[发明专利]一种铜基电阻材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电阻材料制备技术领域，具体涉及一种铜基电阻材料及其制备方法和应用。该铜基电阻材料的组分包括锰、铝、镍、铁、硅，余量为铜和杂质。锰、镍能显著降低铜基电阻材料的导电性能，使材料具有较高的电阻率。铝、铁、硅微量元素的复合添加有效调控了铜基电阻材料的结构特征，这几种元素通过固溶进入铜的晶格，降低了温度对原子振动的影响，改善铜基电阻材料的电阻温度系数，以获得更低的电阻温度系数以及更加稳定的电阻率。通过铁元素用量的合理添加，有效细化了材料中的合金组织，提高成分均匀性。特定用量铝元素的添加能够改善电阻材料的合金熔体流动性，提高铜基电阻材料上引连铸坯料的成分均匀性以及成品率。

技术领域

本发明属于电阻材料制备技术领域，具体涉及一种铜基电阻材料及其制备方法和应用。

背景技术

精密电阻材料是用于制作精密电阻的金属材料，精密电阻材料是指电阻温度系数绝对值和对铜热电动势绝对值均小且稳定性好的以电阻值特性为主要特性的材料。精密电阻用合金材料的温度稳定性要高于普通电阻的材料，在一定的温度范围内，精密电阻的误差要求比普通电阻的误差小很多。铜基精密电阻材料是在非高温领域应用最有应用价值的电阻材料，应用场合最为广泛，其核心部分为电阻铜合金。长期以来，全世界一直采用较为单一的数种合金牌号，主要有锰铜、康铜和新康铜，其中在智能电表领域以锰铜合金为主。电阻铜合金中主要含有镍和锰两种合金元素，对于其它元素的有利或有害影响均未深入关注。此外，在现有熔炼技术条件下，熔铸装备的密封性差，温度难以控制等，由于现有合金牌号中的镍含量较高，因而熔炼温度高，加上锰、镍元素在熔炼过程中极易被氧化，元素烧损量难以控制，造成材料中锰、镍等等特定元素的含量不达标。另有，因氧化烧损而产生的氧化锰渣等成为杂质易存在于材料中，使材料存在缺陷。直到目前，现有材料的制备工艺上仍难克服上述问题，亟需从材料成分和制备方法上进行创新改进。

随着智能仪表对机械仪表全面替代时代的到来，以及智能仪表对精度、寿命和稳定性的提高，现行自主生产的电阻用铜合金材料越来越难以满足使用要求，给分流器和电工仪表制造企业带来了极大不便，大幅增加了人工调表时间，严重影响生产效率，也大幅增加售后服务的成本。

同时，生产铜合金电阻材料的制备方法主要采用工频感应熔炼炉对合金进行熔化配制，再使用连铸或半连铸方式进行铸锭，最后结合冷轧和退火完成成型。现有熔炼工艺由于不能避免高温时空气对合金元素的氧化，因此对合金的成分难以保障，锰、镍元素烧损严重，且熔体吸气严重；铸坯需要对表面的氧化层进行铣削而造成材料浪费；成型工序后期需要分条切边，造成材料的大量浪费。整个工艺缺乏对合金织构的控制，造成较严重的各向异性，影响合金的性能。此外，现行的工艺生产流程长、能耗高、成本率低，综合成本高。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中铜基电阻材料的电阻温度系数高、稳定性差，以及铜基材料工艺难以保障合金成分，造成锰镍元素烧损严重、熔体吸气严重、生产流程长、能耗高等缺陷，从而提供一种铜基电阻材料及其制备方法和应用。

为此，本发明提供了以下技术方案。

本发明提供了一种铜基电阻材料，以质量分数计，其组分包括，10-14％锰、1-3％铝、0.5-1.5％镍、0.5-1.5％铁、0.5-1.5％硅，余量为铜；其中，由于原材料中不可避免含有一定的杂质，因此，铜基电阻材料中含有不可避免的多种杂质元素。

所述铜基电阻材料中的杂质总含量小于50ppm，单一杂质元素的含量小于10ppm；所述铜基电阻材料中的氧含量小于5ppm。

本发明还提供了一种上述铜基电阻材料的制备方法，包括以下步骤，

(1)预热：分别加热各原料至第一温度，保温；

(2)熔化：对步骤(1)得到的铜原料加热至第二温度，待铜原料熔化后再加入步骤(1)得到的铁原料、镍原料、硅原料、锰原料和铝原料，静置，使各原料形成混合熔体；