JPH088139B2 - 電熱体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、Fe−Cr−Al系合金よりなる電熱線を発熱体
として利用した加熱炉等の電熱体に関し、特に従来のも
のに比して高電気比抵抗値を有する電熱線を利用した電
熱体に関する。

（従来の技術） Fe−Cr−Al系合金は、電気比抵抗値が大きく、且つ大
気中で高温酸化された場合、合金表面に化学的に安定
で、絶縁性の高いアルミナ主体の酸化膜が形成され、こ
れ耐酸化性が優れているため、加熱炉のヒーターエレメ
ントや炉内部品、あるいは家電製品の電熱線等に広く使
用されており、また最近では高温排ガス浄化装置用材料
として利用されている。

Fe−Cr−Al系よりなる電熱体用合金は、一般にCr:10
〜30wt％、Al:2.5〜8wt％、残部Feであり、この範囲の
ものは、使用する高温で酸化しにくいこと、機械的性質
が良く、塑性加工が容易であること、電気比抵抗値が高
いこと等の電熱合金の必要条件を備えている。また、一
般的に、AlやCrの含有量が高くなる程、電気比抵抗値が
高い値を示すことが知られている。

しかし、Fe−Cr−Al系電熱体用合金の諸特性は、Alや
Crの含有量だけでなく、含有する微量不純物、微量添加
元素、あるいは合金の溶解方法や加工熱処理方法等に依
存することが大きいこともまた知られており、高品質、
高特性のFe−Cr−Al系電熱体用合金の製造には高度の技
術を要するものとされている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、電熱体に要求される最も重要な特性の一つ
は、該電熱体に利用される電熱体が高い電気比抵抗値を
有することである。これは、高い電気比抵抗値を有する
ことにより、同じ抵抗値を得るために重量を少なくする
ことができ、原料費の低減、加工性の向上を計ることが
できる。現在、一般に電熱線等に使用されている電熱体
材料は、Ni−Cr系合金と本発明に関係するFe−Cr−Al系
合金であり、それらの電気比抵抗値は、Ni−Cr系合金の
場合、110μΩ・cm程度、Fe−Cr−Al系合金の場合、最
高160μΩ・cm程度である。

一般に、金属の電気比抵抗値を上げる手段としては、
合金元素を鋼中に固溶させる手段、及び、冷間加工や時
効硬化等により鋼中に歪を付与させる手段等が考えられ
る。しかし、冷間加工や時効硬化効果等により鋼中に歪
を付与させる方法では、温度を上昇させることにより歪
が開放してしまい、電気比抵抗値が低下してしまうとい
う欠点があった。

本発明は、その表面がFe−Cr−Al系合金において、従
来知られている電気比抵抗値より高い電気比抵抗値を有
する電熱線を用いた電熱体を提供すべく検討した結果、
表面にアルミナウィスカーを生成させた電熱体は、ウィ
スカーと他の合金との界面に歪が発生し、高温に保持し
ても歪の開放を起こさず、高い電気比抵抗値を高温まで
維持できることを見出し、本発明を完成したもので、従
来と同じレベルのCr、Al含有量でありながらより高い電
気比抵抗値を持つ電熱線を利用した電熱体を材料を提供
するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、電熱線で構成された電熱体であって、電熱
線の表面は10〜30％Cr、６〜20％Al及び残部Feを有する
Fe−Cr−Al合金よりなり、且つ、当該表面にアルミナウ
ィスカーが形成されている高電気比抵抗値を有する電熱
線であることを特徴とする電熱体である。

本発明で使用するFe基材料としは、溶製法、粉末治金
法及び表面処理法などによって得られるものが含まれ
る。そして、本発明では、使用する電熱線の表面の成分
が上記の成分を有すればよいのである。このように、表
面の成分のみを規定したのは、ウィスカーは表面現象で
あるためである。

Fe−Cr−Al合金においては、Al濃度が高くなるほど脆
化するため、溶製法での製造は困難になるが、粉末治金
法、表面処理法は、表面のみを高Al濃度とすることがで
きるので有利である。表面処理法としては、特願昭62−
321345号メカニカルプレーティング法がある。

メカニカルプレーティング法とは、機械的にメッキ金
属を被メッキ材料上に摩擦接触させてメッキを行う方法
である。

あるいは、グラッド法により、素材表面にFe−10〜30
％Cr−６〜20％Al合金を付与することも可能である。

本発明において、表面の成分をCr:10〜30％、Al:6〜2
0％残部Feとしたのは、加工性を損なわない範囲で電気
比抵抗値を高く、また耐食性、耐高温性酸化性を付与で
きるためである。また、Al量はウィスカーを表面に均一
に生成させるためで６％以上必要である。ただ、20％以
上になると、ウイスカー生成には顕著な効果がなく、ま
た、表面が効果するので好ましくない。

本発明に係る電熱体に利用される電熱線は、上記表面
の成分のAlの少なくとも一部がアルミナウィスカーを形
成しているのである。アルミナウィスカーを形成する手
段としては、真空中もしくは低酸素雰囲気下で加熱した
後、空気中で加熱することによって得られる。

（作用） 一般に、金属の電気比抵抗値を上げるには、 １）Cr、Al等の合金元素を鋼中に固溶させる方法 ２）冷間加工、時効硬化等により鋼中に歪を付与させる
方法が考えられる。

本発明は、２）の鋼中に歪を付与させる方法を応用し
たものである。

すなわち、先に述べたように、ウィスカーと合金との
界面に熱膨張に起因する歪が発生する。通常のFe−Cr−
Al系合金表面に生成する酸化皮膜はプレーンであり、歪
量が過剰になると、最も強度の低い酸化皮膜と合金との
界面で割れを生じ、歪の解放が起こる。

ところが、ウィスカーを生成させた材料の場合、その
歪の解放がウィスカー先端付近の割れによるため、一度
に大きな歪の解放が起こらず、ウイスカーと合金との界
面の合金側には常に一定量の歪が存在するので、常に高
い電気比抵抗値を維持できると思われる。

以下、本発明の実施例をもって、本発明を更に具体的
に説明する。

実施例 第１表に示す表面成分の供試材を本発明鋼は粉末治金
法、溶製法、メカニカルプレーティング法により、また
比較鋼は溶製法によりそれぞれ製造した。粉末治金法と
はFe紛、Cr紛、Al紛をＶ型ミキサーにて混合し、その
後、双ロール間に挿入して0.5mmに粉末圧延し、1200℃
で焼結し、冷間圧延して最終0.2mmの板を製造した方法
である。溶製法とは、10kg大気誘導炉で溶解し、鋳造
後、8mmに鍛造し、熱間圧延、冷間圧延を経て最終0.2mm
の板を製造した方法である。メカニカルプレーティング
法とは、特願昭62−321345号記載の方法で、メカニカル
プレーティング法によりFe−18Cr−3Al合金表面にAlを
プレーティングして板を製造した方法である。それらの
板を800℃×１分、２×10^-5Torrの真空雰囲気で加熱
し、その後900℃×16hr大気雰囲気で熱処理してウィス
カーを生成させた。比較鋼は上記溶製法により製造した
板に1000℃×５分の熱処理をした板でウィスカーは生成
しない。

これらの材料をJIS C2526に基づいて室温での電気比
抵抗値を測定した。その結果を同じく第１表に示す。第
１表より明らかなように、同レベルのCr、Al含有量の場
合、本発明鋼は比較鋼よりも電気比抵抗値が大きいこと
がわかる。また、第１図にAl含有量と電気比抵抗値の関
係を示すが、この付からも本発明鋼の優位性がはっきり
わかる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明は特定のFe−Cr−Al系合金
からなる鋼の表面にアルミナウィスカーを生成させるこ
とにより、極めて高い電気比抵抗値を有する電熱体用材
料を提供することができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はAl含有量と電気比抵抗値の関係図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電熱線で構成された電熱体であって、電熱
   線の表面は10〜30％Cr、６〜20％Al及び残部Feを有する
   Fe−Cr−Al合金よりなり、且つ、当該表面にアルミナウ
   ィスカーが形成されている高電気比抵抗値を有する電熱
   線であることを特徴とする電熱体。