由铜锌锰合金构成的金属元件作为电加热元件的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种金属元件用作电加热元件的应用，尤其是针对低温应用，所述金属元件由铜含量至少为63重量％的铜锌锰合金构成。

The use of metal elements consisting of copper, zinc and manganese alloys as electrical heating elements

The invention relates to an application of a metal element as an electric heating element, in particular to a cryogenic application consisting of a copper zinc manganese alloy having a copper content of at least 63 wt.%.

【技术实现步骤摘要】
由铜锌锰合金构成的金属元件作为电加热元件的应用
本专利技术涉及一种将金属元件用作为电加热元件的应用，所述金属元件由铜锌锰合金构成。所述应用尤其可以涉及低温应用情况。
技术介绍
用于加热用途的电加热元件并且尤其是电阻丝或加热丝(或者通常的加热导体)往往由Ni合金，尤其由CuNi合金制成。CuNi合金具有较好的加工性和耐腐蚀性，而且由于完美相容性允许按照有利方式调节材料特定的特性曲线，以便调节所需电阻率。实际物体的欧姆电阻可以根据其几何尺寸和电阻率来计算。相应地，在DIN17471:1983-04标准中规定了不同的CuNi合金作为电阻合金，主要用作加热元件或加热导体。然而这些合金由于含有Ni，缺点是较高的价格。此外它们还具有由镍带来致敏和致癌作用的缺点。在现有技术中有时应用的其他合金与CuNi合金相比是有缺点的。例如，CuSn合金由于含有Sn同样非常昂贵；此外，CuZn合金(也同其他合金一样)基于所需成形性而受到限制。尤其是由此通常在CuZn合金中限定可实现的Zn含量，从而与例如CuNi合金不同，在良好成形情况下无法获得低于15MS/m的导电率。
技术实现思路
本专利技术任务在于，结合电加热元件与CuNi合金相比在保持良好成形性与可实现低导电率情况下获得与成本相关的改进。根据本专利技术提供一种由铜含量至少为63重量％的铜锌锰合金构成的金属元件作为电加热元件的应用。在一个实施方式中，所述金属元件可以由铜含量至少为65重量％的铜锌锰合金构成。在本专利技术范围内已经了解到，铜、锌和锰的组合恰好给在电加热元件中的应用带来特殊优点。通过相对较高的Zn含量可以明显降低合金成本。在此，锰一方面具有有利效果，其对导电率的影响与锌相比大很多，从而与在黄铜和其他CuZn合金中不同，也可以获得例如低于15MS/m的较小导电率。总而言之，锰通过选择其含量可以用于将导电率至少粗略调至期望范围内，并且这样优选可以选择Zn含量，以执行导电率的精调。另一方面，锰的有利效果在于：尽管期望获得较低导电率，铜含量依然可以如此之高，以保持良好的合金冷成形性。在Zn含量过高时会出现β相析出，它们对成形有负面影响。基于锰对导电率或电阻有较大影响，Mn的最微含量就足以获得有利的导电率。总而言之，与类似的纯CuZn合金相比，部分锌由锰代替，以便得到上述有利特性。本专利技术还基于这样的认知：在实践中，较高的耐腐蚀或耐氧化性在很多加热应用中是不重要的。氧化例如对于在低温范围内(或在加热元件或加热导体具有绝缘的领域中)的加热应用而言是没有问题的。因而本专利技术铜锌锰合金的上述特性可以专门针对在电加热元件和尤其是在低温范围内的应用以有利方式得以充分利用。在一个有利实施方式中，所述合金的铜含量为63重量％至70重量％，例如65重量％至70重量％。这种通过锰与铜和锌的组合而实现的铜含量确保了，一方面不会出现影响成形性的β相析出，另一方面合金内存在足够的锌和锰，以便降低成本，并且可以在较宽范围内调节导电率，尤其可调至较低值。在一个有利实施方式中，所述合金的锰含量至少为0.2重量％，例如超过0.3重量％，优选超过0.5重量％或更优选超过0.8重量％。合金的锰含量优选为0.2重量％至20重量％，较优选为0.3重量％至20重量％，更优选为0.8重量％至6重量％。在一个有利实施方式中，所述合金的锰含量和锌含量总和为30重量％至37重量％，更优选30重量％至35重量％，还更优选33重量％至35重量％。在一个有利实施方式中，所述合金在室温下是单相的且具有α相。然而所述合金也可以是超过90％具有α相。合金可以在制造金属元件时已被再结晶。然而这不是必须的。在一个有利实施方式中，所述电加热元件在最高300℃，优选最高200℃，更优选最高150℃的连续运行温度下使用。在此优选地，对于电绝缘的或设有电绝缘件的金属元件而言，连续运行温度为最高300℃；而对于裸露的或不具有电绝缘件的金属元件而言，连续运行温度优选为最高200℃。在较低温度下，对耐腐蚀或耐氧化、防腐蚀或防氧化的要求尤其较低。在一个有利实施方式中，金属元件中的所述合金在室温下具有低于15MS/m的导电率。在制造金属元件时，合金可以被软化退火或经受恢复过程和/或再结晶。然而这不是必须的。优选按如下方式制造金属元件，即，连铸并随后成形。成形优选可以包括轧制步骤和/或拉拔和退火步骤，例如轧制步骤，跟着退火步骤，紧接着拉拔步骤，最后另一退火步骤。在一个有利实施方式中，金属元件或电加热元件是金属丝，例如具有圆形、圆环形、长方形或多边形横截面的金属丝，四棱形金属丝，成形金属丝或扁平金属丝。金属元件或电加热元件尤其是电阻丝或加热丝或加热导体。电阻丝或加热丝或加热导体在DIN17471:1983-04第6项“供货状态”下已做说明。在一个有利实施方式中，应用具有电绝缘的加热元件。由此也可以在较高温度下应用。在一个有利实施方式中，所述加热元件应用于表面加热、缆线加热或者用于塑料焊接的元件中，例如用于电热毯、地暖或电熔套筒(Elektroschweiβmuffe)。具体实施方式以下说明铜锌锰合金的三个示例，其中，各个金属元件按照有利方式均可以被设计成加热丝形式。在三个示例的每个示例中，通过连铸并随后成形来制造金属元件。成形包括轧制步骤，接着是退火步骤，随后拉拔步骤，最后是另一退火步骤。实施例1金属元件由CuZn32.6Mn0.8组成，具有32.6重量％的Zn和0.8重量％的Mn。抗拉强度为500N/mm2，拉伸度为20％。该金属元件在值为0.337Ω/m情况下具有直径为0.6mm的圆形横截面。导电率为约10.5MS/m。该实施例在导电率方面是合金CuNi6的替代方式并且与其相比强度高50％。实施例2金属元件由CuZn31.5Mn1.9构成，具有31.5重量％的Zn和1.9重量％的Mn。抗拉强度为500N/mm2，拉伸度为20％。该金属元件在值为0.5Ω/m情况下具有直径为0.6mm的圆形横截面。导电率为约7.1MS/m。该实施例在导电率方面是合金CuNi10的替代方式并且与其相比强度几乎高50％。实施例3金属元件由CuZn28.1Mn4.9组成，具有28.1重量％的Zn和4.9重量％的Mn。抗拉强度为500N/mm2，拉伸度为20％。该金属元件在电阻为0.9Ω/m情况下具有0.6mm的圆形横截面。导电率为约3.9MS/m。上述示例性金属元件例如可以通过如下方式制造，即，首先通过连续铸造来制造直径20mm的元件，随后通过轧制将其直径变成12mm，最后在450℃至600℃的温度下元件承受稳定退火步骤直至完全软化。冷却后，执行另一轧制步骤，利用另一轧制步骤将其直径变成8mm，接下来是在450℃至600℃温度下进行的另一稳定退火步骤直至元件完全软化。随后，在冷却后通过拉拔将元件直径变成5mm，并在450℃至600℃温度下执行另一稳定退火步骤直至其完全软化。之后，在冷却后通过拉拔将元件直径变成3mm，并在750℃至800℃温度下执行连续退火，其中，速度如此调整，即，出现完全软化。最后，在冷却后实施另外两个拉拔步骤，利用这两个拉拔步骤将直径首先变成1.5mm，之后变成0.6mm的最终直径，其中，跟着两个拉拔过程相应执行随后具有冷却的“在线”退火(Inline-Glühen)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属元件用作电加热元件的应用，所述金属元件由铜含量至少为63重量％的铜锌锰合金构成。

【技术特征摘要】
2015.09.25 DE 102015116314.41.一种金属元件用作电加热元件的应用，所述金属元件由铜含量至少为63重量％的铜锌锰合金构成。2.根据权利要求1所述的应用，其中，所述合金的铜含量为63重量％至70重量％。3.根据权利要求1或2所述的应用，其中，所述合金的锰含量至少为0.2重量％。4.根据权利要求1或2所述的应用，其中，所述合金的锰含量和锌含量的总和为30重量％至37重量％。5.根据权利要求1或2所述的应用，其中，所述合金在室温下是单相的且具有α相。6.根据权利要求1或2所述的应用，其中，所述电加热元件在最高300℃的连续运行温度下使用。7.根据权利要求1或2所述的应用，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·巴特尔，马丁·格特勒，亚历山大·鲁尔，埃伯哈德·施密特，
申请(专利权)人：贝尔肯霍夫股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE