專利名稱：一種銅鎳系精密電阻合金箔材及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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制備方法，特別是指一種銅鎳系精密電阻合金箔材及制備方法，主要應(yīng)用于橋梁疲勞壽命計(jì)敏感柵。屬于屬于電阻傳感器制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
國外1966年出現(xiàn)了報(bào)道疲勞壽命計(jì)的研究的，立即引起了極大的關(guān)注。Darrell R. Harting在文中重點(diǎn)介紹了電阻隨疲勞歷程自動累積——這一疲勞壽命計(jì)的固有特性。1972年，Rober S. Horne和Oscar L. Freyre在他們的研究報(bào)告中介紹了用特殊退火康銅箔制成的疲勞壽命計(jì)的電阻疲勞累積性能、應(yīng)變倍增器的構(gòu)造以及標(biāo)定壽命計(jì)電阻疲勞累積性能曲線的實(shí)驗(yàn)方法，包括測試設(shè)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、制備工藝的銅鎳合金箔、純銅箔制成的應(yīng)變計(jì)進(jìn)行大量的疲勞實(shí)驗(yàn)，分別從理論和實(shí)驗(yàn)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(jī)理，但壽命計(jì)具體制作方法、加工工藝并沒有公布。美國波音公司首先研制成功S-N疲勞壽命計(jì)并應(yīng)用于航空航天結(jié)構(gòu)的疲勞監(jiān)測， 1976年美國微測量公司曾在其產(chǎn)品目錄中出現(xiàn)過S-N疲勞壽命計(jì)的介紹，但是對于疲勞壽命計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)極端保密，能見到的也只是一頁紙類似于產(chǎn)品介紹的東西。在我們國內(nèi)，上世紀(jì)80年代后期，由南京航空航天大學(xué)、6 所、上海有色金屬研究所、航天工業(yè)部702所等單位合作研制了箔式疲勞壽命計(jì)由于此種傳感器主要應(yīng)用于國內(nèi)軍事、航空航天等敏感領(lǐng)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制備過程無從知曉?？傊F(xiàn)有的疲勞壽命傳感元件是考慮專用于航空航天領(lǐng)域特定的使用對象，而該對象在結(jié)構(gòu)材料、構(gòu)造形式、工作特性上與橋梁結(jié)構(gòu)存在顯著差異。目前土木工程領(lǐng)域的疲勞壽命計(jì)應(yīng)用研究尚處于初級階段，大部分工作集中在對現(xiàn)有疲勞壽命計(jì)的電阻變化性能測試、討論用電阻變化特性表征結(jié)構(gòu)疲勞累積方法的研究。因此，研制一種新型的、基于橋梁疲勞壽命計(jì)的、適用于特大型橋梁關(guān)鍵構(gòu)件疲勞累積損傷監(jiān)測的技術(shù)與裝備具有重大理論價值與實(shí)踐意義?，F(xiàn)有的用于疲勞壽命計(jì)敏感柵的精密合金箔材，其厚度一般在0. 005 0. 006mm 之間，具體制備工藝保密。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝方法簡單、操作方便、制備的箔片厚度達(dá)到 0. 005mm、能滿足橋梁疲勞壽命計(jì)敏感柵使用要求的銅鎳系精密電阻合金箔材及制備方法。本發(fā)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%，F(xiàn)e :0. 0. 3%，Si :0. 3%，余量為 Cu。本發(fā)明一種銅鎳系精密電阻合金箔材的制備方法，包括下述步驟
第一步均勻化處理按設(shè)計(jì)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(jìn)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(chǎn)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于等于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分鐘后，依次用冷水、熱水清洗，然后采用壓縮空氣吹干，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 %，余量為H2O ；第六步冷軋將第五步酸洗后的板胚，常溫下粗軋成厚度為Imm的板胚；道次變形量為65 85% ；然后中軋至厚度0. 25mm的帶鋼；道次變形量為65 85% ；最后精軋至厚度為0. 005mm的成品箔材；第七步成品退火將第六步精軋后所得成品箔材于500 600°C，保溫時間4 6小時隨爐冷卻退火。本發(fā)明一種銅鎳系精密電阻合金箔材的制備方法中，所述熱軋?jiān)?輥軋機(jī)上進(jìn)行。本發(fā)明一種銅鎳系精密電阻合金箔材的制備方法第六步中，所述粗軋?jiān)?輥軋機(jī)上進(jìn)行；所述中軋?jiān)?輥軋機(jī)上進(jìn)行；所述精軋?jiān)?0輥森吉米爾軋機(jī)上進(jìn)行。本發(fā)明一種銅鎳系精密電阻合金箔材的制備方法中，所述粗軋、中軋、精軋過程中，在每道次軋制后，進(jìn)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(hù)。本發(fā)明制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(gòu)成。 其中，鎳原子以桿狀和片狀的集聚形態(tài)存在于基體中，由高電導(dǎo)率的銅元素構(gòu)成低阻抗特性。當(dāng)交變應(yīng)變作用后，位錯通過集聚體并使其分離，元素排列的變化使電阻率上升，產(chǎn)生不可恢復(fù)的電阻累積。經(jīng)檢測，本發(fā)明方法獲得的銅鎳系精密電阻合金箔材制成的傳感器成品，其性能指標(biāo)為AR/R電阻疲勞累積增量彡8%,電阻累積應(yīng)變門檻值< 950μ ε，電阻溫度系數(shù)約為6. 483 X ΙΟ—6/°C，靈敏系數(shù)約為2. 021。本發(fā)明由于采用Ni含量為40 48%的Cu-Ni系合金作為主要成分，并加入其它微量元素，例如有利于M原子集聚體生成的狗元素的加入，使本發(fā)明具有較大的電阻累積量和較低電阻累積應(yīng)變門檻值；其次是能使Cu-Ni合金的電阻溫度系數(shù)產(chǎn)生劇烈變化的過渡族金屬M(fèi)n、Co和能顯著影響Cu-Ni合金的電阻溫度系數(shù)的Si的加入，使本發(fā)明的電阻溫度系數(shù)較小，從而受外界溫度的影響較小；能顯著細(xì)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(xì)化晶粒，使合金組織均勻有明顯作用，這些使本發(fā)明具有較優(yōu)異的疲勞壽命。本發(fā)明具有以下優(yōu)占.
4·(1)具有溫度自補(bǔ)償能力，適應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變的氣候環(huán)境。(2)具有較大的電阻累積增量和優(yōu)異的疲勞壽命，保證疲勞壽命計(jì)長期發(fā)揮工作， 無須頻繁更換。(3)具有較低的電阻累積應(yīng)變門檻值，可直接粘貼在結(jié)構(gòu)表面使用。(4)降低疲勞壽命計(jì)生產(chǎn)成本，利于疲勞壽命計(jì)的大規(guī)模應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1取組分配比為43% Ni，1. 8% Μη,Ο. 1% Fe,0.3% Si，余量為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(jìn)行均勻化處理后，再將鑄錠加熱至 1000 1005°C，在2輥軋機(jī)上熱鍛成25X80mm的錠胚；對所得錠胚的每個表面進(jìn)行銑削加工，銑削厚度為2. 5 5mm/面；然后，將銑削加工后的錠胚加熱至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%; 將熱軋后的板胚酸洗20分鐘后，依次用冷水、熱水清洗，然后采用壓縮空氣吹干，除表面氧化皮；將酸洗后的板胚，常溫下在2輥軋機(jī)上粗軋成厚度為Imm的板胚；道次變形量為65 70% ；然后在4輥軋機(jī)上中軋至厚度0. 25mm的帶鋼；道次軋制量道次變形量為65 70% ； 最后在20輥森吉米爾軋機(jī)上精軋至厚度為0. 005mm的成品箔材；將成品箔材于550°C，保溫時間5小時隨爐冷卻退火。本實(shí)施例中，粗軋、中軋、精軋過程中，在每道次軋制后，進(jìn)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(hù)。本實(shí)施例中，酸洗液成分為濃度為98%的 H2S04 10%濃度為65%的HN037%，余量為H20。本實(shí)施例制備的銅鎳系精密電阻合金箔片制成的箔式傳感器性能指標(biāo)為Δ R/R電阻疲勞累積增量8.473%電阻累積應(yīng)變門檻值 700 μ ε電阻溫度系數(shù)6. 296X10_6/°C靈敏系數(shù)2. 019實(shí)施例2取組分配比為Ni 40%，Mn 1.4%, Fe 0. 3%，Si 0. 3%，余量為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(jìn)行均勻化處理后，再將鑄錠加熱至1020 1025°C，在2輥軋機(jī)上熱鍛成20X70mm的錠胚；對所得錠胚的每個表面進(jìn)行銑削加工，銑削厚度為2. 5 5mm/面；然后，將銑削加工后的錠胚加熱至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% ；將熱軋后的板胚酸洗30分鐘后，依次用冷水、熱水清洗，然后采用壓縮空氣吹干，除表面氧化皮；將酸洗后的板胚，常溫下在2輥軋機(jī)上粗軋成厚度為Imm的板胚；道次變形量為 75 80% ；然后在4輥軋機(jī)上中軋至厚度0. 25mm的帶鋼；道次變形量為75 80% ；最后在20輥森吉米爾軋機(jī)上精軋至厚度為0. 005mm的成品箔材；將成品箔材于 500°C，保溫時間6小時隨爐冷卻退火。本實(shí)施例中，粗軋、中軋、精軋過程中，在每道次軋制后，進(jìn)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(hù)。本實(shí)施例中，酸洗液成分為濃度為98%的 H2S04 7%濃度為65%的HN03 3%，余量為H20。本實(shí)施例制備的銅鎳系精密電阻合金箔片制成的箔式傳感器性能指標(biāo)為R/R電阻疲勞累積增量8. 075%,電阻累積應(yīng)變門檻值750 μ ε ,電阻溫度系數(shù)6. 272 X 10_6/°C，靈敏系數(shù)2.003。實(shí)施例3取組分配比為Ni 48%, Mn 1.7%，F(xiàn)e 0.2%,Si 0. 3%，余量為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(jìn)行均勻化處理后，再將鑄錠加熱至1045 1050°C，在2輥軋機(jī)上熱鍛成30X90mm的錠胚；對所得錠胚的每個表面進(jìn)行銑削加工，銑削厚度為2. 5 5mm/面；然后，將銑削加工后的錠胚加熱至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% ；將熱軋后的板胚酸洗5分鐘后，依次用冷水、熱水清洗，然后采用壓縮空氣吹干，除表面氧化皮；將酸洗后的板胚，常溫下在2輥軋機(jī)上粗軋成厚度為Imm的板胚；道次變形量為 80 85% ；然后在4輥軋機(jī)上中軋至厚度0. 25mm的帶鋼；道次變形量為65 85% ；最后在20輥森吉米爾軋機(jī)上精軋至厚度為0. 005mm的成品箔材；將成品箔材于 600°C，保溫時間3小時隨爐冷卻退火。本實(shí)施例中，粗軋、中軋、精軋過程中，在每道次軋制后，進(jìn)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(hù)。本實(shí)施例中，酸洗液成分為濃度為98% 的 H2S04 15%濃度為65%的HN03 10%，余量為H20。本實(shí)施例制備的銅鎳系精密電阻合金箔片制成的箔式傳感器性能指標(biāo)為Δ R/R電阻疲勞累積增量8. 372%，電阻累積應(yīng)變門檻值680με，電阻溫度系數(shù)6. 489 X 10_6/°C，靈敏系數(shù)2. 05權(quán)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%，余量為 Cu。
2.制備如權(quán)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(shè)計(jì)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(jìn)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(chǎn)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 開軋溫度大于等于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分鐘后，依次用冷水、熱水清洗，然后采用壓縮空氣吹干，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%，余量為H2O; 第六步冷軋將第五步酸洗后的板胚，常溫下粗軋成厚度為Imm的板胚；道次變形量為65 85% ； 然后中軋至厚度0. 25mm的帶鋼；道次變形量為65 85% ； 最后精軋至厚度為0. 005mm的成品箔材； 第七步成品退火將第六步精軋后所得成品箔材于500 600°C，保溫時間4 6小時隨爐冷卻退火。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種銅鎳系精密電阻合金箔材的制備方法，其特征在于所述熱軋?jiān)?輥軋機(jī)上進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種銅鎳系精密電阻合金箔材的制備方法，其特征在于所述粗軋?jiān)?輥軋機(jī)上進(jìn)行；所述中軋?jiān)?輥軋機(jī)上進(jìn)行；所述精軋?jiān)?0輥森吉米爾軋機(jī)上進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種銅鎳系精密電阻合金箔材的制備方法，其特征在于所述粗軋、中軋、精軋過程中，在每道次軋制后，進(jìn)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(hù)。
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％，F(xiàn)e0.1％～0.3％，Si0.3％，余量為Cu。其制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、制備的箔片厚度達(dá)到0.005mm、能滿足橋梁疲勞壽命計(jì)敏感柵使用要求?？勺鳛闃蛄浩趬勖?jì)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(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者任偉新, 肖丹 申請人:中南大學(xué)