[发明专利]由铜锌锰合金构成的金属元件作为电加热元件的应用

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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DIN 17471:1983-04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。

发明内容

本发明任务在于，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。

根据本发明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。

在本发明范围内已经了解到，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。

本发明还基于这样的认知：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。因而本发明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。