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Verwendung einer Nickellegierung für elektrische Widerstände Die Erfindung
bezieht sich auf die Herstellung elektrischer Widerstände für die Instrumententechnik
und die elektronische Technik, insbesondere für die Verwendung im Bereich zwischen
-50 und +250'C. Für das betreffende Verwendungsgebiet hat man bisher verschiedene
Sorten von Legierungen auf Kupferbasis verwendet, wie Manganin (84"/, Kupfer, 120/,
Mangan und 4% Nickel) und Konstantan (5501, Kupfer und 450/, Nickel) oder Legierungen
auf Eisenbasis, wie Eisen-Chrom-Aluminium-Legierungen. Die angeführten Legierungen
genügen jedoch nicht den hohen Ansprüchen, die heutzutage an Widerstandsmaterial
für den erwähnten Temperaturbereich gestellt werden. So hat z. B. Manganin zwar
einen niedrigen Temperaturkoeffizienten für den elektrischen Widerstand, nämlich
1 # 10-5 Ohm/ Ohm/' C, und geringe thermoelektrische Kraft gegenüber Kupfer, nämlich
1 Mikrovolt/' C, aber einen ziemlich niedrigen spezifischen Widerstand von 0,43
Ohm - mm2/m und schlechte Bruchfestigkeit (55 kg/mm2), während Konstantan zwar ebenfalls
einen niedrigen Temperaturkoeffizienten von 2 - 10-5 Ohm/Ohm/'C besitzt, aber ebenfalls
einen niedrigen spezifischen Widerstand (0,50 Ohm . mm2/m), ferner große thermoelektrische
Kraft gegenüber Kupfer (40 Mikrovolt/' C) und ungenügende Bruchfestigkeit (50 kg/mm2).
Die Eisen-Chrom-Aluminium-Legierungen besitzen zwar einen geringen Temperaturkoeffizienten
von 2 - 10-5 Ohm/Ohm/'C, einen ziemlich hohen spezifischenWiderstand(1,40 Ohm #
mm2/m) und geringe thermoelektrische Kraft gegenüber Kupfer (1 Mikrovolt/' C), weisen
aber eine verhältnismäßig geringe Bruchfestigkeit von 75 kg/mm2 auf und sind außerdem
ferromagnetisch. Ferner werden für den betreffenden Zweck Nickel-Chrom-Legierungen
mit einer hauptsächlichen Zusammensetzung von 80 °/o Nickel und 20 °/o Chrom verwendet,
mit einem Temperaturkoeffizienten von etwa 14 - 10-5 und einem spezifischen Widerstand
von 1 bis 1,15 Ohm - mm2/m, falls an den Temperaturkoeffizienten keine allzu hohen
Forderungen gestellt werden. Diese Legierung wird im allgemeinen als Widerstand
bei hohen Temperaturen verwendet, und die besonderen Zusätze, die in Frage kommen
können, sind dazu bestimmt, die Zunderfestigkeit und Festigkeit bei hohen Temperaturen
sowie die Verarbeitungsmöglichkeit zu erhöhen.
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Demgegenüber betrifft die Erfindung die Verwendung einer Legierung,
welche 10 bis 30"/, Chrom, 2,6 bis 60/,
Silizium, 0,4 bis 60/, Mangan,
Rest Nickel, enthält. Dabei haben umfangreiche Untersuchungen gezeigt, daß die Mengen
des anwesenden Mangans und Siliziums in einem gewissen Verhältnis zueinander stehen
müssen, wenn die für elektrische Widerstände für die Instrumententechnik und die
elektronische Technik geeignetste Kombination der obengenannten Eigenschaften erhalten
werden soll. In der für die Mengen des anwesenden Mangans und Siliziums geltenden
Gleichung Si °/o = 0,4 - Mn °/o -I- a soll die Konstante a einen Wert zwischen 0,6
und 4,8 besitzen, je nach dem vorhandenen Chromgehalt. Bei einem Chromgehalt von
15 °/o erhält man das beste Ergebnis bei einem Wert von a = 1,2 bis 3,8. Bei 17,5
°/o Chrom erhält man das beste Ergebnis bei einem a-Wert =1,65 bis 4,25, und bei
20% Chrom soll der a-Wert 2,1 bis 4,7 sein. Es hat sich als zweckentsprechend erwiesen,
den a-Wert durch die Gleichung a .--- 0,18 Cr °/o -E- b bestimmen zu lassen, wobei
b zwischen -1,5 und -E-1,1 liegt.
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Die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung ist austenitisch und
folglich nicht magnetisch.
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Andere Elemente als die obenerwähnten, die im Hinblick auf die Herstellung
zweckentsprechend sind, können natürlich auch in der Legierung enthalten sein, vorausgesetzt,
daß die Mengen so gering sind, daß der Temperaturkoeffizient nicht größer wird als
0,0001 Ohm/Ohm/'C oder der spezifische Widerstand weniger als 1 Ohm - mm2/m. Diese
Elemente können Metalle sein zur Desoxydierung und Entgasung, wie Kalzium, Magnesium,
Cer, Zirkonium und Bor, sowie Metalle zur Stabilisierung von Kohlenstoff, wie Titan;
Niob, Tantal und Vanadin. Ferner können unter den erwähnten Voraussetzungen diejenigen
Elemente enthalten sein, welche gewöhnlich in Nickel vorzukommen pflegen, weshalb
der Ausdruck »Rest Nickel«, der im weiteren gebraucht wird, das Vorkommen der hier
erwähnten Elemente einschließt.
Legierungen der beanspruchten Zusammensetzung
sind als säurebeständige, hitzebeständige und korrosionsfeste Werkstoffe bekannt;
auch können sie für Behälter und Schneidwerkzeuge verwendet werden. Die Forderungen
nach Einhaltung eines bestimmten Mengenverhältnisses zum Mangan und Silizium bzw.
Kupfer und Silizium ist jedoch der Literatur nicht zu entnehmen, schon gar nicht
kann aus der Literatur auf die Brauchbarkeit der Legierung zur Verwendung als Widerstandsmaterial
für die elektronische Technik und die Instrumententechnik geschlossen werden.
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Folgende Beispiele für Zusammensetzungen gemäß der Erfindung sollen
genannt werden, um die verschiedenen Eigenschaftskombinationen zu erläutern, die
erhalten werden, nachdem die Legierung einer geeigneten Wärmebehandlung ausgesetzt
gewesen ist.
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Beispiel 1 20 % Chrom, 4,10/0 Silizium, 1,9 0/0 Mangan und Rest Nickel
mit folgenden Eigenschaften: Temperaturkoeffizient 2 # 10-5 Ohm/Ohm' C, thermoelektrische
Kraft gegenüber Kupfer 0,9 Mikrovolt/' C, spezifischer Widerstand 1,30 Ohm # mm2/m,
Bruchfestigkeit 115 kg/mm2. Beispiel 2 2001, Chrom, 4,901, Silizium, 2,70/,
Mangan und Rest Nickel mit folgenden Eigenschaften: Temperaturkoeffizient 1,8 -
10-5 Ohm/Ohm/'C, thermoelektrische Kraft gegenüber Kupfer 0,1 Mikrovolt/'C, spezifischer
Widerstand 1,30 Ohm # mm2/m, Bruchfestigkeit 135 kg/mm2. Beispiel 3 14,5 0/0 Chrom,
3,9 % Silizium, 3,2 0/0 Mangan und Rest Nickel mit folgenden Eigenschaften: Temperaturkoeffizient
1 # 10-s Ohm/Ohm/''C, spezifischer Widerstand 1,29 Ohm - mm2/m, Bruchfestigkeit
115 kg/mm2.
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Wie aus diesen -Beispielen hervorgeht, ist der Wert für den spezifischen
Widerstand und die Bruchfestigkeit durchgehend hoch; während die Legierung im Beispiel
1 durch einen Temperaturkoeffizienten und eine thermoelektrische Kraft gegenüber
Kupfer gekennzeichnet ist, die mit denen der bisher normalerweise verwendeten Legierungen
vergleichbar sind, besitzt die Legierung im Beispiel 2 eine äußerst geringe thermoelektrische
Kraft gegenüber Kupfer und die Legierung 3 einen äußerst niedrigen Temperaturkoeffizienten.
Weitere Eigenschaftskombinationen können begreiflicherweise durch geeignete Wahl
des Chrom-Silizium-Mangan-Gehaltes erhalten werden, so daß die Legierung in ihren
Eigenschaften den verschiedenen Verwendungsgebieten angepaßt werden kann. Ebenso
können die Eigenschaften der Legierung gemäß der Erfindung durch auf verscheidene
Weise ausgeführte Wärmebehandlung beeinflußt werden.
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Folgende weitere Beispiele können angeführt werden: Beispiel 4
19,901, Chrom, 3,00/0 Silizium, 3,6"/, Mangan und Rest Nickel mit
folgenden Eigenschaften: Temperaturkoeffizient 5,5 - 10-5 Ohm/Ohm/'C, thermoelektrische
Kraft gegenüber Kupfer 1 Mikrovolt/' C, spezifischer Widerstand 1,23 Ohm . mm2/m,
Bruchfestigkeit 95 kg/mm2.
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Das Mangan kann ganz oder teilweise durch Kupfer ersetzt werden, wie
folgt: Beispiel 5 19,30/, Chrom, 3,8 % Silizium, 4,250/, Kupfer und Rest Nickel
mit folgenden Eigenschaften: Temperaturkoeffizient 2,3 - 10-5 Ohm/Ohm/'C, thermoelektrische
Kraft gegenüber Kupfer 0,7 Mikrovolt/'C, spezifischer Widerstand 1,28 Ohm - mm2/m,
Bruchfestigkeit 96 kg/mm2.
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In gewissen Fällen kann wie nachfolgend ein niedriger Gehalt an Silizium
und Mangan erwünscht sein. Beispiel 6 151)/, Chrom, 2,60/, Silizium, 1,20/,
Mangan und Rest Nickel mit folgenden Eigenschaften: Temperaturkoeffizient 3 # 10-s
Ohm/Ohm/'C, thermoelektrische Kraft gegenüber Kupfer 4 Mikrovolt/' C, spezifischer
Widerstand 1,21 Ohm - mm2/m, Bruchfestigkeit 95 kg/mm2.