I. Pourquoi choisir l'alliage manganèse-cuivre ?

Le cœur du shunt est l'élément résistif, et le choix de son matériau détermine directement les performances du shunt. Parmi les nombreux alliages de résistance, le manganin est le matériau de choix pour les shunts de précision en raison de ses excellentes propriétés électriques. Il est utilisé depuis plus de 100 ans.

Les compositions typiques des alliages manganèse-cuivre sont les suivantes : cuivre 84%, manganèse 12%, nickel 4%. Des coefficients de température extrêmement bas et une bonne stabilité à long terme peuvent être obtenus par un contrôle précis du rapport de chaque élément et du processus de traitement thermique.

II. Propriétés fondamentales des alliages manganèse-cuivre

2.1 Coefficient de variation de température (TCR) extrêmement faible

Le TCR des alliages manganèse-cuivre peut être aussi bas que ±10ppm/°C, les produits de qualité atteignant ±5ppm/°C ou même moins. Cela signifie que lorsque la température varie de 50°C, la résistance ne varie que de 0,05%, ce qui est bien mieux que d'autres alliages tels que le ConocoPrime (±40ppm/°C).

2.2 Faible potentiel thermique

Le potentiel thermique du MnCu par rapport au Cu est d'environ 1 à 2 μV/°C, ce qui est beaucoup plus faible que celui du CuCu (environ 40 μV/°C). Il en résulte des erreurs de mesure beaucoup plus faibles dans les environnements à gradient de température.

2.3 Bonne stabilité à long terme

Les alliages manganèse-cuivre soumis à un traitement de vieillissement approprié peuvent avoir un taux de dérive annuel inférieur à 0,005%, ce qui répond aux exigences de stabilité à long terme pour les applications de qualité métrologique.

2,4 Résistivité modérée

La résistivité de l'alliage manganèse-cuivre est d'environ 43~48μΩ-cm. La résistivité modérée facilite le traitement des shunts de différentes spécifications pour répondre aux besoins des applications de petits à grands courants.

2.5 Excellentes propriétés mécaniques

• Résistance à la traction : environ 400~500MPa
• Allongement : environ 30~40%
• Bonne aptitude au façonnage, facilité à réaliser des formes variées

III. procédé de fusion des alliages manganèse-cuivre

3.1 Sélection des matières premières

• Cuivre électrolytique : pureté ≥99,95%
• Manganèse électrolytique : pureté ≥99,9%
• Nickel électrolytique : pureté ≥99,9%
• Contrôle strict des impuretés, le fer, le silicium et d'autres impuretés affectent le TCR.

3.2 Fusion

• Adopter la fusion par induction sous vide ou la fusion sous protection d'argon
• Empêche l'oxydation et l'introduction d'impuretés
• Contrôle précis de la proportion de chaque élément
• Bien mélanger pour assurer l'uniformité des ingrédients

3.3 Coulée

• Coulée continue ou coulée en moule
• Vitesse de refroidissement contrôlée pour réduire la ségrégation
• Les lingots sont soumis à un recuit d'homogénéisation

3.4 Processus de moulage

• Laminés à chaud/à froid en bandes ou en plaques
• Étirage en fil ou en barre
• Traitement en plusieurs étapes avec recuit intermédiaire

Quatrièmement, le processus de fabrication des shunts

4.1 Traitement des éléments résistifs

Les alliages manganèse-cuivre sont transformés en formes appropriées selon les spécifications du produit :

• Type de bandepour les shunts de faible intensité
• Type de barre: pour les shunts de moyenne et grande intensité
• Type de plaque: Convient pour les shunts à courant très élevé

4.2 Matériaux des terminaux

Les bornes sont généralement en cuivre violet ou en laiton :

• Bonne conductivité et faible résistance de contact
• Coefficient de dilatation thermique proche de celui du manganèse-cuivre
• Facilite le soudage et l'installation ultérieurs

4.3 Processus de soudage

Le soudage de l'élément résistif aux bornes est un processus critique :

Soudage par faisceau d'électrons (EBW)

• Des soudures de la plus haute qualité
• Petite zone affectée thermiquement, impact minimal sur les éléments résistifs
• Très faible résistance de contact
• Pour les shunts de précision haut de gamme

brasage

• Processus mature, équipement simple
• Convient à la production en grande quantité
• Nécessité de choisir le bon matériau de brasage

revêtement

• Convient aux shunts à courant élevé
• Remplacement facile sur le terrain
• La résistance des contacts doit être contrôlée

4.4 Réglage de la résistance

La résistance du shunt doit être ajustée avec précision à la valeur nominale :

• Réglage grossier : contrôlé par les dimensions de l'usinage
• Mise au point : redimensionnement au laser ou mécanique
• Précision jusqu'à 0,01% grade

4.5 Traitement thermique (stabilisation par vieillissement)

Traitements de stabilisation critiques :

• Soulagement des contraintes pour l'usinage
• Valeurs de résistance stabilisatrices
• Amélioration des caractéristiques du TCR
• Processus typique : 150-200°C, heures à dizaines d'heures

4.6 Traitement de surface

• Bornes étamées ou nickelées pour éviter l'oxydation
• Les éléments résistifs peuvent être recouverts d'une couche protectrice.
• Intégral peut être scellé

4.7 Détection et tri

Tests rigoureux avant de quitter l'usine :

• Mesure de la résistance (précision de 0,01%)
• Mesure du TCR (plusieurs points de température)
• Mesure du thermopotentiel
• Inspection extérieure
• Sélection par degré de précision

V. Facteurs de processus affectant les performances du shunt

5.1 Composition des matériaux

La teneur en manganèse typique de 12% a le TCR le plus bas, et les écarts par rapport à cette valeur augmentent le TCR.

5.2 Déformation lors de l'usinage

L'écrouissage introduit des contraintes internes qui affectent la stabilité de la résistance et le TCR. Le recuit est nécessaire pour éliminer les contraintes.

5.3 Procédés de traitement thermique

La température et le temps de vieillissement influencent les propriétés finales. Une température trop élevée peut modifier l'organisation de l'alliage et une température trop basse peut ne pas le stabiliser suffisamment.

5.4 Qualité du soudage

L'influence thermique de la zone de soudure modifie les propriétés locales du matériau et les paramètres de soudage doivent être contrôlés pour minimiser la zone d'influence.

VI. développements technologiques avancés

6.1 Développement de nouveaux alliages

Recherche de nouvelles formulations d'alliages avec un TCR plus faible et une plus grande stabilité, comme l'ajout d'oligo-éléments de terres rares.

6.2 Shunts à couche mince

Fabrication de shunts miniatures à l'aide de techniques de dépôt de couches minces pour les circuits intégrés et les appareils portables.

6.3 Structures composites

Alliage composite manganèse-cuivre avec substrat en cuivre pour améliorer la dissipation de la chaleur dans les applications à courant élevé.

6.4 Production intelligente

Introduction de l'inspection automatisée et du contrôle de la qualité par l'IA afin d'améliorer l'efficacité et la cohérence de la production.

VII. suggestions d'achat

1. Choisir un fabricant régulierLes matériaux et les processus sont des compétences clés
2. Focus sur les indicateurs techniquesTCR, précision, stabilité à long terme
3. Demandez un rapport d'essai.Confirmation de la performance réelle
4. Tenir compte de l'environnement de l'applicationLes caractéristiques de l'appareil sont les suivantes : plage de température, vibrations, humidité, etc.
5. Évaluer le rapport qualité-prixSélection du niveau de précision à la demande

VIII. résumé

Les alliages manganèse-cuivre sont le matériau de choix pour les shunts de précision en raison de leur excellente stabilité à la température et de leur fiabilité à long terme. Depuis la sélection des matières premières, la fonte et le moulage, le traitement et le moulage jusqu'au traitement thermique final et aux essais, chaque lien du processus affectera la performance du produit final. La compréhension des propriétés des matériaux et des processus de fabrication aide les ingénieurs à mieux sélectionner et appliquer les shunts pour répondre à la demande croissante de mesures de courant de haute précision dans les nouvelles énergies, le stockage de l'énergie, le comptage et d'autres domaines.