一种负电阻温度系数的锰铜合金和制备方法及用途技术

本发明专利技术涉及一种负电阻温度系数的锰铜合金和制备方法及用途，所述合金组分的质量百分含量为10%～15%的Mn，2%～5%的Ni，1%～5%的添加元素X，余量为Cu；所述Mn、Ni和X均溶解在面心立方结构的铜基固溶体中。该合金的电阻率为0.4～0.5μΩ

【技术实现步骤摘要】
一种负电阻温度系数的锰铜合金和制备方法及用途


[0001]本专利技术属于金属材料领域，特别涉及一种负电阻温度系数的锰铜合金和制备方法及用途。

技术介绍

[0002]锰铜合金从1888年专利技术以来，它以优异的电学性能广泛应用于电流检测电阻，其中锰加宁（12%Mn，2～4%镍，其余Cu）为经典的锰铜合金，并一直延用至今，对应国家标准中的6J12、6J13两种牌号，以其较低的电阻温度系数、对铜热电势率，较好的电阻长期稳定性，优异的加工性能，成为精密电阻的首选，其电阻温度系数在10～60℃范围为一般可低至
‑
20～20
×
10
‑6/℃。
[0003]近年来，应用于新能源汽车电子电流检测的分流器电阻，如动力电池组、充电桩等应用场景，要求检流电阻使用温度范围达
‑
20～120℃；工作电流一般在1～100A之间，短时负载要求2～300A，并且车辆启动时电流可达到1500A,在动力电池组BMS系统中，以及极端的情况：车辆运行中，持续电流为100～300A;静止状态下，电流只有几毫安，都必须精确检测出来。
[0004]为此，在这种大电流、宽温域的应用条件下，为降低分流器电阻的温升、降低功耗，精密电阻合金以其良好的导热率、低功耗、低电阻温度系数、低对铜热电势率成为此类分流器电阻体的首选。
[0005]考虑到检测精度、发热量及功耗的问题，分流器电阻值一般设计成1毫欧以下，如0.1、0.25毫欧等。检流电路中电阻阻值的降低，对电阻体及电阻合金的电阻温度系数提出为更高的要求，如电阻体的厚度更厚（一般2mm左右）。电阻体厚度的增加，常规电镀、铆接、蚀刻等工艺难以进行分流器电阻的制作，为此，目前应用于大电流电路中的分流器电阻主流工艺是采用拼接焊工艺，焊接工艺采用电子束或者激光焊接。然而，这种焊接工艺焊接时能量较大，接合界面必然会形成熔化区和热影响区，造成电阻层的两侧的合金成分变化，金相组织变异，使得电阻的电阻温度系数大幅上升。
[0006]采用这种拼接焊工艺制作分流器电阻，两侧采用铜电极，电阻体选择6J12、6J13，拼接在一起。然而，铜电极所用纯铜的电阻温度系数大于4000
×
10
‑6/℃，其与电阻体焊接的两个焊缝的电阻温度系数通常大于500
×
10
‑6/℃，虽然电阻体电阻温度系数绝对值较小，但因铜电极及焊缝的存在，造成制作出来分流器电阻的整体电阻温度系数达到100
×
10
‑6/℃以上，很难满足高精密电流检测的需求。
[0007]具有宽温域负电阻温度系数的改良型锰铜合金，可以让分流器电阻在设计时通过电极部位具有正电阻温度系数铜的电阻与电阻体中具有负电阻温度系数改良型锰铜合金进行抵消、补偿，形成分流器电阻整体的接近于0的电阻温度系数，极大的提高分流电路中电流的检测精度。
[0008]传统精密电阻合金的设计思路均是基于电阻温度系数的绝对值越小越好，常规锰铜合金（如6J12）的ΔR/R
‑
T曲线如图3所述，呈现一条典型的抛物线，其TCR最低的区间出现
在抛物线的顶点附近，一般为10
‑
60℃之间。
[0009]作为公知技术，金属材料电学性能均服从能带理论，其电阻平均温度系数一般呈现正温度系数，其中导电较好的纯金属均达几千
×
10
‑6/℃，如铜的电阻温度系数达到4000
×
10
‑6/℃，Ni的电阻温度系数达6000
×
10
‑6/℃以上，电阻合金通过成分设计时导入添加元素，可将电阻温度系数降低到O左右，但目前为此还未见能把电阻温度系数降低到
‑
50
×
10
‑6/℃以下的合金牌号，几种典型牌号的锰铜合金（如6J8、6J12、6J13）在20
‑
60℃之间的最低的电阻温度系数均为
±
20
×
10
‑6/℃左右。
[0010]精密电阻的另一种制造方法是膜电阻制程，采用电子浆料制作的膜电阻，虽然可以通过浆料的配方调整形成负电阻温度系数的电阻体，但浆料形成的电阻体内部组织不可能致密，存在较多孔隙、空洞，在大电流条件下散热差、发热量大、功耗高，同时噪音较大，无法满足该领域的应用需求。
[0011]分流器电阻的设计类似于一个串联电路，为降低整体分流器电阻的电阻温度系数，对电阻体所选用的精密电阻合金在较宽温度范围具有较大负电阻温度系数的需求，开发一种宽温域负电阻温度系数的改良型锰铜合金势在必行。
[0012]
技术实现思路

[0013]本专利技术的目的提供一种负电阻温度系数的锰铜合金和制备方法及用途，该合金的电阻率为0.4～0.5μΩ
·
m，平均电阻温度系数
‑
60～
‑
100
×
10
‑6/℃（
‑
20～120℃），对铜热电势率≤0.5μV/℃，适用于制作宽温域内具有负电阻温度系数的分流器电阻，尤其适用于用拼接焊工艺制作的精密分流器电阻。
[0014]本专利技术的技术方案是：负电阻温度系数的锰铜合金，其各组分的质量百分含量为10%～15%的Mn，2%～5%的Ni，1%～5%的添加元素X，余量为Cu；所述Mn、Ni和X均溶解在面心立方结构的铜基固溶体中。
[0015]所述添加元素X为V、Sn、Si、Fe、Ce、La、Ge、Ga中的任意两种或两种以上的组合。
[0016]所述添加元素X中各组合质量百分含量为0.6%～2%的V，0.6%～2%的Sn，0.7%～4%的Si，0.5%～1%的Fe，0.6%～1%的Ce，0.6%～1%的La，0.5%～1%的Ga，0.5%～1%的Ge，添加元素X总质量百分含量为1%～5%。
[0017]较好的技术方案是，所述添加元素X为Sn、Si、Fe、Ce和Ge。
[0018]较好的技术方案是，所述添加元素X为V、Si、Fe、La和Ga。
[0019]上述合金的制备方法，有以下步骤：1）真空熔炼按照权利要求1
‑
5任一所述合金的配比取各组分，采用真空，或其他惰性保护条件下熔炼，浇铸，得到铸锭；2）均匀化退火将铸锭锻打成板坯，800℃～950℃，30分钟～4小时条件下热处理，随后立即水冷；3）开坯将经均匀化退火的板坯开坯冷轧得到板材；
4）中间再结晶退火板材在真空度＜10
‑2Pa，温度750℃～850℃，时间30分钟～4小时，冷却速度≥30℃/秒条件下，进到第一次再结晶退火；5）成品冷轧和再结晶退火经再结晶退火的板材冷轧后，在真空度＜10
‑2Pa，温度650℃～800℃，时间30分钟～3小，冷却速度≥50℃/秒条件下，进行第二次再结晶退火。
[0020]步骤5）的冷却采用液氮快速淬火。
[0021]上述的合金在制作分流器电阻中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负电阻温度系数的锰铜合金，其特征在于，该合金组分的质量百分含量为10%～15%的Mn，2%～5%的Ni，1%～5%的添加元素X，余量为Cu；所述Mn、Ni和X均溶解在面心立方结构的铜基固溶体中。2.根据权利要求1所述的合金，其特征在于：所述添加元素X为V、Sn、Si、Fe、Ce、La、Ge、Ga中的任意两种或两种以上的组合。3.根据权利要求2所述的合金，其特征在于：所述添加元素X中各组合质量百分含量为0.6%～2%的V，0.6%～2%的Sn，0.7%～4%的Si，0.5%～1%的Fe，0.6%～1%的Ce，0.6%～1%的La，0.5%～1%的Ga，0.5%～1%的Ge，添加元素X总质量百分含量为1%～5%。4.根据权利要求2所述的合金，其特征在于：所述添加元素X为Sn、Si、Fe、Ce和Ge。5.根据权利要求2所述的合金，其特征在于：所述添加元素X为V、Si、Fe、La和Ga。6.权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨贤军，吴达，徐永红，喻文新，曾敬，王锋鸿，
申请(专利权)人：重庆川仪自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：