Dettagli del filo di nichel puro nelle applicazioni industriali

Il filo di nichel puro viene tratto da nichel commercialmente puro e la frase descrive una famiglia e non un singolo prodotto. I due gradi che forniscono quasi tutto differiscono solo per il carbonio, sono coperti da diversi numeri UNS e la scelta tra loro è fatta dal processo che il filo attraversa e non dal compito che alla fine svolge. Tutto il resto del filo deriva da due delle sue proprietà e queste due proprietà decidono quali delle applicazioni familiari può effettivamente svolgere.

Le applicazioni sono solitamente elencate come componenti elettrici, elementi riscaldanti e batterie. Quell'elenco è accurato per quanto riguarda la sua estensione e due dei tre vengono forniti con una qualifica pubblicata di cui un acquirente ha bisogno prima che il filo venga ordinato, perché la qualifica è ciò che decide se l'applicazione funziona affatto.

Il nichel commercialmente puro è descritto nel suo bollettino come puro al 99,6% e la specifica secondo cui viene venduto stabilisce un minimo del 99,0% per nichel più cobalto. La cifra commerciale e la cifra della specifica sono due affermazioni diverse e l'elemento che separa i due gradi nella tabella sottostante è il carbonio, al massimo 0,15% contro un massimo di 0,02%. Questa singola differenza decide se il filo sopravvive a una ricottura brillante senza il rischio che si formi grafite in esso.

La linea d'ordine dovrebbe riportare il numero UNS e non solo la cifra di purezza, perché un certificato che mostra un minimo del 99,0% e un certificato che mostra un 99,6% commerciale sono entrambi corretti per due gradi diversi. Dove un filo verrà ricotto brillantemente dopo la trafilatura, il grado a basso tenore di carbonio è quello da specificare, e la ragione è la banda di grafitizzazione e non il compito dell'elettrolisi: l'esposizione prolungata tra 800 °F e 1.200 °F, che è 425 °C a 650 °C, precipita grafite e può compromettere gravemente le proprietà.

Il filo di nichel viene scelto per ciò che resiste, e il suo comportamento elettrico è un vincolo e non un vantaggio. Le costanti pubblicate di seguito sono quelle che emergono in un'indagine e la riga della resistività è quella che viene più spesso letta erroneamente.

Leggere insieme le due righe di resistività e un'affermazione che appare in una grande quantità di materiale pubblicato su questo filo cade a pezzi. Tra 20 °C e 100 °C la resistività aumenta da 0,096 a 0,130 micro-ohm metro, che è un cambiamento di circa il 35% su ottanta kelvin, o circa lo 0,44% per kelvin mediato su quell'intervallo. La resistenza del filo di nichel è quindi fortemente dipendente dalla temperatura e continua ad aumentare sopra i 100 °C, il che significa che un'affermazione secondo cui il filo mantiene un valore di resistenza stabile ad alta temperatura è l'opposto di ciò che mostrano i dati pubblicati.

Il secondo punto deriva dalla stessa tabella. Il nichel è un conduttore moderato e la sua resistività è diverse volte quella del rame, quindi non viene specificato in una parte per l'efficienza di conduzione. Viene specificato per la coppia di proprietà nel resto della tabella e nella sezione corrosione: una superficie stabile e un comportamento definito alla temperatura. Un progettista che desidera la conduttività si rivolge al rame, e un progettista che desidera una resistenza che non si muove si rivolge a una lega progettata per tale scopo.

Questo è il gruppo più numeroso di utilizzi per il filo, e le parti sono poco appariscenti: fili di collegamento, conduttori per apparecchiature elettriche, terminali e parti di contatto di relè e interruttori. Il nichel appare in essi perché la superficie rimane pulita e la resistenza di contatto rimane prevedibile in un'atmosfera umida o leggermente corrosiva, che è un requisito diverso dall'alta conduttività. La descrizione pubblicata del materiale lo colloca nell'elaborazione chimica e nell'elettronica esattamente per questo motivo.

Due qualifiche appartengono al gruppo. Nei contatti di relè e interruttori, il nichel è un candidato dove il compito è un carico leggero su una lunga durata in un'atmosfera corrosiva, e le classi di archi pesanti e usura meccanica appartengono a una famiglia diversa di materiali di contatto. Negli assemblaggi ad alta frequenza e alta potenza, il conduttore stesso è normalmente rame o un metallo placcato, e le parti in nichel sono i conduttori e i supporti che devono mantenere la loro forma e la loro superficie alla temperatura.

Questa è l'applicazione in cui il filo e il nastro di questo materiale vengono acquistati nel volume maggiore, e la regola della polarità è la parte più utile da avere per iscritto. In una cella agli ioni di litio, l'elettrodo positivo è costruito su un collettore di corrente in alluminio e l'elettrodo negativo su rame, e il materiale della linguetta segue la stessa divisione, quindi un pacco viene assemblato con linguette in alluminio sul lato positivo e nichel puro o rame placcato nichel sul lato negativo. La letteratura pubblicata sulle linguette per batterie afferma la disposizione in questi termini, e la ragione è la compatibilità elettrochimica della linguetta e del collettore di corrente e non una preferenza tra due metalli.

Il punto di saldatura è la seconda ragione per cui questo materiale viene scelto qui, e deriva dalla resistività e non nonostante essa. Il nichel puro è descritto nella letteratura sull'assemblaggio di batterie come il più facile dei materiali per linguette da saldare a punti, perché la sua resistività si colloca nell'intervallo di cui la saldatura a resistenza ha bisogno per generare calore all'unione. Un pacco costruito con interconnessioni in nichel può quindi essere saldato con l'attrezzatura standard utilizzata per l'assemblaggio delle celle, che è una decisione di produzione e non di materiali. Nei pacchi nichel-metallo idruro e nichel-cadmio viene utilizzato lo stesso filo per le interconnessioni e i collegamenti dei terminali, e nei pacchi agli ioni di litio, comprese le classi 3C e di potenza, è il materiale della linguetta e dell'interconnessione sul lato negativo.

Dove il filo viene utilizzato come connessione e non come conduttore di potenza, il requisito è un'unione che non si corroda e non si allenti nel corso di migliaia di cicli. Questo è un requisito di corrosione e meccanico insieme, ed è il motivo per cui il materiale sopravvive nei pacchi dove un metallo più economico non lo farebbe.

Questo è il gruppo in cui i dati pubblicati contraddicono il modo in cui il materiale viene solitamente descritto, e la contraddizione vale la pena di essere dichiarata chiaramente perché è la differenza tra un riscaldatore che funziona e uno che fallisce. Due affermazioni devono essere separate. La prima è che il filo di nichel mantiene una resistenza stabile alla temperatura, cosa che la tabella della resistività sopra esclude, poiché il valore aumenta di circa il 35% tra 20 °C e 100 °C e continua ad aumentare. Un elemento la cui resistenza si muove di tanto non fornisce una potenza prevedibile per una data tensione, e la progettazione dell'elemento presuppone una resistenza che può calcolare nell'intervallo di lavoro.

La seconda affermazione è che il filo non si ossida per lunghi periodi ad alta temperatura. Il bollettino del materiale risponde direttamente a questa domanda, e la risposta è un avvertimento: il riscaldamento in atmosfere ossidanti ad alte temperature dovrebbe essere evitato a causa del pericolo di ossidazione intergranulare. L'ossidazione intergranulare non è una decolorazione superficiale. Si estende lungo i bordi dei grani nel metallo, e un filo che l'ha subita fallisce al bordo e non alla sua superficie. Un filo di elemento che opera in aria a temperatura di forno è esattamente il compito che il bollettino dice a un utente di evitare.

Gli elementi specificati per il servizio di forni e elettrodomestici sono quindi tratti dalle leghe riscaldanti contenenti cromo, che formano un ossido protettivo alla temperatura e il cui comportamento di resistenza è quello su cui si basa la progettazione di un elemento. Il filo di nichel è ancora un materiale resistivo nel senso più stretto del termine, e i compiti in cui appartiene sono quelli moderati: un'atmosfera controllata, una temperatura di lavoro inferiore o un componente in cui la resistenza non è la cosa controllata.

Ciò che sopravvive dalla descrizione usuale è il lato della lavorazione. Il filo è duttile allo stato ricotto, che il bollettino indica come bassa durezza e buona duttilità, e può essere avvolto in una bobina o formato in una maglia senza screpolarsi. Quella formabilità è reale, ed è il motivo per cui il filo appare in componenti avvolti di molti tipi, inclusi quelli sopra.

Il filo di nichel è spesso descritto come materiale per termocoppie, e gli standard non lo supportano. Le coppie standardizzate di metalli base e metalli nobili sono costruite da leghe e da coppie definite: nichel-cromo contro nichel-alluminio in un Tipo K, nichel-cromo-silicio contro nichel-silicio in un Tipo N, nichel-cromo contro rame-nichel in un Tipo E, ferro contro rame-nichel in un Tipo J, e rame contro rame-nichel in un Tipo T. Il nichel puro non è una di queste gambe. Un filo utilizzato come gamba di misurazione al di fuori di queste coppie definite non produce un'uscita che qualsiasi tabella pubblicata descriva, quindi una termocoppia non è un'applicazione in cui questo materiale può essere venduto sulla base di uno standard.

Il vero ruolo del nichel nella misurazione della temperatura è il termometro a resistenza, ed è un ruolo reale con un limite pubblicato. Il nichel è uno dei metalli utilizzati per gli elementi di rilevamento di resistenza, e l'elemento in nichel conforme ai requisiti DIN 43760 è limitato a un intervallo di misurazione di −80 a +260 °C. Questo limite è ben al di sotto dell'intervallo dell'elemento in platino utilizzato negli stessi strumenti, che è lo standard del settore per il compito, e la ragione è la stessa curva che appare nella tabella della resistività: il nichel è un metallo sensibile e non lineare, e la non linearità è ciò che limita il suo intervallo utile.

Quindi, un filo acquistato per un'applicazione di rilevamento della temperatura dovrebbe essere ordinato secondo la specifica del termometro a resistenza e la sua progettazione dell'elemento, e non secondo un numero di tipo di termocoppia, perché i due sono strumenti diversi con materiali diversi.

Ogni riga sottostante è un compito che i dati pubblicati qualificano o escludono, e la qualifica fa parte di ciò che è il filo.

Due cose, e sono diverse. I gradi lavorati sono descritti nel loro bollettino come commercialmente puri al 99,6%, mentre la specifica secondo cui vengono venduti stabilisce un minimo del 99,0% per nichel più cobalto con il resto in residui controllati. Il certificato viene controllato rispetto al limite del 99,0%, quindi l'ordine dovrebbe riportare il numero UNS, con la cifra di purezza commerciale accanto come descrizione.

No, e questa è la correzione più importante per un filo destinato a un compito di resistenza o riscaldamento. La resistività pubblicata è di 0,096 micro-ohm metro a 20 °C e 0,130 a 100 °C, un aumento di circa il 35% su ottanta kelvin, e continua ad aumentare. Il coefficiente mediato su quell'intervallo è di circa lo 0,44% per kelvin, quindi la resistenza di un elemento in nichel è fortemente dipendente dalla temperatura.

Non all'aria ad alta temperatura, a giudicare dal bollettino del materiale stesso, che afferma che il riscaldamento in atmosfere ossidanti ad alte temperature dovrebbe essere evitato a causa del pericolo di ossidazione intergranulare. Un elemento in nichel può essere utilizzato a una temperatura di lavoro inferiore o in un'atmosfera controllata dove la variazione di resistenza è accettabile, e gli elementi specificati per il servizio di forni ed elettrodomestici sono tratti dalle leghe riscaldanti contenenti cromo.

Non come gamba standardizzata. Le coppie definite sono costruite da coppie di leghe, come nichel-cromo contro nichel-alluminio nel Tipo K e nichel-cromo contro rame-nichel nel Tipo E, e il nichel puro non è una di esse. Il ruolo di misurazione della temperatura di questo materiale è l'elemento a resistenza, dove la versione in nichel conforme alla DIN 43760 è limitata a −80 a +260 °C rispetto all'intervallo molto più ampio dell'elemento in platino.

Sul lato negativo. Una cella agli ioni di litio è costruita con un collettore di corrente in alluminio sull'elettrodo positivo e rame su quello negativo, e il materiale della linguetta segue questa divisione, quindi i pacchi vengono assemblati con linguette in alluminio sul lato positivo e nichel puro o rame placcato nichel sul lato negativo. Il comportamento di saldatura del nichel puro, che la letteratura pubblicata sull'assemblaggio di batterie descrive come il più facile dei materiali per linguette da saldare a punti, è il motivo per cui occupa quel posto nella produzione oltre che nella progettazione.

Il filo viene fornito in bobine o su rocchetti, allo stato ricotto o trafilato a freddo, da 0,025 mm di diametro in su e secondo disegno. Lo standard del materiale per il filo di questa famiglia è ISO 9724, con ASTM B 160 e il suo equivalente ASME che coprono barre e vergella e ISO 9723 che copre barre, e i risultati dell'analisi e meccanici per il lotto vengono emessi sul documento di ispezione per il calore da cui proviene il filo.

Il filo di nichel puro è una famiglia a due gradi, separata dal carbonio e identificata dal numero UNS, tratto da nichel commercialmente puro al nominale 99,6% rispetto a un minimo di specifica del 99,0% per nichel più cobalto. Viene acquistato per la sua superficie e per il suo comportamento in prodotti chimici riducenti e in alcali caustici, e non per la sua conduttività o per una resistenza costante, poiché la sua resistività aumenta di circa un terzo tra 20 °C e 100 °C. Le due applicazioni in cui i dati pubblicati devono essere letti attentamente sono l'elemento riscaldante, dove il bollettino del materiale avverte contro il riscaldamento in atmosfere ossidanti ad alta temperatura a causa dell'ossidazione intergranulare, e la termocoppia, dove le gambe standardizzate sono leghe e il vero ruolo di misurazione di questo materiale è l'elemento a resistenza in nichel DIN 43760 con un intervallo fino a 260 °C.

Dove il filo viene acquistato nel volume maggiore è il pacco batteria, e la regola della polarità è la parte utile di ciò. Linguette in alluminio sul lato positivo, nichel puro o rame placcato nichel sul lato negativo, e nastro o filo di nichel per le interconnessioni, scelti perché si salda a punti in modo affidabile e perché l'unione mantiene la sua superficie per tutta la durata del pacco. Il filo viene fornito in bobine e su rocchetti da Changzhou, Jiangsu allo stato ricotto o trafilato a freddo, tagliato a misura o continuo, con i risultati dell'analisi e meccanici emessi contro il calore.

1. Bollettino Special Metals Corporation per Nickel 200 e Nickel 201. Fonte per la descrizione del materiale come nichel lavorato commercialmente puro al 99,6%, i limiti di composizione inclusi il minimo del 99,0% per nichel più cobalto e i limiti di carbonio dello 0,15% e dello 0,02%, le designazioni e i numeri Werkstoff, le costanti fisiche inclusa la densità, l'intervallo di fusione, la temperatura di Curie, il modulo di elasticità e la conducibilità termica, la resistività elettrica di 0,096 micro-ohm metro a 20 °C e 0,130 a 100 °C, l'affermazione che il nichel ricotto ha bassa durezza e buona duttilità, la descrizione del materiale come altamente resistente ai prodotti chimici riducenti e insuperabile nella resistenza agli alcali caustici, l'avvertimento che il riscaldamento in atmosfere ossidanti ad alte temperature dovrebbe essere evitato a causa del pericolo di ossidazione intergranulare, il rapporto che l'esposizione prolungata tra 800 °F e 1.200 °F precipita grafite e l'elenco dei numeri di specifica per forma di prodotto.
2. ISO 9723, barre di nichel e leghe di nichel; ISO 9724, filo e materiale di trafilatura di nichel e leghe di nichel; ISO 9725, forgiati di nichel e leghe di nichel; con ASTM B 160 e ASME SB 160 per vergella e barre. Fonte per gli standard che coprono le forme fornite e per l'affermazione che lo standard del materiale per il filo di questa famiglia è ISO 9724, che specifica composizione, proprietà di trazione, qualità superficiale e tolleranze dimensionali per il filo.
3. Letteratura pubblicata su linguette per batterie e assemblaggio di pacchi, incluse pagine tecniche dei fornitori per linguette per batterie al litio e per nastro di nichel puro nella saldatura a punti. Fonte per l'affermazione che l'elettrodo positivo di una batteria agli ioni di litio utilizza linguette in alluminio e l'elettrodo negativo utilizza linguette in nichel puro o linguette in rame placcato nichel, e per l'affermazione che il nichel puro è il più facile dei materiali per linguette da saldare a punti. Queste sono fonti tecniche commerciali e sono citate come tali e non come standard.
4. Letteratura pubblicata su elementi resistivi, inclusa l'affermazione che il nichel è limitato a un intervallo di misurazione di −80 a +260 °C e che gli elementi in nichel sono conformi ai requisiti DIN 43760, insieme all'affermazione che il platino è il materiale sensibile standard del settore con un intervallo molto più ampio. Fonte per il confronto dei due materiali sensibili.
5. Elenco di materiali e tipi di termocoppie pubblicati. Fonte per le composizioni delle gambe delle coppie di metalli base standardizzate, incluse nichel-cromo contro nichel-alluminio nel Tipo K, nichel-cromo-silicio contro nichel-silicio nel Tipo N, nichel-cromo contro rame-nichel nel Tipo E, ferro contro rame-nichel nel Tipo J, e rame contro rame-nichel nel Tipo T, e quindi per l'affermazione che il nichel puro non è una delle gambe definite.
6. Dati di prodotto detenuti da DLX Alloy. Fonte per le forme fornite, l'intervallo di diametro da 0,025 mm, le condizioni ricotte e trafilate a freddo, l'imballaggio in bobine e rocchetti, e la posizione di ispezione.

Ogni cifra sopra è un valore pubblicato per il materiale nominato, e il coefficiente citato nella discussione sulla resistenza è calcolato dalle due resistività pubblicate e non misurato su un filo consegnato. Un lotto di filo di nichel viene accettato in base al grado, diametro, temperamento e condizione superficiale ordinati, con i risultati dell'analisi e meccanici confermati sul documento di ispezione per il calore. Resistività, durezza e proprietà di trazione si muovono con il grado, con il temperamento e con il diametro del filo, motivo per cui la condizione è indicata ovunque venga citato un valore. Le applicazioni al di fuori dei compiti qui descritti dovrebbero essere verificate rispetto al mezzo e alla temperatura specifici, e le due qualifiche in questa pagina, l'avvertimento sull'ossidazione per il compito di riscaldamento e l'intervallo di misurazione dell'elemento in nichel, sono quelle da portare in tale verifica.