一種銅鎳系精密電阻合金箔材及製備方法

2023-06-01 23:11:41

專利名稱：一種銅鎳系精密電阻合金箔材及製備方法
技術領域：
本發明涉及一種具有電阻疲勞累積性能的精密電阻合金箔材及製備方法，特別是指一種銅鎳系精密電阻合金箔材及製備方法，主要應用於橋梁疲勞壽命計敏感柵。屬於屬於電阻傳感器製造技術領域。
背景技術：
國外1966年出現了報導疲勞壽命計的研究的，立即引起了極大的關注。Darrell R. Harting在文中重點介紹了電阻隨疲勞歷程自動累積——這一疲勞壽命計的固有特性。1972年，Rober S. Horne和Oscar L. Freyre在他們的研究報告中介紹了用特殊退火康銅箔製成的疲勞壽命計的電阻疲勞累積性能、應變倍增器的構造以及標定壽命計電阻疲勞累積性能曲線的實驗方法，包括測試設備、測試流程、荷載控制方法等。1975年，P. Charsley和B. A.Robins對由不同的合金成分、製備工藝的銅鎳合金箔、純銅箔製成的應變計進行大量的疲勞實驗，分別從理論和實驗說明了集聚體的作用，解釋了在疲勞加載作用下電阻變化的機理，但壽命計具體製作方法、加工工藝並沒有公布。美國波音公司首先研製成功S-N疲勞壽命計並應用於航空航天結構的疲勞監測， 1976年美國微測量公司曾在其產品目錄中出現過S-N疲勞壽命計的介紹，但是對於疲勞壽命計中的關鍵技術極端保密，能見到的也只是一頁紙類似於產品介紹的東西。在我們國內，上世紀80年代後期，由南京航空航天大學、6 所、上海有色金屬研究所、航天工業部702所等單位合作研製了箔式疲勞壽命計由於此種傳感器主要應用於國內軍事、航空航天等敏感領域，其合金組分、熔煉方法、壓力加工工藝和熱處理制度等完整製備過程無從知曉。總之，現有的疲勞壽命傳感元件是考慮專用於航空航天領域特定的使用對象，而該對象在結構材料、構造形式、工作特性上與橋梁結構存在顯著差異。目前土木工程領域的疲勞壽命計應用研究尚處於初級階段，大部分工作集中在對現有疲勞壽命計的電阻變化性能測試、討論用電阻變化特性表徵結構疲勞累積方法的研究。因此，研製一種新型的、基於橋梁疲勞壽命計的、適用於特大型橋梁關鍵構件疲勞累積損傷監測的技術與裝備具有重大理論價值與實踐意義。現有的用於疲勞壽命計敏感柵的精密合金箔材，其厚度一般在0. 005 0. 006mm 之間，具體製備工藝保密。

發明內容
本發明的目的在於提供一種工藝方法簡單、操作方便、製備的箔片厚度達到 0. 005mm、能滿足橋梁疲勞壽命計敏感柵使用要求的銅鎳系精密電阻合金箔材及製備方法。本發明一種銅鎳系精密電阻合金箔材，由下述組分按重量百分比組成Ni 40 48%，Mn :1. 4% 1. 8%，Fe :0. 0. 3%，Si :0. 3%，餘量為 Cu。本發明一種銅鎳系精密電阻合金箔材的製備方法，包括下述步驟
第一步均勻化處理按設計成分，取銅鎳系精密電阻合金鑄錠，加熱至1050 1150°C，保溫3 4個小時，隨爐冷卻；第二步熱鍛將第一步所得鑄錠加熱至1000 1050°C，熱鍛成錠胚；第三步銑面將第二步所得錠胚的每個表面進行銑削加工，銑削厚度為2. 5 5mm/面；除去加熱及熱鍛過程中產生的表面氧化、壓痕及氧化皮壓入、表面裂紋等缺陷；第四步熱軋將第三步所得錠胚加熱至1050 1130°C，熱軋至厚度為2 3mm的板胚；軋制工藝為開軋溫度大於等於1020°C ；終軋溫度850 750°C ；道次變形量為65 85% ；第五步酸洗將第四步所得板胚酸洗5 30分鐘後，依次用冷水、熱水清洗，然後採用壓縮空氣吹乾，除表面氧化皮；所述酸洗液有下述組分按重量百分比組成濃度為98 % 的 H2SO4 7 15 %濃度為65 %的HNO3 3 10 %，餘量為H2O ；第六步冷軋將第五步酸洗後的板胚，常溫下粗軋成厚度為Imm的板胚；道次變形量為65 85% ；然後中軋至厚度0. 25mm的帶鋼；道次變形量為65 85% ；最後精軋至厚度為0. 005mm的成品箔材；第七步成品退火將第六步精軋後所得成品箔材於500 600°C，保溫時間4 6小時隨爐冷卻退火。本發明一種銅鎳系精密電阻合金箔材的製備方法中，所述熱軋在2輥軋機上進行。本發明一種銅鎳系精密電阻合金箔材的製備方法第六步中，所述粗軋在2輥軋機上進行；所述中軋在4輥軋機上進行；所述精軋在20輥森吉米爾軋機上進行。本發明一種銅鎳系精密電阻合金箔材的製備方法中，所述粗軋、中軋、精軋過程中，在每道次軋制後，進行中間退火，消除加工硬化；退火工藝為退火溫度為680 720°C， 保溫時間20 40分鐘，H2氣氛保護。本發明製備的銅鎳系精密電阻合金箔材，主要由銅鎳合金及其它微量元素構成。 其中，鎳原子以杆狀和片狀的集聚形態存在於基體中，由高電導率的銅元素構成低阻抗特性。當交變應變作用後，位錯通過集聚體並使其分離，元素排列的變化使電阻率上升，產生不可恢復的電阻累積。經檢測，本發明方法獲得的銅鎳系精密電阻合金箔材製成的傳感器成品，其性能指標為AR/R電阻疲勞累積增量彡8%,電阻累積應變門檻值< 950μ ε，電阻溫度係數約為6. 483 X ΙΟ—6/°C，靈敏係數約為2. 021。本發明由於採用Ni含量為40 48%的Cu-Ni系合金作為主要成分，並加入其它微量元素，例如有利於M原子集聚體生成的狗元素的加入，使本發明具有較大的電阻累積量和較低電阻累積應變門檻值；其次是能使Cu-Ni合金的電阻溫度係數產生劇烈變化的過渡族金屬Mn、Co和能顯著影響Cu-Ni合金的電阻溫度係數的Si的加入，使本發明的電阻溫度係數較小，從而受外界溫度的影響較小；能顯著細化Cu-Ni合金晶粒的ττ元素的加入， Mn和Si還能提高合金的耐熱性，因Mn可改善冶煉過程中的脫氧、脫硫效果，而Si對細化晶粒，使合金組織均勻有明顯作用，這些使本發明具有較優異的疲勞壽命。本發明具有以下優佔.
4·(1)具有溫度自補償能力，適應橋梁結構複雜多變的氣候環境。(2)具有較大的電阻累積增量和優異的疲勞壽命，保證疲勞壽命計長期發揮工作， 無須頻繁更換。(3)具有較低的電阻累積應變門檻值，可直接粘貼在結構表面使用。(4)降低疲勞壽命計生產成本，利於疲勞壽命計的大規模應用。
具體實施例方式實施例1取組分配比為43% Ni，1. 8% Μη,Ο. 1% Fe,0.3% Si，餘量為Cu的銅鎳系精密電阻合金鑄錠，加熱至1100°C，保溫3. 5小時，隨爐冷卻，進行均勻化處理後，再將鑄錠加熱至 1000 1005°C，在2輥軋機上熱鍛成25X80mm的錠胚；對所得錠胚的每個表面進行銑削加工，銑削厚度為2. 5 5mm/面；然後，將銑削加工後的錠胚加熱至1100°C，熱軋至厚度為 2 3mm的板胚；軋制工藝為開軋溫度1030°C;終軋溫度800°C;道次變形量為65 70%; 將熱軋後的板胚酸洗20分鐘後，依次用冷水、熱水清洗，然後採用壓縮空氣吹乾，除表面氧化皮；將酸洗後的板胚，常溫下在2輥軋機上粗軋成厚度為Imm的板胚；道次變形量為65 70% ；然後在4輥軋機上中軋至厚度0. 25mm的帶鋼；道次軋制量道次變形量為65 70% ； 最後在20輥森吉米爾軋機上精軋至厚度為0. 005mm的成品箔材；將成品箔材於550°C，保溫時間5小時隨爐冷卻退火。本實施例中，粗軋、中軋、精軋過程中，在每道次軋制後，進行中間退火，消除加工硬化；退火工藝為退火溫度為700°C，保溫時間30分鐘，H2氣氛保護。本實施例中，酸洗液成分為濃度為98%的 H2S04 10%濃度為65%的HN037%，餘量為H20。本實施例製備的銅鎳系精密電阻合金箔片製成的箔式傳感器性能指標為Δ R/R電阻疲勞累積增量8.473%電阻累積應變門檻值 700 μ ε電阻溫度係數6. 296X10_6/°C靈敏係數2. 019實施例2取組分配比為Ni 40%，Mn 1.4%, Fe 0. 3%，Si 0. 3%，餘量為Cu的銅鎳系精密電阻合金鑄錠，加熱至1050°C，保溫3小時，隨爐冷卻，進行均勻化處理後，再將鑄錠加熱至1020 1025°C，在2輥軋機上熱鍛成20X70mm的錠胚；對所得錠胚的每個表面進行銑削加工，銑削厚度為2. 5 5mm/面；然後，將銑削加工後的錠胚加熱至1050°C，熱軋至厚度為2 3mm的板胚；軋制工藝為開軋溫度1020°C ；終軋溫度750°C ；道次變形量為75 80% ；將熱軋後的板胚酸洗30分鐘後，依次用冷水、熱水清洗，然後採用壓縮空氣吹乾，除表面氧化皮；將酸洗後的板胚，常溫下在2輥軋機上粗軋成厚度為Imm的板胚；道次變形量為 75 80% ；然後在4輥軋機上中軋至厚度0. 25mm的帶鋼；道次變形量為75 80% ；最後在20輥森吉米爾軋機上精軋至厚度為0. 005mm的成品箔材；將成品箔材於 500°C，保溫時間6小時隨爐冷卻退火。本實施例中，粗軋、中軋、精軋過程中，在每道次軋制後，進行中間退火，消除加工硬化；退火工藝為退火溫度為680°C，保溫時間40分鐘，H2氣氛保護。本實施例中，酸洗液成分為濃度為98%的 H2S04 7%濃度為65%的HN03 3%，餘量為H20。本實施例製備的銅鎳系精密電阻合金箔片製成的箔式傳感器性能指標為R/R電阻疲勞累積增量8. 075%,電阻累積應變門檻值750 μ ε ,電阻溫度係數6. 272 X 10_6/°C，靈敏係數2.003。實施例3取組分配比為Ni 48%, Mn 1.7%，Fe 0.2%,Si 0. 3%，餘量為Cu，的銅鎳系精密電阻合金鑄錠，加熱至1150°C，保溫4小時，隨爐冷卻，進行均勻化處理後，再將鑄錠加熱至1045 1050°C，在2輥軋機上熱鍛成30X90mm的錠胚；對所得錠胚的每個表面進行銑削加工，銑削厚度為2. 5 5mm/面；然後，將銑削加工後的錠胚加熱至1130°C，熱軋至厚度為2 3mm的板胚；軋制工藝為開軋溫度1050°C ；終軋溫度850°C ；道次變形量為80 85% ；將熱軋後的板胚酸洗5分鐘後，依次用冷水、熱水清洗，然後採用壓縮空氣吹乾，除表面氧化皮；將酸洗後的板胚，常溫下在2輥軋機上粗軋成厚度為Imm的板胚；道次變形量為 80 85% ；然後在4輥軋機上中軋至厚度0. 25mm的帶鋼；道次變形量為65 85% ；最後在20輥森吉米爾軋機上精軋至厚度為0. 005mm的成品箔材；將成品箔材於 600°C，保溫時間3小時隨爐冷卻退火。本實施例中，粗軋、中軋、精軋過程中，在每道次軋制後，進行中間退火，消除加工硬化；退火工藝為退火溫度為720°C，保溫時間20分鐘，H2氣氛保護。本實施例中，酸洗液成分為濃度為98% 的 H2S04 15%濃度為65%的HN03 10%，餘量為H20。本實施例製備的銅鎳系精密電阻合金箔片製成的箔式傳感器性能指標為Δ R/R電阻疲勞累積增量8. 372%，電阻累積應變門檻值680με，電阻溫度係數6. 489 X 10_6/°C，靈敏係數2. 05權利要求
1.一種銅鎳系精密電阻合金箔材，由下述組分按重量百分比組成Ni 40 48%，Mn 1. 4% 1. 8%, Fe 0. 0. 3%, Si :0. 3%，餘量為 Cu。
2.製備如權利要求1所述的一種銅鎳系精密電阻合金箔材的方法，包括下述步驟 第一步均勻化處理按設計成分，取銅鎳系精密電阻合金鑄錠，加熱至1050 1150°C，保溫3 4個小時， 隨爐冷卻；第二步熱鍛將第一步所得鑄錠加熱至1000 1050°C，熱鍛成錠胚；第三步銑面將第二步所得錠胚的每個表面進行銑削加工，銑削厚度為2. 5 5mm/面；除去加熱及熱鍛過程中產生的表面氧化、壓痕及氧化皮壓入、表面裂紋等缺陷； 第四步熱軋將第三步所得錠胚加熱至1050 1130°C，熱軋至厚度為2 3mm的板胚；軋制工藝為 開軋溫度大於等於1020°C ；終軋溫度850 750°C ；道次變形量為65 85% ； 第五步酸洗將第四步所得板胚酸洗5 30分鐘後，依次用冷水、熱水清洗，然後採用壓縮空氣吹乾，除表面氧化皮；所述酸洗液有下述組分按重量百分比組成 濃度為 98% WH2SO4 7 15% 濃度為65%的HNO3 3 10%，餘量為H2O; 第六步冷軋將第五步酸洗後的板胚，常溫下粗軋成厚度為Imm的板胚；道次變形量為65 85% ； 然後中軋至厚度0. 25mm的帶鋼；道次變形量為65 85% ； 最後精軋至厚度為0. 005mm的成品箔材； 第七步成品退火將第六步精軋後所得成品箔材於500 600°C，保溫時間4 6小時隨爐冷卻退火。
3.根據權利要求2所述的一種銅鎳系精密電阻合金箔材的製備方法，其特徵在於所述熱軋在2輥軋機上進行。
4.根據權利要求2所述的一種銅鎳系精密電阻合金箔材的製備方法，其特徵在於所述粗軋在2輥軋機上進行；所述中軋在4輥軋機上進行；所述精軋在20輥森吉米爾軋機上進行。
5.根據權利要求2所述的一種銅鎳系精密電阻合金箔材的製備方法，其特徵在於所述粗軋、中軋、精軋過程中，在每道次軋制後，進行中間退火，消除加工硬化；退火工藝為 退火溫度為680 720°C，保溫時間20 40分鐘，H2氣氛保護。
全文摘要
一種銅鎳系精密電阻合金箔材，由下述組分按重量百分比組成Ni40～48％，Mn1.4％～1.8％，Fe0.1％～0.3％，Si0.3％，餘量為Cu。其製備方法包括均勻化處理、熱鍛、銑面、熱軋、酸洗、分步冷軋、成品退火。工藝方法簡單、操作方便、製備的箔片厚度達到0.005mm、能滿足橋梁疲勞壽命計敏感柵使用要求。可作為橋梁疲勞壽命計敏感柵的材料。
文檔編號C22C9/06GK102162046SQ201010612319
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年12月29日
發明者任偉新, 肖丹 申請人:中南大學