承压设备金属材料电阻率-温度特性研究
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摘 要：利用测试系统分别测试了纯金属材料、精密电阻材料和合金材料不同温度下的电阻率值，分析了各种材料的电阻率-温度特性。结果显示钨的电阻率线性增加，但钴和镍的电阻率并不是线性增加的;康铜在400℃之下电阻率变化很小，高于400℃电阻率逐渐上升;不同金属含量对合金材料电阻率影响较大，通过不同掺杂元素的合金的变温电阻特性，可以对内部材料组织构成和相变的分析提供依据。
关键词：电阻率;温度;合金材料;承压设备;组织结构
中图分类号：TB383 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）03-0001-05
Abstract： The resistivity values of pure metal materials， precision resistance materials and alloy materials at different temperatures were measured by the test system， and the resistivity-temperature characteristics of all kinds of materials were analyzed. The results show that the resistivity of tungsten increases linearly， but the resistivity of cobalt and nickel does not increase linearly; the resistivity of Constantan changes little at 400℃ and increases gradually above 400℃; different metal content has a great influence on the resistivity of alloy materials. Through the variable temperature resistance characteristics of alloys with different doping elements， it can provide a basis for the analysis of internal material structure and phase transformation.
Keywords： resistivity; temperature; alloy material; pressure-bearing equipment; microstructure
1 概述
承压类特种设备被广泛的应用于各行各业[1]，承压设备的主体是金属材料，金属材料作为结构材料大部分学者主要关注其机械性能和加工性能[2-3]。而在金属材料众多特性中电阻率是金属材料最基本的性质之一[4-6]。目前针对承压类金属材料电阻率特性的研究较少。金属材料有很多情况下以电阻率参数为主要用途，如精密电阻材料，高温加热元件等[7]。姜定成[8]等研究了镍铬系精密电阻合金材料的电阻率特性，发现了最优合金比例及合金比例对电学性能和力学性能的影响规律。潘亚娟[9]统计了不锈钢中金属元素的作用，这些合金元素不仅对材料的机械性能，热机械性能有极大改善，對于材料的电阻特性也影响极大[10]。通过对合金材料电阻率的研究了解其内部机理和变化。
本文使用四线法搭建了材料高低温下的变温电阻测试系统。并使用该系统对几种纯金属、精密电阻合金和不锈钢合金进行了测试。测试结果发现钨的电阻率线性增加，但钴和镍的电阻率并不是线性增加。铜镍合金在400℃之下电阻率变化很小，高于400℃电阻率逐渐上升。1Cr17Ni7和9Cr18Mo的电阻率呈线性变化，且数值接近。
2 变温电阻测试系统搭建
为了研究金属及其合金的电阻率变温曲线，本文搭建了图1所示的测试系统。系统包括温度控制系统和恒电流系统。为了避免接触电阻，设备采用四线法测试。测试时，恒流源提供恒定电流通过样品，探针AB采集样品AB点的电压值，从而得出AB点之间的电阻值，然后结合样品的横截面积和探针间距，根据公式（1）求出样品的电阻率。
式中ρ为电阻率，V为探针AB间电压值，I为通过样品的电流，S为样品横截面积，L为探针AB的间距。
整个测试部分放在变温环境中，由温度控制器调整环境温度。从而在不同的环境温度下，测量材料的电阻率值。为保证测量结果和保护样品，样品处在真空环境下测试。
3 结果与分析
本文利用测试系统分别测试了纯金属材料、精密电阻材料和合金材料不同温度下的电阻率值，分析了各种材料的电阻率-温度特性。结果显示钨的电阻率线性增加，但钴和镍的电阻率并不是线性增加的;康铜在400℃之下电阻率变化很小，高于400℃电阻率逐渐上升;分析了不同金属含量对电阻率的影响。
3.1 纯金属材料电阻率高温性能
一般来讲金属材料的温度越高，电阻率越大。金属材料在不同温度下的电阻率可以表示为：
和分别表示金属在0℃和T℃温度下的电阻率。
根据公式（2），纯金属材料的电阻率应该随温度升高呈线性变化。
本文测试了钨、钴、镍三种金属的变温电阻曲线（图2为钨、图3为钴、图4为镍），钨和钴的测试温度范围为（100-600）K，镍的测试温度范围为室温到800℃。
通过三条曲线对比可以发现：钨的电阻率线性增加，且电阻温度系数和理论值近似，但钴和镍的电阻率并不是线性增加的。
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