高膨脹合金

高膨脹合金，一般在室温至100℃ 温度範圍內具有很高的膨脹係數，其平均線膨脹系 數高於15×10^-6/℃。在元素週期表中，由Ni、Co、 Fe等過渡族元素組成的某些合金，由於它們的鐵磁 性在一定的温度範圍內具有被稱為因瓦效應的反常 熱膨脹行為，因而可以獲得各種不同膨脹係數的合 金。膨脹合金主要有Fe-Ni系、Fe-Ni-Co系、Fe-NiCr系等，廣泛應用於儀器儀表和電真空技術、集成 電路。膨脹合金除具有特定的膨脹係數外，根據不 同用途還要求有良好的封接性、可焊性、耐蝕性、可 加工性和易切削性，並且在使用温度範圍內不允許 有引起膨脹特性明顯變化的相變。其產品一般為棒 材、板材、帶材、絲材和管材。亦稱熱膨脹合金。

廣泛用做工程技術領域 中使用的測温元件。 高膨脹合金很少單獨使用，幾乎都與低膨脹合金組 元配對複合成熱雙金屬使用。

常用高膨脹合金有Cu60Zn40、 FeNi22Cr3，FeNi20Mn6、FeNi13Mn7 和Mn72Cr18Ni10合金。線膨脹係數分別為19×10^-6/℃、18.5×10^-6/℃， 21×10^-6/℃和21×10^-6/℃。用於熱雙金屬主動層和控温敏感元件。 ^[1] 

高膨脹合金主要用作熱雙金屬片的主動層和控温敏感元件。熱雙金屬的複合生產方法主要有已廣泛使用的焊接熱軋法和固相結合法，此外還有雙澆法、熔合法、粉末法、鍍層法、塗層法、爆炸法、電火花的非全面焊接法等多種方法。

先把加熱後的兩層熱雙金屬片放在一起強力熱軋成一體，因易於分層後改為先將兩層固定（焊合、包覆、鉚接）、後熱軋的方法。其中以焊接熱軋法較好。該法是把精整好的兩層坯料去除油污，用焊條沿周邊焊合，熱軋的第一道次變形率必須大於50%，該法屬於熱擴散、機械結合型結合機制。其缺點是坯料必須嚴格精整，若厚度公差漂移較大時，會造成同一爐號的製品因厚度比差異，帶來比彎曲K的一致性差等問題。

兩種金屬的結合面不形成任何液相體的金屬結合，稱冷結合，或固相結合。固相結合法的步驟如下。

①冷軋帶坯表面拋毛 用鋼絲刷鋼帶呈無光的“毛”態，除去表面氧化膜及其污物，露出“新鮮”金屬，增加了鋼帶表面的活性，使鋼帶表面產生許多微觀的凹凸不平，增加表面積。

②大壓下率軋製結合壓下率常為70%以上，使得組合層材料間彼此極其靠近，形成以機械咬合為主的較牢固的初結合。其壓接温度應略超過結合材料的最低再結晶温度，但要遠低於使金屬結合面形成脆性化合物和液相物的温度。有人稱此初結合為核結合。

③擴散燒結在保護氣氛下進行擴散退火，使已經極為靠近的組合層材料接觸面處的原子相互擴散，形成“金屬鍵”相互吸引，達到牢固結合。

該三步式固相結合法省去了其他法的“刨牀精整、焊接”工序，能成卷軋製，成材的厚度比較均勻，尺寸精度高、性能穩定、成本低，已為各國所應用。

熱雙金屬經冷軋和衝剪成元件後，必須進行時效性穩定化熱處理，其處理温度要比元件使用中遇到的最高温度高出10～50℃，保温1～2h，升、降温速度勿快。擬定穩定化熱處理制度時，還應考慮材料的構成、元件的形狀、大小。若有黃銅或錳基合金時，處理温度要低；若元件的厚度小於1mm時，處理温度應低。因熱處理過程中，元件要作自由彎吐，尤其是螺旋形元件，故在熱處理時元件間應留有距離。蝶形跳躍式元件因其冷變形率較大、內應力較大，則應進行充分的穩定化熱處理，但温度不能過高，可增加保温時間或處理次數。如有可能，在元件裝配後，應連同相關的零部件，甚至整體裝配件一起進行熱處理，因為其他零部件在加工過程中也會產生內應力，也能影響元件動作的穩定性。 ^[2]