NiCrAlFe精密电阻合金中的L12有序结构研究

有序结构的形成是决定NiCrAlFe精密电阻合金电学性能的关键因素。本文利用第一性原理赝势平面波方法,计算了合金处于无序固溶体结构和形成L12型有序结构时的结合能、态密度、晶格常数等参数,并利用高分辨透射电子显微镜（HRTEM）对合金进行了结构表征,还测试了固溶态和时效态的电阻率。从结合能来看,该合金形成L12有序结构时比无序固溶体更加稳定;态密度以及部分态密度计算结果则表明,在L12有序结构中,Ni、Cr、Al、Fe会强烈成键而使得整个合金体系变得稳定;HRTEM分析结果证明固溶态合金经过和时效处理后出现了L12有序结构,而且该有序结构的晶格常数与计算值基本一致。对比无序固溶体与L12型有序结构费米能级处的态密度值发现,当形成L12有序结构时合金的导电能力较无序固溶体下降,电阻率升高,与实际测试结果吻合。     

化学成分及时效处理对镍铬铝铁精密电阻合金性能的影响

镍铬改良型精密电阻合金是在Ni80Cr20电热合金基础上经过成分优化发展而来,目前常用的有Ni-Cr-Al-Fe和Ni-Cr-Al-Cu两个系列。该类合金具有高电阻率(ρ)、低电阻温度系数(TCR)和低对铜热电势等优异的电学性能,是制作高性能电阻元件的关键材料,受到了我国研究者的高度重视,但关于其基础研究的报道很少,制约了相关生产技术的进步。Al和Fe是Ni-Cr-Al-Fe系精密电阻合金中两种主要的合金元素,本研究通过合理的成分设计,研究了这两种元素对合金力学和电学性能的影响规律;同时该合金通常是在固溶和时效处理状态下使用,因此也设计了相应的热处理工艺,以考察时效处理对合金性能的作用规律。本工作分析了不同合金的晶粒尺寸,测试了合金的硬度和拉伸性能,并利用电阻测试仪、电阻温度系数测试仪和热电偶检定炉等检测了合金的电学性能。结果表明,在本研究设计的成分范围内,合金的晶粒尺寸随Al含量的增加而减小,但其对Fe含量的变化不敏感。在力学性能方面,合金的硬度和强度随Al和Fe含量的增加而提高,塑性相应下降,但Fe的作用较Al弱;经时效处理后,合金的强度和硬度上升,但塑性无明显变化。在电学性能方面,Al和Fe含量的增加均使合金电阻率升高,但二者对电阻温度系数的影响规律相反,TCR随Al含量的增加而减小、随Fe含量的增加而增大,并且在一定条件下会出现负值,因此通过合理调整Al和Fe含量的比例,有望得到接近于0的TCR;合金的对铜热电势随Al含量的增加而先降后增,在Al含量为3. 2%～3. 7%(质量分数)范围内出现最小值,但其对Fe含量不敏感;经时效处理后,合金的电学性能得到明显改善,即电阻率升高、TCR下降、对铜热电势下降。总体而言,Al含量对该精密电阻合金力学和电学性能均有显著影响,而Fe的作用主要体现在对电阻温度系数的调控方面。本研究结合晶粒尺寸、微观结构在热处理过程中的变化以及元素的核外电子分布等特点,讨论了成分和热处理导致合金力学和电学性能改变的内在机理,该研究结果对于Ni-Cr-Al-Fe精密电阻合金的成分、工艺和性能的优化具有重要的实用价值。