電熱合金

眾所周知，當電流I通過電阻R時產生每秒

的焦耳熱。電熱合金就是利用這種電能轉換為熱能特性的電阻合金。無論是工業生產還是日常生活，電加熱器的應用都十分廣泛，其發熱材料即為電熱合金。電熱合金一般具有較高的電阻率和穩定而較小的電阻温度係數，通過電流能產生較高的熱量和穩定的功率，抗高温氧化性強，耐腐蝕性好，有足夠的高温強度，在不同工作情況下，有足夠的使用壽命，有良好的加工性能，以滿足不同類型結構成型的需要。但PTC電熱材料卻是一種高電阻温度係數的中、低温電熱材料，且具有功率自控作用。

電熱合金材料的選用應與被加熱物質的工藝要求、電熱設備的結構形式及使用條件相結合。合金型材料對爐型的適應性強，能製成各種形狀的加熱元件，應用範圍廣，但其工作温度比非金屬發熱材料要低。管狀電熱元件使用安裝方便，但工作温度較低，且在不同介質中應用的管狀元件，由於各自的特性差異是不能互換使用的。 ^[2] 

對電熱合金的性能要求是：

1)具有高的電阻率和低電阻温度係數。

2)合金在使用温度範圍內無相變，以保證電阻沒有突變，電性能長期穩定。

3)具有較高的抗氧化性和對各種氣氛的耐蝕性。

4)具有足夠的高温強度，保證加熱體不易變形和較長的使用壽命。

5)良好的加工性能，易於製成絲材或帶材，並能繞製成各種形狀的加熱元件。 ^[3] 

電熱合金主要包括Ni-Cr系和Fe-Cr-Al系兩類，適用於在950～1 400℃温度範圍內工作的電加熱元件。在更高温度工作的加熱則採用純金屬電熱材料。

這類合金的高温強度高，高温冷卻後無脆性，使用壽命較長，易於加工和焊接，是廣泛使用的電熱合金。

在Ni-Cr系中，鎳與鉻形成有限固溶體。當鉻含量（質量分數）小於20%時，隨鉻含量增加電阻率提高，電阻温度係數減小；鉻含量大於20%時，電阻温度係數增加，加工性能變差；而鉻含量大於30%時靠近兩相區，脆性增加，加工困難。因此鉻含量以15%～30%為宜。加入鐵使加工性能改善，但耐蝕性降低。而添加少量Si、Al、Ti、Zr或稀土元素可提高合金的工作温度和使用壽命。

Ni-Cr系電熱合金的軟化退火温度為950~1100℃，快速冷卻。

Fe-Cr-AI系電熱合金的電阻率高，耐熱性好和高温抗氧化性好，與Ni-Cr系合金相比具有更高的使用温度，價格也較便宜。但這類合金經高温使用時易產生脆性，而且長時間使用永久伸長率較大。

在鐵中加入鉻和鋁都使電阻率提高，電阻温度係數降低，抗氧化性提高。添加少量Co、Ti、Zr、稀土元素等也提高合金的抗氧化性、高温強度和使用壽命。但隨鉻、鋁含量的增加，合金的電導率增加，衝擊韌性降低，加工性能變差。因此要求嚴格控制工藝和質量。各工藝環節，不僅要保證成分準確均勻、有害元素及雜質少，還要控制品粒細小而均勻，組織緻密。

Fe-Cr-AI系電熱合金的軟化退火温度為750～800℃，快速冷卻。

Fe-Cr-AI合金在焊接時晶粒易長大從而產生脆性，因此要用Fe-Cr-AI合金焊條快速焊接，最好用氬弧焊。如果焊後不立刻使用，應將焊接部位於800℃左右退火，以消除焊接應力。 ^[3] 

使用電熱合金注意事項：

1)最高使用温度約高出被加熱物質或周圍介質温度100℃以上，而電熱合金強度隨温度升高而降低，因此為了保證其剛性，對元件的形狀和尺寸應合理選擇，防止螺旋圈軟化倒塌導致短路；

2)為降低元件引出端温度，減少電能損失和便於聯接電源線，元件引出棒（或帶）的截面積至少應為元件截面積的3倍；

3)鐵鉻鋁合金焊接，最好採用氬弧焊快速焊接，防止焊口因過熱而脆斷；鎳鉻合金元件可用電弧或氣焊焊接；

4)鐵鉻鋁合金在空氣中抗氧化性能高，在含硫、氫的氣氛中也很穩定，但含硫的還原性氣氛會影響其使用壽命；純氫及分解氨對鐵鉻鋁合金無損害，但在部分燃燒的氨中耐用性較差；直接暴露在氮氣中使用，其使用壽命比在空氣中低；電熱合金不能在鹵素及其化合物中或其氣氛中使用；

5)一般耐火材料中含有

和

，在高温下與鐵鉻鋁合金表面的保護膜

形成低熔點化合物，加速電熱合金的損壞，故應採用

含量在1.5%以下和

含量在48%以上的高鋁耐火磚；也可用氧化鎂耐火材料製品作爐襯；在較低温度下可使用粘土磚。 ^[4]