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MEMOIRE DESCRIPTIF déposal'appui d'une demande de BREVET D'INVFNTION Dr. Otto Hesler Alliages cuivre-manganèse-étain, résistances en forme de fils, rubans, tôles etc. en ces alliages et procédé pour la fabrication de ces résistances.
L'invention se rapporte . des alliages cuivre des -àtain-manganêse ainsi qu'à/résistanoes en forme de fils, rubans, tôles etc., constituées en alliages cuivre- manganèse-étain, et à des procédés pour la fabrication de ces résistances.
Les résistances en fourme de fils, rubans, tles etc. destinées à des buts de mesure sont généralement fabriquées en alliages cuivre-manganèse-,par exemple en alliage contenant 86 % de cuivre, 12% de manganèse et 2% de nickel. Pour de tels fils de résistance, -que l'in emploie par exemple dans la technique des mesures élec- triques de précision, pour la condtruction de résistances
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de mesure, de résistances en série et en'dérivation ou
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de diviseurs de tension et d'accareils analogues, le coefficient de température de le résistance -lectri'u'" doit être aussi petit eue possible,tandis que la 1',:,3isteu- G'e doit rester invariable avec le te;!ips ft 9I's,nt( une faible force therrnoélectrique par raprort c.u co.¯.vm .
C'est précisèrent la 00ncit.iolL cc'). pirtii, coef- ficient de température dont la r:J7¯i.ûi,y.<< -' l'l:nc6rLtL'c ces difficultés ; cette concition est ccoendcnt l, '1. ip-;:r.t;=nce primordiale étant donné que le:, : erreurs CLH',c 1 1'" température nuisent cvarmerent 1" précision ("'!U! appareil de mesure. La sensibiljt'' 1- li t<.,w t:zre des elliages cJi vrt?-:",l8bPnèss-llic}:cl précités c.-"L relativement faible ,;,'ais le coefficient 3 3 t, 'l!) '::.,ri::l:L'C est toutefois encore >c8S'ê'" b2I1C pour eue .. è,"':'" C01L',JO:',:
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se produisent.
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Sur le der.sin, on H T - 1. -i .-. " .; x ,J =:- t 5, r. ;; = r ]- : i : = i .
1 1 dépendance d'un rllié:C8 de ;2E). ±s cuivre, 1",' rµ.- 1ll.:mgS118SC et 2µ1 de rjickel POl' r.p: or'i, 1: t, ;,i;;. .>, i;.,;;. , La veristion ne la résistance (r ce'. l2.r ' en fonction de le température e.t t r ré... 1¯"; z. , :l.1:<# np1Trozinibion par une coures ',l21'''bol' (1.'-,1[', ('ont 5¯r o L ',;:; se trouve peu au-dessus de 18 température eu 1 81:'n'" ;Q::' !.'".
En ren>ntan"w psi'tir t....C 2e t :¯ , ¯v .- ture du laboratoire, l'erreur due i v tcn;' .. t... -c c:'.l1l tel alliage prend donc d'EQ:orii, 6c:: x;>1-;-:.i::; ¯'0,':'"';'c", mais ensuite, âpres franchissement eu sommet, elle .',",,'c1 des valeurs négatives. D;,n:: le ;',0'-:( r':! :1.i;':C: r e'l,'" 1.' .'.. 2.
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se
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40 C, elle/tient, ce façon téixérà.1#nz131,1.n.t#.e 1. 1:'. .'.'''- de + 1/2 dix-mi lième .
Mais si la t(-c:rç ,-EJ,l'2 C:>l:':, "u delà de 40 C, l'erreur de température ce 1-: 1','s,;,: linge s'élève rapidement µ. de plus gsndes 5. : l.ur --,:',...... ¯L . "-1. - (t t
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s'élève, par exemple à 100 C, température Qui sE:r=,i
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absolument acceptable eu point de vue du ramollisement du vernis, de la de-composition thermique du bois, de la soi et dematières analogues, de la stabilité au recuit du métal etc., à 20 à 25 dix-millièmes ou 1/4@. Mais on consicère actuellement que pour les besoins de la technique de mesure et pour une résistance de préci- sion on ne peut tolérer qu'une erreur de température d'au maximum 1 à 2 dix-millièmes.
On n'a jusqu'ici pas trouvé d'alliages utikisa- bles pour la fabricatmon de tels fils de résistance, car même les alliages d'or à faible teneur de ohrome,qui conviennent en principe, sont inutilisables à cause de leur prix trop élevé. Dans d'autres alliages, notamment les alliages cuivre-manganèse contenant quelques±pour cent d'aluminium, la condition de l'invariabilité dans le tecips n'est pas remplie.
Selon l'invention,on a trouvé que certains alliages cuivre-manganèse contenant de l'étain ont des coefficients de température de la résistance électrique extraordinairement et étonnamment faibles, tandis qu'ils présentent une excellente stabilité de la résistance dans le temps ainsi qu'une faible force thermoélectrique par rapnort au cuivre.
Pour les alliages ayant une teneur en manganèsede5 à 12%, une teneur en étain de 6,5 à 12,@, le reste étant du cuivre, qui peuvent avoir ue teneur en nickel de 0,1 à 5%, et dans lesquels il peut en outre y avoir, outre l'étain,de 0,1 à 2% de silicium, on a trouvé des coefficients de température particulièrement faibles, de telle sorte que ces alliages sont particuliè- rement propres à la fabrication de fils de résistantes. en particulier à la fabrication de résistances/ /de précision.
La résistence spécifique de ces alliages se trouve dans les limites de 0,25 à 0,45 Ohm/m/mm2
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De plus , on à constat', selon l7i-CiYfEti,)1.. que ltaféitio1 d'étain provorue un *;pl:.1i¯.:;:.<:-.ei* v c: la courbe rés i8 te.nce -tEOCp é l' l'turF. :or Lili t i v f "l': rr t'1 ';:L''.; to l i Cc " des alliages cuivrer.;ly^ns;c. 7011r e:o J:p i. :; s f. ;; ?=. , -;> -' ;: le tableau avec les courbes 14Ei;#-'jaiice-'z;;.-:;¯>":=.1:;1=,i:. ;;o-¯,. oinq alliages différents. On ;)OJ'1.': <1. :b:#c-1 : températures et en 1I'Com:Ges le: r.jitc':;cc..3.
La parabole e = s t , d. é j à oour an" tapeur = #.= ', ,-; ¯¯. de 3%,pratiquement étendue sous for,cc c éiJE.-L<- o 1- ;< -.t; de cette droitr par reppJrt lr8c es :lp!r8turs dépen0 de la teneur en l'1enf8nse de l'alliage. Pour 1.r;#. alliéges qui se trouvent à la limite in±(riùi#.# <i##; t>.ne.i.irs en manganèse indiquées, la droite monte lorsque la tel- pérature augmente. en partant de valeurs TT'-Fetives vess des valeurs positives (voir la courbe & (u t;;blé.=.1 des courbes); inversement, pour les <01 'L'j' c, -, ju '1- "a"'! C'" à la limite supérieure, elle descend de =,<jipi.;rs .:o: 1 tiL=..... vers des valeurs négatives,, (courbe 3) .AU'iCu, 2,' y c une. teneur à.ét6ioiÉn>±c ce :m-lc#nm¯ pour i2ur:12 li droite s il: étEnd hor.QO:W¯lllt9 et t G'ël [ cc-,c C -:l' (' C1 ;; ',u:;: si faible (courbe 4.) qu'ici f erreur de 'L.,-,:cp{,:r'C:l.l1.':;
c. la résistance canu 1& 7.or;.e de 15 . 1000 .:.( 6f;?,c-::)'-" p"L un oix-millième vers le haut ef Yr-rH 1 < b = s . ';;r. " i .^-. j, dont la teneur m r'12n:8r.èsc s et'.' .i;..>.>i=µ< .'..;-''le z , ;3 5,5 et 18 teneur n étain . e, ',' ' ,.11;:.-',;.., 'i¯n
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particulièrement bien.
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Pour des t.¯ ¯ . .. ¯ 'il 8':',.--:" ''.¯ ¯ .. : 1'"!"' de 1.' courbe r(;3i,t::I;.(;.'-t;¯.]):!:::' -l": 1; .1'.;'' 'v de façon s!:ntiib3:e. a--sw;1.#=±;.s. :Oll.L" L'. -..> --: lJ.1.' -,. '"'.. la valeur 1i ï:,. su:.'--- . , ri. a¯' ¯ pOJ8j..( n' ,-o; beaucoup de sen.i, ë. Tcout"Lt' .:-1',1'::; ':',1" l¯c ;.=n.¯,t¯, ¯ r ('r- alliages par 1 Â'=1¯11 ¯E', 1':1;.s:¯c (."Lc. .c.-J5.,'l.lI ---"j:'::. dif- ficile au delà de 5 d'ftsin.
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Au-dessus de 5 à 10% d'étain, les alliages ne peuvent plus tre mis sous forme de fils, de tôles et de rubans que par faconnage à froid, de préférence après homogénisation conve- nable.
Des ess@is ont montré que même les alliages à teneur en ;tain encore plus élevée peuvent être façonnés de cette manière , si préalablement,on les trempe au rouge clair (600-7000)dans l'eau froide. Les alliages '--, forle teneur en étain sont déjà dans la zone hétérogène et conviennent mains bien à la fabrication de résistances de précision, car leurs propriétés électriques et autres dépendent fortement des traitements therminues préalables.
Comme on peut le déduire aisément du tableau des courbes une modification de la teneur en manganèse de 0,1%/modifie le coefficient de température de 0, 00000 14 par degré centigrade, vers le haut et vers le bas. Il n'est donc pas très facile, de trouver la teneur exacte en manganèse pour laquelle l'erreur de température de la résistance prend sa valeur minimum* On doit en effet toujours tenir dompte, dans la technique de la fusion, de variations de la teneur en manganèse par suite dé pertes par combustion et par vaporisation, d'erreurs dtanàlyse et de pepée, variations qui sont au minimum de 0,1% en plus et en moins
On a en outre déterminé l'infiuence de différentes additions sur les propriétés des alliages;
dtest ainsi qu'on a ajouté de l'argent, de l'aluminium, du fer, du cobalt, du nickel,du silicium et du zinc jusqu'à atteindre la limite de la solubilité homogène à l'état solide. On a ainsi établi que l'argent, le fer, le cobalt et le zinc ne modifient les propriétés de l'alliage que de façon (sensible.
La présence d'aluminium peut être considérée comme inof- fansive, si la teneur n'en est pas trop grande ; elle excerce l'influence précitée partiellement favorable, partiellement défavorable.
Le nickel,par contre, produit un certain aplatissement de la
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courbe résistance-température et déplace le couple thFr-o lc c- trique, qui, sinon, est faiblement négatif, vers c'es vr;l4,.m: positives. Il peut donc être avantageux dlejoatcr jusque 5, de nickel.
Les essais ont montré que le silicium exerce, comme
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matière additionelle,des influences Extrêmpment f8vorblEs.
Il produit un fort aplatissement de là courbe résistpncr- température et Inaction du silicium est plus forte eu:'- cctle de l'étain. De toute façon, les quantités sjout6'"s nE' pi ::.t à l'état t SO.L7.G¯E"r être que Faibles, car seules d.e iaiblcr quantités sont &olubl'ë"&/ de façon homogène. Cette quantité atteint 'pour les teneurs spéciales en xiikagzx manganèse des sillages, Environ 0,7 ?.; 0,8 On peut toujours pour des tEneurs de 0,5 '" l, 5, 1'('''1:'"91 ['CI" entièrement l'étain, ou encore partiellement,par 6-e {0itios de silicium de 0,2 à 2%.
La stabilité dins le temps et 1."; force thermoélectrique par rapport au cuivre ne sont pas influ('DcÓfS de façon sensible par l'addition de silicium.
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La courbe 5 représe'"ftlte la variation en fonction de 1= température de la résistance d'un alliage qui ne contient pas d'étain, mais du silicium. L'alliage consiste en 0,6 de silicium; 2,0% de nickel, 8,40%de manganèse e@, pour le reste, en cuivre. Sa force thermoélectrique par rapport au cuivre s'élève à + 0,7 microvolt par degré de différence de température.
Selon l'invention, il est donc proposé des alliage;.; cuivre- manganèse, qui présentent, pour une teneur en manganèse de t à
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12 y, une teneur en étain de 0,1, (en particulier de 0,:,):0, 1,.,, et/ou une teneur en silicium de 0,1, en -oertioulier (1P 0,8 à%; ., le reste étant du cuivre,alliages qui nEUV ::t eu outre l ..i-L#- ,ji 0,1 à 5','' de nikkel. Une teneur en manganèse comprise entre 6,4
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et 7% et une teneur en étain de < , 5 à 5,5,. sont particulièrement avantageuses.
La résistance spécifique et son coefficient de teflis.5r*birc dépendent, pour ces alliages, d'une manière CO"l:oE,r2ùlr ? ce r:;>1
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se passe pour-d'au-ures alliages pour résistances connues, dans certaines limites du façonnage (déformation) à froid et du traitement thermique. La stabilité des alliages dans le temps répond à. toutes les exigences. Il est en particulièrement ainsi lorsque les fils, rubans, tôles etc. de résistance sont soumis à un vieillissement artificiel par un traitement thermique à des températures de 100 à 400 pendant une durée de quelques heures à plusieurs jours.
En cas de conservation adéquate, on obtient des valeurs extraordinairement constantes; c'est ainsi, par exemple, qu'on amesuré les modifications avec le temps d'une résistance normale de 1 Ohm, vieillierpendant 4 jours à 150 et qui était formée par enroulement de fil de Q,5 mm d'un alliage contenant 3% d'étain et 6,65% de manganèse, le restant étant du cuivre. En l'espace de six mois, les modifications n'ont en aucun cas atteint 3 millionièmes de la valeur initiahe.
La force thermoélectrique des alliages par rapport au cuivre s'élève toujours à moins d'un millionième de volt par degré de différence de température et est donc suffisamment petite. La valeur absolue dépend de la composition ainsi que des traitements thermiques et mécaniques préalables des
L'emploi des alliages selon l'invention pour/resistances en forme de fils, tôles etc., par exemple, en vue de l'emploi dans des appareils de mesure de présision, est également possible, lorsqu'on dispose de charges, dans lesquelles la teneur en manganèse n'a pas été atteinte exadtement, et dont le coefficient de température atteint une valeur positive ou négative trop élevée. De telles charges peuvent être travaillées ensemble suivant le procédé de compensation, connu en soi.
On constitue la résistance à l'aide de deux ou plusieurs résistancespartielles connectées en parallèle ou en série, et cela de telle manière que l'erreur positive de température de l'une des parties soit précisément compensée par l'erreur
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négative de l'autre.
Lors ne la construction de lia résistance, il y a lieu de veiller à ce que les deux résistances partielles atteignent la même température en service, ou, si cela n'est p as possible, une inégalité éventuelle devre être prise en considération dans le calcul. Si, par exemple, le coefficient de température de l'une des matières pour
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résistance s'élève à + 0, 000 02, celui de l'autre à-0, 000 01, on doit, dahs le cas d'une égale tempél'f,ture,forn1er le r';sst,cE de 1/3 de la première matière, et de 2/3 de la seconde. Si,par contre, la résistance partielle constituée de la première matière n'atteint qu'un échauffement moitié moindre de celui de la seconde, les deux résistances partielles doivent être prises égales.
Le procédé par compensation peut aussi être appliqué pour
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compenser une éventuelle erreur de température, C tnél'ale, 1" út positive, créés par les conducteurs d'amenée de la résistance.
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Une forme de réalisation particulièrement svantegeusc du procédé par compensation, consiste en ce que les matières pour résistances utilisées pour la compensation dont unies de prime abord fixement dans la proportion calculée. Dcs essais ont montré qu'on peut réunir les matières selon l'invention entre elles pour former des matières composites, par le procédé dit
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4Le placage,par exemple en les soumettant , un tr2itc'l('nt ner la pression et la chaleur avec déformation plastique si 1:',11 ;C'1éf .
On obtient,par exemple, deux plaques coulérs c''un 7¯7. ¯r.;c qui aurait do avoir la composition de 3;' .en, 6, 65% Mn, le restant étant du cuivrer dont l'une présentait, d'après de sé petites éprouvettes tarées, un coefficient de température de + 0, 000 003, l'autre un coefficient de- 0, 000 00. Pour obtenir un coefficient de température faiblement négatif, comme
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cela est désirable pour la compensation d l'influence n08i -'c,ivp des conducteurs d'amenée, on a amené la pr8wièl'E.. plúqul 2, 5
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le seconde plaque à 11 mm par ltmint==.+.
Les tôles obtenues
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furent planées, découpées à dimensions égales, décapées au jet de sable et ensuite plaquées l'une sur l'autre. Ceci se fait de la façon suivante : les deux tôles sont placées l'une sur l'autre, emballées dans une tôle de fer doux de 0, 33 mm d'épaisseur, chauffées à 700 , et réunies en une matière composit m par lainage. La tôle ainsi fabriquée présente un coefficient de température de- 03 000 000 6. une
On emploie parfois, des résistances présentant/certaine allure de température, positive ou négative; ces résistances sont également fabriquées avantageusement avec les alliages selon l'invention, car elles présentent la garantie d'une allure de température invariable dans une grande zone de températures.
R E V E N D I C A T 100 N S.
1. Alliage composé de 5 à 12 % de manganèse, de 0,1 à 12% d'étain, de 0, 1 à 2% de silicium, et pour le restant de cuivre.
2. Alliage composé de 5 à 12% de manganèse, de 0,5 à 12% d'étain, de 0,5 à 5% de nickel, et pour le restant de cuivrée,
3. Alliage composé de 5 à 12% de manganèse, de 0,1 à 12% d'étain, de 0,1 à 2% de silicium, de 0,1 à 5% de nikkel, et pour le restant de cuivre.
4. Alliage selon l'une quelconque des revendications 1,2 et 3, dans lequel une partie du cuivre est remplacée par de l'argents ce l'aluminium, du fer, du cobalt ou du zinc dans des proportions allant jusqu'à la limite de la sulubilité homogène à l'état solide.
5. Emploi d'un alliage cuivre-manganèse--étain ayant une teneur en manganèse de 5-12% et une teneur en étain de 0,1de préférence 0,5)à 12%, le reste étant du cuivre, pour des résistances en forme de fils, de rubans ou bandes, de tôles etc.