝的化学组成按重量百分比计分别为镍(Ni)78. 0%、硅(Si) O. 6%、锰(Mn) O. 3%、钇(Y) O. 02% O. 04% (本实施例中为 O. 03%)、混合稀土O. 04% O. 06% (本实施例中为O. 05%)、碳(C)小于等于O. 05%、硫(S)小于等于O. 01%、磷(P)小于等于O. 001%，余量为铁(Fe)。本实施例的PTC热敏电阻合金丝的0°C 150°C的平均电阻温度系数为4800X10—7 °C ;电阻温度系数的精度为±50X10—7 °C ;合金丝在20°c时的电阻率为(O. 19±0·02) μ Ω · m。软态的合金丝的抗拉强度大于390Mpa。由于新兴的电气设备需要更灵敏温度控制和调节的电阻元件，必须提高电阻丝的电阻温度系数上限以满足要 求。而由上述高电阻温度系数的PTC热敏电阻合金丝制成的控温仪表能更自动、有效、迅速地控制工业或家用电器中的工作温度，达到控温的目的；避免一般仪表难以控温或者不能自动控温的缺陷。这对进一步提高仪器仪表的自动化程度是个很大的飞跃，既节约了能源，又节省了人力。同时高电阻温度系数的PTC热敏电阻合金丝制成的仪表由于能更好地对整个电路起到限流、恒流的作用，大大减少了电器满负荷的时间，因而提高电阻元件寿命乃至整个设备的寿命。另外，高电阻温度系数的PTC热敏电阻合金丝制成的电阻元件还有更好的功率自动调节的功能；这一方面提高了设备的精度，另方面也有节能的效果。由于合金丝的性能特别是电阻温度系数主要是由合金成分决定的；PTC热敏电阻合金丝在使用时的升温过程中，受外界空气或介质的影响，会在合金表面产生氧化作用，从而使合金的成分发生变化，影响合金的性能。在镍基合金中加入金属钇后，升温时金属钇在合金内部优先被氧化，形成致密的扩散阻止层，防止合金主要组分的严重氧化，保证了合金丝的性能稳定性并且在升温条件下的使用寿命长。由于合金原材料中的镍、铁等金属中不可避免含有硫，硫能显著地加速镍基合金的腐蚀速度。由于硫化物的形成，使金属镍在SO2和CO2的混合气体中的腐蚀速度其比在
O.1MPad的O2中的氧化速度高出4-6个数量级，这就直接影响了合金丝在加热条件下的使用寿命。而混合稀土的加入可以避免金属镍被合金原材料中的硫腐蚀，增加了合金丝在加热条件下的使用寿命。本实施例的PTC热敏电阻合金丝的线径规格及公差如下表1，并且根据使用需要可以生产其他线径规格的合金丝表I线径规格及公差
权利要求
1.一种PTC热敏电阻合金丝，其特征在于所述合金丝的化学成分及其质量百分含量为镍 45% 82. 0%、硅 O. 1% O. 6%、锰 O. 22% O. 35%、钇 O. 02% O. 04%、混合稀土O. 04% O. 06%、碳小于等于O. 05%、硫小于等于O. 01%、磷小于等于O. 001%，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的PTC热敏电阻合金丝，其特征在于合金丝的0°C 150°C的平均电阻温度系数为2500X10—7°C 5000X10—7°C ;合金丝的电阻率为(O. 17 O. 43)±0. 02 μ Ω · m。
3.根据权利要求1所述的PTC热敏电阻合金丝，其特征在于所述合金丝的化学成分及其质量百分含量为镍64% 82. 0%、硅O. 1% O. 6%、锰O. 22% O. 35%、钇O. 02% O. 04%、混合稀土 O. 04% O. 06%、碳小于等于O. 05%、硫小于等于O. 01%、磷小于等于O. 001%、余量为铁时，合金丝的0°C 150°C的平均电阻温度系数为4300 X 10_7°C 5000 X 10_6/°C，合金丝的电阻率为(O. 17 O. 29) ±0. 02μ Ω · m。
4.根据权利要求1所述的PTC热敏电阻合金丝，其特征在于所述合金丝的化学成分及其质量百分含量为镍49% 65%、硅O. 1% O. 25%、锰O. 22% O. 35%、钇O. 02% O. 04%、混合稀土 O. 04% O. 06%、碳小于等于O. 05%、硫小于等于O. 01%、磷小于等于O. 001%、余量为铁时，合金丝的0°C 150°C的平均电阻温度系数为3000 X 10_7°C 4300 X 10_6/°C，合金丝的电阻率为(O. 27 O. 40) ±0. 02μ Ω · m。
5.根据权利要求1所述的PTC热敏电阻合金丝，其特征在于合金丝的化学成分中还包括铝；所述合金丝的化学成分及其质量百分含量为镍45% 49%、硅O. 2% O. 3%、锰 O. 30% O. 35%、钇 O. 02% O. 04%、混合稀土 O. 04% O. 06%、铝 O. 4% O. 5%、碳小于等于O. 05%、硫小于等于O. 01%、磷小于等于O. 001%、余量为铁时，合金丝的0°C 150°C的平均电阻温度系数为2500X1(T6/°C 3000X1(T6/°C，合金丝的电阻率为(O. 40 O. 43)±0. 02 μ Ω · m。
6.一种如权利要求1所述的PTC热敏电阻合金丝的制备方法，其特征在于包括以下步骤 ①原材料的准备； ②真空熔炼将步骤①准备的镍、铁投入真空熔炼炉的坩埚内，其余微量元素材料各自放在料斗内待投入；校验真空炉并加热使镍、铁全熔后开始加料斗中的微量元素；加料完毕后精炼；精炼后镇静，然后带电浇注，浇注温度为1130°C 1170°C ;浇注完毕后随炉冷却，破坏真空后出炉； ③对步骤②真空熔炼后所得的锭子进行热锻；合金加热温度为1010°C 1050°C，保温时间30 40分钟，热炉总加热时间90 120分钟； ④热轧，将步骤③所得的方锻坯热轧成直径7mm 8.8mm盘条； ⑤退火，对步骤④热轧所得的盘条退火； ⑥对步骤⑤退火后的盘条依次进行拉丝和退火，往复三次，分3次将7mm 8.8mm盘条拉丝至所要求的合金丝直径； ⑦成品检测包装出厂。
7.根据权利要求6所述的PTC热敏电阻合金丝的制备方法，其特征在于步骤②真空熔炼时，料斗内的微量元素的加料顺序依次为硅、锰、混合稀土、钇。
8.根据权利要求6所述的PTC热敏电阻合金丝的制备方法，其特征在于步骤⑥第一次退 火时采用井式回火炉，退火前丝坯先用肥皂水把油污冲洗干净并晾干；井式回火炉的炉底放置木炭。
全文摘要
本发明公开了一种PTC热敏电阻合金丝及其制备方法，所述合金丝的化学成分及其质量百分含量为镍45%～82.0%、硅0.1%～0.6%、锰0.22%～0.35%、钇0.02%～0.04%、混合稀土0.04%～0.06%、碳小于等于0.05%、硫小于等于0.01%、磷小于等于0.001%，余量为铁。通过改变其中组成的配比含量，0℃～150℃的平均电阻温度系数为2500×10-6/℃～5000×10-6/℃；包括了目前急需的电阻温度系数高于3000×10-6/℃的PTC热敏电阻合金丝，且平均电阻温度系数最高可至5000×10-6/℃，满足新兴的电气设备的更灵敏温度控制等要求。
文档编号C22F1/10GK103060615SQ20131003137
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月28日 优先权日2013年1月28日
发明者袁勤华, 袁鑫明 申请人:江苏华鑫合金有限公司