Szczegóły o czystym drutzie niklowym w zastosowaniach przemysłowych

Czysty drut niklowy jest ciągniony z czystego niklu handlowego, a określenie to opisuje rodzinę, a nie pojedynczy produkt. Dwa gatunki, które stanowią prawie całość, różnią się tylko zawartością węgla, są objęte różnymi numerami UNS, a wybór między nimi zależy od procesu, przez który przechodzi drut, a nie od jego przeznaczenia. Wszystko inne w drucie wynika z jego własnych właściwości, a te dwie właściwości decydują o tym, które ze znanych zastosowań może faktycznie spełnić.

Zastosowania są zazwyczaj wymieniane jako komponenty elektryczne, elementy grzejne i baterie. Ta lista jest dokładna, o ile sięga, a dwa z trzech zawierają opublikowane kwalifikacje, których kupujący potrzebuje przed zamówieniem drutu, ponieważ kwalifikacje decydują o tym, czy zastosowanie w ogóle działa.

Czysty nikiel handlowy jest opisany w swojej broszurze jako 99,6 % czysty, a specyfikacja, według której jest sprzedawany, określa minimum 99,0 % dla niklu plus kobaltu. Liczba handlowa i liczba specyfikacji to dwa różne stwierdzenia, a elementem, który oddziela dwa gatunki w poniższej tabeli, jest węgiel, z maksymalnie 0,15 % w porównaniu do maksymalnie 0,02 %. Ta pojedyncza różnica decyduje o tym, czy drut przetrwa jasne wyżarzanie bez ryzyka tworzenia się grafitu.

Linia zamówienia powinna zawierać numer UNS, a nie tylko liczbę czystości, ponieważ certyfikat pokazujący minimum 99,0 % i certyfikat pokazujący handlowe 99,6 % są poprawne dla dwóch różnych gatunków. Tam, gdzie drut będzie jasno wyżarzany po ciągnieniu, należy określić gatunek o niskiej zawartości węgla, a powodem jest pasmo grafityzacji, a nie obciążenie elektrolityczne: długotrwałe narażenie między 800 °F a 1200 °F, czyli 425 °C do 650 °C, wytrąca grafit i może poważnie osłabić właściwości.

Drut niklowy jest wybierany ze względu na swoją odporność, a jego zachowanie elektryczne jest ograniczeniem, a nie zaletą. Opublikowane stałe poniżej to te, które pojawiają się w zapytaniu, a rząd rezystywności jest tym, który jest najczęściej błędnie odczytywany.

Odczytaj oba rzędy rezystywności razem, a twierdzenie pojawiające się w dużej ilości opublikowanych materiałów na temat tego drutu upada. Między 20 °C a 100 °C rezystywność wzrasta z 0,096 do 0,130 mikro-ohmometra, co stanowi zmianę o około 35 % na osiemdziesiąt kelwinów, czyli średnio około 0,44 % na kelwin w tym przedziale. Rezystancja drutu niklowego jest zatem silnie zależna od temperatury i nadal rośnie powyżej 100 °C, co oznacza, że stwierdzenie, że drut utrzymuje stabilną wartość rezystancji w wysokiej temperaturze, jest przeciwieństwem tego, co pokazują opublikowane dane.

Druga uwaga wynika z tej samej tabeli. Nikiel jest umiarkowanym przewodnikiem, a jego rezystywność jest kilkakrotnie wyższa niż miedzi, więc nie jest stosowany w częściach ze względu na wydajność przewodzenia. Jest stosowany ze względu na parę właściwości w pozostałej części tabeli i w sekcji korozyjnej: stabilna powierzchnia i określone zachowanie w temperaturze. Projektant, który chce przewodności, sięga po miedź, a projektant, który chce rezystancji, która się nie zmienia, sięga po stop zaprojektowany do tego celu.

Jest to największa grupa zastosowań drutu, a części są niepozorne: przewody połączeniowe, wyprowadzenia do sprzętu elektrycznego, zaciski i części stykowe przekaźników i przełączników. Nikiel występuje w nich, ponieważ powierzchnia pozostaje czysta, a rezystancja styku pozostaje przewidywalna w wilgotnej lub lekko korozyjnej atmosferze, co jest innym wymogiem niż wysoka przewodność. Opublikowany opis materiału umieszcza go w przetwórstwie chemicznym i elektronice z tego właśnie powodu.

Dwie kwalifikacje należą do tej grupy. W stykach przekaźników i przełączników nikiel jest kandydatem tam, gdzie obciążenie jest lekkie przez długi czas w korozyjnej atmosferze, a klasy ciężkiego łukowania i zużycia mechanicznego należą do innej rodziny materiałów stykowych. W zespołach wysokiej częstotliwości i dużej mocy, sam przewodnik jest zazwyczaj miedzią lub metalem platerowanym, a części niklowe to wyprowadzenia i podpory, które muszą zachować swój kształt i powierzchnię w temperaturze.

Jest to zastosowanie, w którym drut i taśma tego materiału są kupowane w największej objętości, a zasada polaryzacji jest częścią, która jest najbardziej użyteczna do posiadania na papierze. W ogniwie litowo-jonowym elektroda dodatnia jest zbudowana na aluminiowym kolektorze prądu, a elektroda ujemna na miedzi, a materiał zakładki podąża za tym podziałem, więc pakiet jest montowany z aluminiowymi zakładkami po stronie dodatniej i czystym niklem lub miedzią platerowaną niklem po stronie ujemnej. Opublikowana literatura dotycząca zakładek bateryjnych podaje układ w tych terminach, a powodem jest elektrochemiczna kompatybilność zakładki i kolektora prądu, a nie preferencja między dwoma metalami.

Punkt spawania jest drugim powodem wyboru tego materiału, i wynika on z rezystywności, a nie pomimo niej. Czysty nikiel jest opisywany w literaturze dotyczącej montażu baterii jako najłatwiejszy z materiałów zakładek do spawania punktowego, ponieważ jego rezystywność mieści się w zakresie, którego spawanie oporowe potrzebuje do wytworzenia ciepła w złączu. Pakiet zbudowany z niklowych łączników może być zatem spawany standardowym sprzętem używanym do montażu ogniw, co jest decyzją produkcyjną, a nie materiałową. W pakietach niklowo-metalowo-wodorkowych i niklowo-kadmowych ten sam drut jest używany do łączników i połączeń zaciskowych, a w pakietach litowo-jonowych, w tym klas 3C i mocy, jest to materiał zakładek i łączników po stronie ujemnej.

Tam, gdzie drut jest używany jako połączenie, a nie jako przewodnik mocy, wymagane jest złącze, które nie koroduje i nie luzuje się przez tysiące cykli. Jest to wymóg korozyjny i mechaniczny jednocześnie, i jest to powód, dla którego materiał ten przetrwa w pakietach, gdzie tańszy metal by sobie nie poradził.

Jest to grupa, w której opublikowane dane zaprzeczają sposobowi, w jaki materiał jest zazwyczaj opisywany, a sprzeczność jest warta jasnego stwierdzenia, ponieważ jest to różnica między grzałką, która działa, a tą, która zawodzi. Należy oddzielić dwa twierdzenia. Pierwsze jest takie, że drut niklowy utrzymuje stabilną rezystancję w temperaturze, co wyklucza tabela rezystywności powyżej, ponieważ wartość rośnie o około 35 % między 20 °C a 100 °C i nadal rośnie. Element, którego własna rezystancja zmienia się o tyle, nie dostarcza przewidywalnej mocy dla danego napięcia, a projekt elementu zakłada rezystancję, którą można obliczyć w zakresie roboczym.

Drugie twierdzenie jest takie, że drut nie utlenia się przez długi czas w wysokiej temperaturze. Broszura materiałowa odpowiada na to bezpośrednio, a odpowiedź brzmi ostrzeżenie: ogrzewanie w atmosferach utleniających w wysokich temperaturach należy unikać ze względu na niebezpieczeństwo utleniania międzykrystalicznego. Utlenianie międzykrystaliczne nie jest przebarwieniem powierzchni. Biegnie wzdłuż granic ziaren w głąb metalu, a drut, który przez to przeszedł, ulega awarii na granicy, a nie na powierzchni. Drut elementowy pracujący w powietrzu w temperaturze pieca jest dokładnie tym, czego broszura każe użytkownikowi unikać.

Elementy przeznaczone do pracy w piecach i urządzeniach są zatem pozyskiwane ze stopów grzewczych zawierających chrom, które tworzą ochronny tlenek w temperaturze i których zachowanie rezystancyjne jest podstawą projektu elementu. Drut niklowy jest nadal materiałem rezystancyjnym w węższym znaczeniu tego słowa, a jego zastosowania są umiarkowane: kontrolowana atmosfera, niższa temperatura robocza lub element, w którym rezystancja nie jest kontrolowana.

To, co przetrwało z typowego opisu, to strona przetwarzania. Drut jest ciągliwy w stanie wyżarzonym, co broszura określa jako niską twardość i dobrą ciągliwość, i może być nawinięty na cewkę lub uformowany w siatkę bez pękania. Ta formowalność jest rzeczywista i jest powodem, dla którego drut pojawia się w elementach nawiniętych wielu rodzajów, w tym w powyższych.

Drut niklowy jest często opisywany jako materiał termoparowy, a normy tego nie potwierdzają. Standaryzowane pary metali bazowych i szlachetnych są zbudowane ze stopów i zdefiniowanych par: nikiel-chrom przeciwko nikiel-aluminium w typie K, nikiel-chrom-krzem przeciwko nikiel-krzem w typie N, nikiel-chrom przeciwko miedź-nikiel w typie E, żelazo przeciwko miedź-nikiel w typie J i miedź przeciwko miedź-nikiel w typie T. Czysty nikiel nie jest jedną z tych nóg. Drut używany jako noga pomiarowa poza tymi zdefiniowanymi parami nie daje wyjścia, które opisywałaby jakakolwiek opublikowana tabela, więc termopara nie jest zastosowaniem, do którego ten materiał może być sprzedawany na podstawie normy.

Prawdziwa rola niklu w pomiarze temperatury to termometr rezystancyjny, i jest to rzeczywista rola z opublikowanym ograniczeniem. Nikiel jest jednym z metali używanych do elementów czujnikowych rezystancji, a element niklowy zgodny z wymaganiami DIN 43760 jest ograniczony do zakresu pomiarowego od −80 do +260 °C. Ten pułap jest znacznie poniżej zakresu elementu platynowego używanego w tych samych instrumentach, który jest standardem branżowym dla tego zadania, a powodem jest ta sama krzywa, która pojawia się w tabeli rezystywności: nikiel jest wrażliwym metalem czujnikowym i nieliniowym, a nieliniowość ogranicza jego użyteczny zakres.

Tak więc drut, który jest kupowany do zastosowań związanych z pomiarem temperatury, powinien być zamawiany zgodnie ze specyfikacją termometru rezystancyjnego i jego projektem elementu, a nie zgodnie z numerem typu termopary, ponieważ są to dwa różne instrumenty z różnymi materiałami.

Każdy poniższy wiersz to zadanie, które opublikowane dane kwalifikują lub wykluczają, a kwalifikacja jest częścią tego, czym jest drut.

Dwie rzeczy, i są one różne. Gatunki walcowane są opisywane w swojej broszurze jako czyste handlowo w 99,6 %, podczas gdy specyfikacja, według której są sprzedawane, określa minimum 99,0 % dla niklu plus kobaltu z pozostałymi kontrolowanymi pozostałościami. Certyfikat jest sprawdzany pod kątem progu 99,0 %, więc zamówienie powinno zawierać numer UNS, z liczbą czystości handlowej umieszczoną obok jako opis.

Nie, i jest to korekta, która ma największe znaczenie dla drutu przeznaczonego do zastosowań rezystancyjnych lub grzewczych. Opublikowana rezystywność wynosi 0,096 mikro-ohmometra przy 20 °C i 0,130 przy 100 °C, wzrost o około 35 % na osiemdziesiąt kelwinów, a nadal rośnie powyżej tego. Współczynnik uśredniony w tym przedziale wynosi około 0,44 % na kelwin, więc rezystancja elementu niklowego jest silnie zależna od temperatury.

Nie w powietrzu w wysokiej temperaturze, na podstawie materiału własnej broszury, która stwierdza, że ogrzewanie w atmosferach utleniających w wysokich temperaturach należy unikać ze względu na niebezpieczeństwo utleniania międzykrystalicznego. Element niklowy może być używany w niższej temperaturze roboczej lub w kontrolowanej atmosferze, gdzie zmiana rezystancji jest akceptowalna, a elementy przeznaczone do pracy w piecach i urządzeniach są pozyskiwane ze stopów grzewczych zawierających chrom.

Nie jako standaryzowana noga. Zdefiniowane pary są zbudowane ze stopów, takich jak nikiel-chrom przeciwko nikiel-aluminium w typie K i nikiel-chrom przeciwko miedź-nikiel w typie E, a czysty nikiel nie jest jednym z nich. Rola pomiaru temperatury tego materiału to element rezystancyjny, gdzie wersja niklowa zgodna z DIN 43760 jest ograniczona do −80 do +260 °C w porównaniu do znacznie szerszego zakresu elementu platynowego.

Po stronie ujemnej. Ogniwo litowo-jonowe jest zbudowane z aluminiowego kolektora prądu na elektrodzie dodatniej i miedzi na ujemnej, a materiał zakładki podąża za tym podziałem, więc pakiety są montowane z aluminiowymi zakładkami po stronie dodatniej i czystym niklem lub miedzią platerowaną niklem po stronie ujemnej. Zachowanie spawania czystego niklu, które opublikowana literatura dotycząca montażu baterii opisuje jako najłatwiejszy z materiałów zakładek do spawania punktowego, jest powodem, dla którego zajmuje on to miejsce w produkcji, jak i w projektowaniu.

Drut jest dostarczany w zwojach lub na szpulach, w stanie wyżarzonym lub ciągnionym na zimno, o średnicy od 0,025 mm wzwyż i zgodnie z rysunkiem. Norma materiałowa dla drutu tej rodziny to ISO 9724, z ASTM B 160 i jego odpowiednikiem ASME obejmującym pręty i wałki, a ISO 9723 obejmującym wałki, a wyniki analizy i mechaniczne dla partii są wydawane na dokumencie kontrolnym dla wytopu, z którego pochodzi drut.

Czysty drut niklowy to rodzina dwu gatunków, rozdzielonych węglem i identyfikowanych numerem UNS, ciągniony z czystego niklu handlowego o nominalnej zawartości 99,6 % w stosunku do specyfikacji minimum 99,0 % dla niklu plus kobaltu. Jest kupowany ze względu na swoją powierzchnię i zachowanie w środkach redukujących i alkalii żrących, a nie ze względu na swoją przewodność lub stałą rezystancję, ponieważ jego rezystywność wzrasta o około jedną trzecią między 20 °C a 100 °C. Dwa zastosowania, w których opublikowane dane muszą być czytane ostrożnie, to element grzejny, gdzie broszura materiałowa ostrzega przed ogrzewaniem w atmosferach utleniających w wysokiej temperaturze ze względu na utlenianie międzykrystaliczne, oraz termopara, gdzie standaryzowane nogi to stopy, a prawdziwa rola pomiarowa tego materiału to niklowy element rezystancyjny DIN 43760 z zakresem do 260 °C.

Tam, gdzie drut jest kupowany w największej objętości, jest to pakiet baterii, a zasada polaryzacji jest użyteczną częścią tego. Aluminiowe zakładki po stronie dodatniej, czysty nikiel lub miedź platerowana niklem po stronie ujemnej, a niklowy pasek lub drut do łączników, wybierane ze względu na niezawodne spawanie punktowe i ponieważ złącze utrzymuje swoją powierzchnię przez cały okres eksploatacji pakietu. Drut jest dostarczany w zwojach i na szpulach z Changzhou, Jiangsu w stanie wyżarzonym lub ciągnionym na zimno, cięty na długość lub ciągły, z analizą i wynikami mechanicznymi wydawanymi na podstawie wytopu.

1. Broszura Special Metals Corporation dla Nickel 200 i Nickel 201. Źródło opisu materiału jako czystego handlowego 99,6 % niklu walcowanego, limity składu obejmujące minimum 99,0 % dla niklu plus kobaltu i limity węgla 0,15 % i 0,02 %, oznaczenia i numery Werkstoff, stałe fizyczne w tym gęstość, zakres topnienia, temperaturę Curie, moduł sprężystości i przewodność cieplną, rezystywność elektryczną 0,096 mikro-ohmometra przy 20 °C i 0,130 przy 100 °C, stwierdzenie, że wyżarzony nikiel ma niską twardość i dobrą ciągliwość, opis materiału jako wysoce odpornego na środki redukujące i niezrównanego w odporności na alkalie żrące, ostrzeżenie, że ogrzewanie w atmosferach utleniających w wysokich temperaturach należy unikać ze względu na niebezpieczeństwo utleniania międzykrystalicznego, raport, że długotrwałe narażenie między 800 °F a 1200 °F wytrąca grafit, oraz lista numerów specyfikacji według formy produktu.
2. ISO 9723, pręty niklowe i ze stopów niklu; ISO 9724, druty niklowe i ze stopów niklu oraz materiał do ciągnienia; ISO 9725, odkuwki niklowe i ze stopów niklu; z ASTM B 160 i ASME SB 160 dla prętów i wałków. Źródło norm obejmujących dostarczane formy i stwierdzenie, że norma materiałowa dla drutu tej rodziny to ISO 9724, która określa skład, właściwości rozciągania, jakość powierzchni i tolerancje wymiarowe dla drutu.
3. Opublikowana literatura dotycząca zakładek bateryjnych i montażu pakietów, w tym techniczne strony dostawców dla zakładek baterii litowych i dla czystego paska niklowego w spawaniu punktowym. Źródło stwierdzenia, że elektroda dodatnia baterii litowo-jonowej wykorzystuje aluminiowe zakładki, a elektroda ujemna wykorzystuje czyste zakładki niklowe lub zakładki z miedzi platerowanej niklem, oraz stwierdzenia, że czysty nikiel jest najłatwiejszym z materiałów zakładek do spawania punktowego. Są to komercyjne źródła techniczne i są cytowane jako takie, a nie jako normy.
4. Opublikowana literatura dotycząca instrumentów pomiarowych elementów rezystancyjnych, w tym stwierdzenie, że nikiel jest ograniczony do zakresu pomiarowego od −80 do +260 °C i że elementy niklowe są zgodne z wymaganiami DIN 43760, wraz ze stwierdzeniem, że platyna jest standardowym materiałem czujnikowym branżowym o znacznie szerszym zakresie. Źródło porównania tych dwóch materiałów czujnikowych.
5. Opublikowane listy materiałów termoparowych i typów. Źródło składu nóg standaryzowanych par metali bazowych, w tym nikiel-chrom przeciwko nikiel-aluminium w typie K, nikiel-chrom-krzem przeciwko nikiel-krzem w typie N, nikiel-chrom przeciwko miedź-nikiel w typie E, żelazo przeciwko miedź-nikiel w typie J i miedź przeciwko miedź-nikiel w typie T, a tym samym stwierdzenie, że czysty nikiel nie jest jedną z zdefiniowanych nóg.
6. Dane produktu posiadane przez DLX Alloy. Źródło dostarczanych form, zakresu średnic od 0,025 mm, stanu wyżarzonego i ciągnionego na zimno, pakowania w zwoje i na szpule oraz pozycji kontroli.

Każda liczba powyżej jest opublikowaną wartością dla nazwanego materiału, a współczynnik podany w dyskusji o rezystancji jest obliczany na podstawie dwóch opublikowanych wartości rezystywności, a nie mierzony na dostarczonym drucie. Partia drutu niklowego jest akceptowana zgodnie z zamówionym gatunkiem, średnicą, stanem i warunkiem powierzchni, z analizą i wynikami mechanicznymi potwierdzonymi na dokumencie kontrolnym dla wytopu. Rezystywność, twardość i właściwości rozciągania zmieniają się wraz z gatunkiem, stanem i średnicą drutu, dlatego stan jest podawany wszędzie tam, gdzie podawana jest wartość. Zastosowania poza opisanymi tutaj powinny być sprawdzane pod kątem konkretnego medium i temperatury, a dwie kwalifikacje na tej stronie, ostrzeżenie o utlenianiu dla zastosowań grzewczych i zakres pomiarowy elementu niklowego, są tymi, które należy uwzględnić w tym sprawdzeniu.