一种精密锰铜电阻合金材料及其制备方法

本发明属于高精度电阻材料的制备与加工，具体涉及一种精密锰铜电阻合金材料及其制备方法。

背景技术：

1、伴随着电子器件的精密化，低电阻变化率、高精度电阻元件越来越受到人们的重视，精密电阻合金已经成为电子元器件中不可缺少的关键材料。这些精密电阻合金一般具有电阻率高、电阻温度系数低、电阻值稳定和合金成分均匀的特点。精密电阻合金具有广泛的应用前景，关乎电子计算机、导弹、原子能以及宇宙航行等尖端科学技术的发展。正是由于这些尖端科学技术的高速发展，对电子仪器仪表的精度有了更高的要求，而精密电阻合金是这些仪器仪表中的关键材料。因此，就需要使用温度范围广、电阻温度系数小、电阻值年变化率小的精密电阻材料。

2、相对于其他精密电阻合金，锰铜电阻合金在使用温度范围内电阻温度曲线呈抛物线，与一般精密电阻材料直线型电阻温度曲线相比，在使用温度范围内电阻相对变化值更小，也更加稳定。但由于近年来对锰铜精密电阻合金的研究较少，对锰铜的坯料制备工艺、热处理工艺等不是很明确，在长期使用过程中，电阻材料由于组织不均匀，造成局部升温，严重影响锰铜电阻的使用寿命。在制样过程中，由于锻造工艺的影响，热处理过程受热不均匀，使材料内部存在应力，造成电阻材料在使用过程中发生变形，造成电阻不稳定。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种精密锰铜电阻合金材料及其制备方法，以解决精密锰铜电阻在制备及热处理过程中由于合金材料受热不均匀导致合金材料内部存在应力，造成电阻使用不稳定的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种精密锰铜电阻合金材料，包括如下质量百分比原料：mn 11.7wt％、ni2.5wt％、sn 0.27-0.3wt％、fe 0.2-0.5wt％、ge 0.636-0.88wt％、la 0.3-0.5wt％、nd0.1-0.6wt％、y 0.4-0.7wt％、余量为cu；

4、ni、fe、nd、y成分的质量百分比满足关系式：ni(wt％)＝1×fe(wt％)+2×nd(wt％)+3×y(wt％)；

5、ge、sn、la成分的质量百分比满足关系式：ge(wt％)＝1.2×sn(wt％)+1.04×la(wt％)。

6、所述一种精密锰铜电阻合金材料的制备方法，包括如下步骤：

7、s1.对cu、mn、ni、sn、fe、ge、la、nd、y各组分表面进行清理，按上述质量百分比进行配比，进行真空熔炼，熔铸成坯料；

8、s2.对坯料进行预热；

9、s3.对预热后的坯料进行旋转锻造，得到锻件；

10、s4.对锻件进行抛丸处理；

11、s5.重复s3和s4，直至加工完全获得处理后工件，并将其进行分割成长度不大于1000mm，直径为20-30mm的棒材。

12、s6.对棒材进行一次退火处理，去除应力；

13、s7.将s6所得样品进行拉丝处理得到直径为0.8-1.5mm的丝材；

14、s8.对丝材进行二次退火处理，所述二次退火处理包括梯度升温过程和梯度降温过程。

15、进一步的，所述s2中具体为对坯料进行表面处理，切除坯料表面3-4mm厚的合金材料再进行预热处理，预热温度为900-950℃。

16、进一步的，所述旋转锻造加工压力为90-110mpa,加载频率为500-600次/min。

17、进一步的，所述s6一次退火处理具体为棒材先打磨处理清除表面杂质，再在10e-2pa真空状态下，30min内加热至850℃后自然冷却至室温(25-30℃)。

18、进一步的，所述s7具体为清除s6所得样品表面杂质，置于拉丝机中，通过牵引力向外拉扯，使其逐渐减小截面积，以形成线状或细长形状，整个拉丝过程浸泡在拉丝液中。

19、进一步的，所述s8中二次退火处理的真空度为10e-2pa。

20、进一步的，所述s8中梯度升温过程具体为按100℃/h的速度将温度从0℃升温至200℃，保温2h；再按50℃/h的速度将温度从200℃升温至300℃，保温2h；再按50℃/h的速度将温度从300℃升温至400℃，保温2h；梯度降温过程具体为按25℃/h的速度将温度从400℃降温至300℃，保温2h，再按150℃/h的速度将温度从300℃降温至0℃。

21、本发明的有益效果：

22、1.本发明提供了一种精密锰铜电阻合金材料及其制备方法，其中合金材料包括的组分元素为cu、mn、ni、sn、fe、ge、la、nd、y，通过配比各组分含量，显著提高合金材料的导电性能；利用本发明所述的合金材料制备锰铜合金电阻，在热处理过程中由于合金材料受热均匀，能够有效消除内在应力，制备所得电阻在使用过程中不易发生变形，电阻稳定使用，有效保证了电阻的使用寿命。

23、2.本发明提供的一种精密锰铜电阻合金材料，其中基于锰铜系精密电阻合金，加入la、nd、y，通过这三种稀土元素，溶解在金属内部，由于稀土元素与氧元素亲和力比较强，将大大降低合金内部的游离的氧元素，促进电子运动，降低合金的电阻温度系数。在对这三种合金的原素含量进行调整，使合金具有较好的物理性能以及电性能，符合生产及应用要求。

24、3.本发明在制备精密锰铜电阻工艺中，一方面对熔炼好的坯料采用旋转锻造的加工方式，能够进一步提高合金材料的均匀性和可塑性。组织均匀性的提高，有利于防止电阻在使用过程中的热量聚集，降低电阻的使用寿命，防止可能造成的电阻熔断，引发安全事故的问题。可塑性的提高，使得合金材料在加工过程中变得更加简单，对设备的要求有所降低，有利于制备工艺的简化。另一方面对拉丝完成的丝材进行阶梯升降温的退火处理，不仅可以使合金受热均匀，细化晶粒，减少因受热不均匀而产生的应力，降低电阻在使用过程中发生变形的可能性，还可以避免因温度不均匀造成的组织差异造成每个部分电阻值差异过大。

技术特征：

1.一种精密锰铜电阻合金材料，其特征在于，包括以下质量百分比原料：mn 11.7wt％、ni 2.5wt％、sn 0.27-0.3wt％、fe 0.2-0.5wt％、ge 0.636-0.88wt％、la 0.3-0.5wt％、nd0.1-0.6wt％、y 0.4-0.7wt％、余量为cu。

2.根据权利要求1所述的一种精密锰铜电阻合金材料，其特征在于，所述原料中ni、fe、nd、y的质量百分比满足关系式：ni＝1×fe+2×nd+3×y；ge、sn、la的质量百分比满足关系式：ge＝1.2×sn+1.04×la。

3.根据权利要求1所述的一种精密锰铜电阻合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种精密锰铜电阻合金材料的制备方法，其特征在于，所述s2中具体为对坯料进行表面处理，切除坯料表面3-4mm厚的合金材料再进行预热处理，预热温度为900-950℃。

5.根据权利要求3所述的一种精密锰铜电阻合金材料的制备方法，其特征在于，所述s3中旋转锻造加工压力为90-110mpa,加载频率为500-600次/min。

6.根据权利要求3所述的一种精密锰铜电阻合金材料的制备方法，其特征在于，所述s6中一次退火处理具体为棒材先打磨处理清除表面杂质，再在10e-2pa真空状态下，30min内加热至850℃后自然冷却至室温。

7.根据权利要求3所述的一种精密锰铜电阻合金材料的制备方法，其特征在于，所述s8中二次退火处理的真空度为10e-2pa。

8.根据权利要求3所述的一种精密锰铜电阻合金材料的制备方法，其特征在于，所述s8中梯度升温过程是按100℃/h的速度将温度从0℃升温至200℃，保温2h；再按50℃/h的速度将温度从200℃升温至300℃，保温2h；再按50℃/h的速度将温度从300℃升温至400℃，保温2h；梯度降温过程是按25℃/h的速度将温度从400℃降温至300℃，保温2h，再按150℃/h的速度将温度从300℃降温至0℃。

技术总结
本发明公开了一种精密锰铜电阻合金材料及其制备方法，属于高精度电阻材料的制备与加工技术领域，所述材料包括如下质量百分比原料：Mn11.7wt％、N i 2.5wt％、Sn 0.27‑0.3wt％、Fe 0.2‑0.5wt％、Ge 0.6‑1.0wt％、La 0.3‑0.5wt％、Nd 0.2‑0.6wt％、Y 0.4‑0.7wt％、余量为Cu；利用所述材料制备精密锰铜电阻丝材的工艺依次为配料，预热，旋转锻造，抛丸处理，一次退火，拉丝处理，二次梯度退火。利用本发明所述方法制备的合金电阻在使用过程中不易发生变形，可稳定使用，有效保证了电阻的使用寿命。

技术研发人员：张真,周子健,魏海根,曹世举,张朝阳,胡世来,陈欢欢,吴勇,洪宏
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15