Манганин

МанганинМАНГАНИН, медно-марганцево-никелевый сплав красноватого цвета, высокого- электрического сопротивления, применяемый гл. обр. для эталонов постоянного сопротивления, в меньшей степени для буферных сопротивлений и отчасти для термопар и нагревательных приборов. Присадка Мn к Сu обусловливает снижение теплового коэффициента сопротивления, а присадка Ni - снижении термоэлектродвижущей силы в отношении Сu. Настоящий манганин, предложенный в 1889 г., состоит из 84% Сu, 12% Мn и 4% Ni; однако к группе манганинов относят разные другие сплавы, в которых Мn содержится больше, чем Ni (например, тарнак) и кроме того родственные по свойствам сплавы, в которых Ni заменен Fe (ферроманганин, резистин) или Аl (сплав Терло), причем содержание третьего компонента меньше, чем содержание марганца. Состав сплавов, удерживающих самое название манганин или родственных ему но свойствам, представлен в табл. 1.

Состав сплавов, удерживающих самое название манганин или родственных ему но свойствам

Манганин характеризуется значительным удельным электросопротивлением (хотя и меньшим, чем константана), малым температурным коэффициентом электросопротивления (около 2·10-6, а в известных случаях 3·10-6 в и даже до 1·10-6); при известных соотношениях компонентов тепловой коэффициент сопротивления подобных сплавов Cu-Mn может оказаться, как впервые открыто Вестоном, отрицательным. Сопротивление настоящего манганина меняется с температурой не линейно, и около 30°С скорость изменения максимальна. Некоторые сравнительные данные относительно электросопротивления манганина и других сплавов высокого сопротивления сопоставлены в табл. 2.

Некоторые сравнительные данные относительно электросопротивления манганина и других сплавов высокого сопротивления

Термоэлектродвижущая сила манганиново-медной пары составляет 3—4 μV/°C, тогда как у константаново-медной пары термо-ЭДС составляет 40 μV/°C. Температура плавления манганина высока, так что расплавляющий ток значителен; в табл. 3 сопоставлены данные относительно зависимости между диаметром проволоки и расплавляющим ее током для манганина и некоторых сплавов; из нее видно, что манганин превосходит все сплавы за исключением платино-иридиевого. Физические константы манганина: удельный вес 8,4, удельная теплоемкость 0,097.

Данные относительно зависимости между диаметром проволоки и расплавляющим ее током для манганина и некоторых сплавов

Электросопротивление манганина наиболее устойчиво в отношении температуры при содержании 12% Мn; малая изменяемость сопротивления от времени м. б. достигнута нагревом манганина до 700°С в течение нескольких мин. в атмосфере углекислоты, а затем прогревом при 150°С в течение 4—5 ч. в масле; удовлетворительная термическая обработка м. б. произведена нагреванием до 140°С, но лишь после покрытия манганина шеллаком; в противном случае на поверхности манганина образуется медная пленка, которая д. б. счищена. Подобные меры предосторожности необходимы в виду легкой окисляемости манганина, особенно при нагреве, вследствие чего предел рабочей температуры для манганина, как и для сплава Терло, только 100°С. Однако необходимо иметь в виду, что сопротивление и термически обработанного манганина с течением времени растет примерно на 0,07 % в год (а в некоторых случаях менее, чем на 0,001 %).

Из числа различных Cu-Mn-Ni-сплавов манганин особенно пригоден для эталонных сопротивлений; остальные аналогичные сплавы, обладая меньшим тепловым коэффициентом сопротивления, частью превосходят манганин по термо-ЭДС, частью уступают ему. После многолетних испытаний в Reichsanstalt было установлено, что манганин, принятый в Германии для эталонных сопротивлений, во всяком случае более пригоден, чем платиново-серебряный сплав, нормализованный в свое время для той же цели в Великобритании и во Франции. Однако замена никеля более дешевыми железом (ферроманганины, резистины) или алюминием (сплав Терло и др.) понижает температурный коэффициент сопротивления и термо-ЭДС в отношении меди; так например, у ферроманганина, указанного в табл. 1, термо-ЭДС в отношении меди равна нулю, а у сплава Терло она составляет 0,3 μV/°C. Температурный коэффициент сопротивления у этих сплавов изменяется в зависимости от состава и термической обработки и м. б. как положительным, так и отрицательным. Настоящий манганин поступает на рынок в виде проволоки (прутьев) диаметром 12 мм и листов толщиною от 0,2 мм, шириною 60 мм. Протрава продажного товара бывает как красная, так и белая, однако в последнем случае при паянии серебром листы краснеют, и тогда требуется вторичная протрава после паяния. Сплав Терло характеризуется кроме вышеприведенных еще и следующими данными: удельный вес 8,15; сопротивление на разрыв 55 кг/мм2; коэффициент линейного расширения 0,0000194.

Конструкция германских сопротивлений разработана К. Фюсснером. Манганиновые сопротивления изготовляют в пределах от 0,0001 Ω до 100000 Ω, причем на сопротивления меньшие 0,1 Ω идет листовой манганин, а на большие 0,1 Ω - манганиновая проволока, обвитая шелком; эта проволока наматывается бифилярно на изолированную шелковой лентой латунную трубку, затем обмотку пропитывают шеллаком и подвергают длительному остариванию приблизительно при температуре 120°С. После этого ее вставляют в латунный футляр (гильзу), в которую вводятся через эбонитовую крышку толстые медные токоприводы. Для устойчивости сопротивлений необходимо защищать обмотку от колебаний атмосферной влажности, так как при ее изменении шеллак изменяет натяжение проволоки и, следовательно, ее сопротивление. Эта неустойчивость устраняется герметической закупоркой гильз или содержанием обмоток в атмосфере постоянной влажности. Резистин кроме указанного для манганина электротехнического применения идет также в машиностроении на двигатели внутреннего сгорания, паровые турбины и паровые машины.

Производство манганина и подобных ему сплавов представляет известные трудности и стоит дорого, т. к. материалы должны отличаться большой чистотой; в частности требуется вполне удалить из сплава попадающий туда вместе с Fe и Мn углерод, который сильно понижает сопротивление готового материала. Поэтому для получения манганина обычно исходят из хлористых солей Fe и Мn, смесь которых в растворе обрабатывают известью:

FeCl2+MnCl2+2Ca(OH)2=Fe(OH)2+Mn(OH)2+2CaCl2.

Осадок гидратов Fe и Мn промывают, высушивают и восстанавливают углем при высокой температуре. Далее подученный т. о. ферромарганец сплавляют с чистой рафинированной медью. Плавка ведется либо в магнезиальных тиглях либо в графитовых с облицовкой из MgO; тигли из глины или алунда для данной цели непригодны, т. к. вводят в сплав кремний. Работа ведется в электрических печах сопротивления и притом в токе углекислоты.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 12 - 1932 г.