|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы Решив уравнение (1-11) прч приведенных граничных условиях, получпм С = Со Шг(Щ (1-13)  0.ff I.D 1,5 Рис. 1-16. Толщина никелевой ободочки .проволоки Си-Ni в зависимости от диаметра проволоки и величины Y. Jo ( J - цилиндрическая функция нулевого порядка первого рода; J, (Xfe) - цилиндрическая функция первого порядка первого рода. Приведенные выше формулы расчета концентрации диффундирующих металлов для биметаллических проводов «е учитывают зависимости коэффициента диф- 0,31--1-у-I--1 фузии от .концентрации, так как точное определение этих коэффициентов при различных концентрациях достаточно сложно и 1д0 последнего времени не выполнено. iB практических расчетах можно .пользоваться усредненными значениями коэффициентов диффузии в некотором интервале концентраций. В результате, например, для систем Си-Ni и Си-Ag расчетные данные хорошо совпадают с экспериментальными. Зная распределение концентрации диффундирующих металлов сердечника и оболочки и диаграмму удельное сопротивление - состав, методом графического интегрирования можно рассчитать увеличение сопротивления проводов. Для этого сначала строятся графики распределения концентрации, затем они разбиваются на отдельные участки, па которых концентрация изменяется по закону, близкому к линейному. При этом в пределах гранич.1ых копцентраций участков измененне удельного сопротивления р должно также происходить примерно по линейному закону. Далее по среднему значению концентрации определяется соответствующее значение удельного сопротивления и вычисляется сопротивление кольцевых зон, а следовательно, и общее сопротивление биметаллического провода после эксплуатации при повышенной температуре. Толщина никелевой оболочки проволоки Си-Ni в зависимости от отношения ее электрической проводимости к проводимости меди (у) и диаметра проволоки показана па рис. 1-16. Изложенный метод расчета был применен для определения увеличения сопротивления биметаллической проволоки Си - Ni при у= =0,85. При .этом учитывалась диффузия металлов в обоих направлениях". Распределение концентрации никеля в медном сердечнике при 500 °С в зависимости от времени эксплуатации, рассчитанное в соответствии с формулой (1-8), показано на рис 1-17. Для расчета использовались коэффициенты диффузии никеля в медь и меди в никель, лолутенные при помощи рентгенострукгурного Метода. При 400 °С диффузия относительно невелика, ио она значительно повышается при 500 и особенно 600 "С. Например, через 500 ч диффузионного отжига при 400 °С концентрация никеля в -меди на расстоянии 0,01 мм от траницы составляет менее 0,005%, а при 500 и 600 "С - соответстветю 13,5 и 36,5%. Так как общая проводимость биметаллического провода в основном определяется проводимостью медного сердечника, то диффузия меди в никель незначительно увеличивает электрическое сопротивле-
OMS D.0W 0.015 Глубина диффузии Ni6 Са , мм 0.020 Рис. 1-17. Распределение никеля в меди после выдержки биметаллической проволоки Си-N1 при 500 °С. ние провода (примерно 6-.8% общего увеличения удельного сопротивления). Поэтому при 400-600 °С для упрощения расчетов целесообразно учитывать только диффузию никеля в медь, а затем полученный прирост сопротивления увеличивать в 1,06-1,08 раза. Взаимная диффузия меди и никеля иллюстрируется микрофотографиями шлифов биметаллической проволоки Си - Ni после ее пребывания при 400-бООС (рис. 1 18-1-19). Эти микрофотографии показывают, что диффузия начинает проявляться отчетливо после 1 200 ч пребывания проволоки при 400 "С. При 500 °С уже после 72 ч па границе меди и никеля образуется переходная зона с мелкокристаллической структурой, которая все более отчетливо проявляется при повышении длительности и температуры эксплуатации проводов. В случае применения методики расчета увеличения сопротивления к тримета.плической проволоке (Си - Ag - А1, Си - Ni -А1 и т. п.) определение этого увеличения значительно усложняется. Распределение концентрации диффупдирующИх металлов во времени будет выражаться сложными формулами, учитывающими диффузию металла прослойки в сердечник и оболочку и взаимную диффузию металлов сердечника и оболочки через прослойку. В этом случае, а также при возможном в будущем применении прослоек из неорганических веществ целесообразно вводить в формулы для определения концентраций диффундирующих элементов поправочные коэффициенты, определяемые экспериментально. Предложенная методика расчета увеличения сопротивления биметаллических проводов может применяться не только для имеющих-  Рис. 1-18. Проволока Си-Ni (500 °С; 72 ч). ся конструкций токопроводящих жил, но и при разработке новых конструкций. Определив расчетным путем распределение концентрации диффундирующих металлов сердечника и оболочки, можно заранее рассчитать увеличение сопротивления проводов для тех или иных температурных условий. В ряде случаев для нагревостойких обмоточных проводов применяется незащищенная медная проволока или медная проволока с защитными металлическими покрытиями, нанесенными электрохимическим способом. Так как гальванические покрытия на проволоке обычно имеют небольшую толщину (несколько микрометров), то влиянием диффузии на увеличение сопротивления можно в этом случае пренебречь и учитывать только окисление поверхности проволоки. Окисление поверхности проводника вызывает увеличение электрического сопротивления провода и приводит к снижению эластичности, а иногда и отслаиванию изоляционного покрытия. Между скоростью и временем окисления существуют различные соотношения. Так как процесс окисления относится к поверхностным реакциям, подчиняющимся уравнению Аррениуса, то скорость окисления экспоненциально увеличивается с увеличением температуры. Окисление меди, являющейся основным проводниковым материалом для обмоточных проводов, в диапазоне 300-800 °С протекает во времени по параболической зависимости. Так как медь образует с кислородом два окисных соединения, то наиболее богатое кислородом соединение СиО (окись меди) располагается у поверхности окис-ная пленка - газ, а между металлом и окисью меди находится за- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 |