本發(fā)明涉及一種將金屬元件用作為電加熱元件的應(yīng)用，所述金屬元件由銅鋅錳合金構(gòu)成。所述應(yīng)用尤其可以涉及低溫應(yīng)用情況。
背景技術(shù)：
用于加熱用途的電加熱元件并且尤其是電阻絲或加熱絲(或者通常的加熱導(dǎo)體)往往由ni合金，尤其由cuni合金制成。cuni合金具有較好的加工性和耐腐蝕性，而且由于完美相容性允許按照有利方式調(diào)節(jié)材料特定的特性曲線，以便調(diào)節(jié)所需電阻率。實(shí)際物體的歐姆電阻可以根據(jù)其幾何尺寸和電阻率來(lái)計(jì)算。相應(yīng)地，在din17471:1983-04標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了不同的cuni合金作為電阻合金，主要用作加熱元件或加熱導(dǎo)體。然而這些合金由于含有ni，缺點(diǎn)是較高的價(jià)格。此外它們還具有由鎳帶來(lái)致敏和致癌作用的缺點(diǎn)。
在現(xiàn)有技術(shù)中有時(shí)應(yīng)用的其他合金與cuni合金相比是有缺點(diǎn)的。例如，cusn合金由于含有sn同樣非常昂貴；此外，cuzn合金(也同其他合金一樣)基于所需成形性而受到限制。尤其是由此通常在cuzn合金中限定可實(shí)現(xiàn)的zn含量，從而與例如cuni合金不同，在良好成形情況下無(wú)法獲得低于15ms/m的導(dǎo)電率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明任務(wù)在于，結(jié)合電加熱元件與cuni合金相比在保持良好成形性與可實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)電率情況下獲得與成本相關(guān)的改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明提供一種由銅含量至少為63重量％的銅鋅錳合金構(gòu)成的金屬元件作為電加熱元件的應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述金屬元件可以由銅含量至少為65重量％的銅鋅錳合金構(gòu)成。
在本發(fā)明范圍內(nèi)已經(jīng)了解到，銅、鋅和錳的組合恰好給在電加熱元件中的應(yīng)用帶來(lái)特殊優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)相對(duì)較高的zn含量可以明顯降低合金成本。在此，錳一方面具有有利效果，其對(duì)導(dǎo)電率的影響與鋅相比大很多，從而與在黃銅和其他cuzn合金中不同，也可以獲得例如低于15ms/m的較小導(dǎo)電率?？偠灾?，錳通過(guò)選擇其含量可以用于將導(dǎo)電率至少粗略調(diào)至期望范圍內(nèi)，并且這樣優(yōu)選可以選擇zn含量，以執(zhí)行導(dǎo)電率的精調(diào)。另一方面，錳的有利效果在于：盡管期望獲得較低導(dǎo)電率，銅含量依然可以如此之高，以保持良好的合金冷成形性。在zn含量過(guò)高時(shí)會(huì)出現(xiàn)β相析出，它們對(duì)成形有負(fù)面影響?；阱i對(duì)導(dǎo)電率或電阻有較大影響，mn的最微含量就足以獲得有利的導(dǎo)電率?？偠灾c類似的純cuzn合金相比，部分鋅由錳代替，以便得到上述有利特性。
本發(fā)明還基于這樣的認(rèn)知：在實(shí)踐中，較高的耐腐蝕或耐氧化性在很多加熱應(yīng)用中是不重要的。氧化例如對(duì)于在低溫范圍內(nèi)(或在加熱元件或加熱導(dǎo)體具有絕緣的領(lǐng)域中)的加熱應(yīng)用而言是沒有問(wèn)題的。因而本發(fā)明銅鋅錳合金的上述特性可以專門針對(duì)在電加熱元件和尤其是在低溫范圍內(nèi)的應(yīng)用以有利方式得以充分利用。
在一個(gè)有利實(shí)施方式中，所述合金的銅含量為63重量％至70重量％，例如65重量％至70重量％。這種通過(guò)錳與銅和鋅的組合而實(shí)現(xiàn)的銅含量確保了，一方面不會(huì)出現(xiàn)影響成形性的β相析出，另一方面合金內(nèi)存在足夠的鋅和錳，以便降低成本，并且可以在較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)導(dǎo)電率，尤其可調(diào)至較低值。
在一個(gè)有利實(shí)施方式中，所述合金的錳含量至少為0.2重量％，例如超過(guò)0.3重量％，優(yōu)選超過(guò)0.5重量％或更優(yōu)選超過(guò)0.8重量％。合金的錳含量?jī)?yōu)選為0.2重量％至20重量％，較優(yōu)選為0.3重量％至20重量％，更優(yōu)選為0.8重量％至6重量％。
在一個(gè)有利實(shí)施方式中，所述合金的錳含量和鋅含量總和為30重量％至37重量％，更優(yōu)選30重量％至35重量％，還更優(yōu)選33重量％至35重量％。
在一個(gè)有利實(shí)施方式中，所述合金在室溫下是單相的且具有α相。然而所述合金也可以是超過(guò)90％具有α相。合金可以在制造金屬元件時(shí)已被再結(jié)晶。然而這不是必須的。
在一個(gè)有利實(shí)施方式中，所述電加熱元件在最高300℃，優(yōu)選最高200℃，更優(yōu)選最高150℃的連續(xù)運(yùn)行溫度下使用。在此優(yōu)選地，對(duì)于電絕緣的或設(shè)有電絕緣件的金屬元件而言，連續(xù)運(yùn)行溫度為最高300℃；而對(duì)于裸露的或不具有電絕緣件的金屬元件而言，連續(xù)運(yùn)行溫度優(yōu)選為最高200℃。在較低溫度下，對(duì)耐腐蝕或耐氧化、防腐蝕或防氧化的要求尤其較低。
在一個(gè)有利實(shí)施方式中，金屬元件中的所述合金在室溫下具有低于15ms/m的導(dǎo)電率。在制造金屬元件時(shí)，合金可以被軟化退火或經(jīng)受恢復(fù)過(guò)程和/或再結(jié)晶。然而這不是必須的。優(yōu)選按如下方式制造金屬元件，即，連鑄并隨后成形。成形優(yōu)選可以包括軋制步驟和/或拉拔和退火步驟，例如軋制步驟，跟著退火步驟，緊接著拉拔步驟，最后另一退火步驟。
在一個(gè)有利實(shí)施方式中，金屬元件或電加熱元件是金屬絲，例如具有圓形、圓環(huán)形、長(zhǎng)方形或多邊形橫截面的金屬絲，四棱形金屬絲，成形金屬絲或扁平金屬絲。金屬元件或電加熱元件尤其是電阻絲或加熱絲或加熱導(dǎo)體。電阻絲或加熱絲或加熱導(dǎo)體在din17471:1983-04第6項(xiàng)“供貨狀態(tài)”下已做說(shuō)明。
在一個(gè)有利實(shí)施方式中，應(yīng)用具有電絕緣的加熱元件。由此也可以在較高溫度下應(yīng)用。
在一個(gè)有利實(shí)施方式中，所述加熱元件應(yīng)用于表面加熱、纜線加熱或者用于塑料焊接的元件中，例如用于電熱毯、地暖或電熔套筒(elektroschweiβmuffe)。
具體實(shí)施方式
以下說(shuō)明銅鋅錳合金的三個(gè)示例，其中，各個(gè)金屬元件按照有利方式均可以被設(shè)計(jì)成加熱絲形式。在三個(gè)示例的每個(gè)示例中，通過(guò)連鑄并隨后成形來(lái)制造金屬元件。成形包括軋制步驟，接著是退火步驟，隨后拉拔步驟，最后是另一退火步驟。
實(shí)施例1
金屬元件由cuzn32.6mn0.8組成，具有32.6重量％的zn和0.8重量％的mn。抗拉強(qiáng)度為500n/mm2，拉伸度為20％。該金屬元件在值為0.337ω/m情況下具有直徑為0.6mm的圓形橫截面。導(dǎo)電率為約10.5ms/m。該實(shí)施例在導(dǎo)電率方面是合金cuni6的替代方式并且與其相比強(qiáng)度高50％。
實(shí)施例2
金屬元件由cuzn31.5mn1.9構(gòu)成，具有31.5重量％的zn和1.9重量％的mn?？估瓘?qiáng)度為500n/mm2，拉伸度為20％。該金屬元件在值為0.5ω/m情況下具有直徑為0.6mm的圓形橫截面。導(dǎo)電率為約7.1ms/m。該實(shí)施例在導(dǎo)電率方面是合金cuni10的替代方式并且與其相比強(qiáng)度幾乎高50％。
實(shí)施例3
金屬元件由cuzn28.1mn4.9組成，具有28.1重量％的zn和4.9重量％的mn?？估瓘?qiáng)度為500n/mm2，拉伸度為20％。該金屬元件在電阻為0.9ω/m情況下具有0.6mm的圓形橫截面。導(dǎo)電率為約3.9ms/m。
上述示例性金屬元件例如可以通過(guò)如下方式制造，即，首先通過(guò)連續(xù)鑄造來(lái)制造直徑20mm的元件，隨后通過(guò)軋制將其直徑變成12mm，最后在450℃至600℃的溫度下元件承受穩(wěn)定退火步驟直至完全軟化。冷卻后，執(zhí)行另一軋制步驟，利用另一軋制步驟將其直徑變成8mm，接下來(lái)是在450℃至600℃溫度下進(jìn)行的另一穩(wěn)定退火步驟直至元件完全軟化。隨后，在冷卻后通過(guò)拉拔將元件直徑變成5mm，并在450℃至600℃溫度下執(zhí)行另一穩(wěn)定退火步驟直至其完全軟化。之后，在冷卻后通過(guò)拉拔將元件直徑變成3mm，并在750℃至800℃溫度下執(zhí)行連續(xù)退火，其中，速度如此調(diào)整，即，出現(xiàn)完全軟化。最后，在冷卻后實(shí)施另外兩個(gè)拉拔步驟，利用這兩個(gè)拉拔步驟將直徑首先變成1.5mm，之后變成0.6mm的最終直徑，其中，跟著兩個(gè)拉拔過(guò)程相應(yīng)執(zhí)行隨后具有冷卻的“在線”退火(inline-glühen)。