JPH06299274A - 高温用通電体 - Google Patents
高温用通電体Info
- Publication number
- JPH06299274A JPH06299274A JP8747593A JP8747593A JPH06299274A JP H06299274 A JPH06299274 A JP H06299274A JP 8747593 A JP8747593 A JP 8747593A JP 8747593 A JP8747593 A JP 8747593A JP H06299274 A JPH06299274 A JP H06299274A
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- JP
- Japan
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- high temperature
- electric conductor
- electric
- impurities
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電気伝導率が高く、かつ耐熱性を有する高温
用通電体を提供することを目的とする。 【構成】 銅を主成分とする結晶粒と、鉄を主成分とす
る結晶粒とから構成された複合金属組織を有する合金か
らなる電気伝導率の高い高温用通電体。その主な化学組
成はCu 30〜65%、Al 5〜9%、残部が鉄お
よび不純物からなり、必要に応じてCr 4〜12%、
C 0.005〜0.5%、Mo 0.3〜3%、Nb
0.04〜1.0%、V 0.01〜0.5%、B
0.0002〜0.01%、Yを含む希土類元素が合計
で0.01〜0.2%のうちの1種または2種以上を添
加する。
用通電体を提供することを目的とする。 【構成】 銅を主成分とする結晶粒と、鉄を主成分とす
る結晶粒とから構成された複合金属組織を有する合金か
らなる電気伝導率の高い高温用通電体。その主な化学組
成はCu 30〜65%、Al 5〜9%、残部が鉄お
よび不純物からなり、必要に応じてCr 4〜12%、
C 0.005〜0.5%、Mo 0.3〜3%、Nb
0.04〜1.0%、V 0.01〜0.5%、B
0.0002〜0.01%、Yを含む希土類元素が合計
で0.01〜0.2%のうちの1種または2種以上を添
加する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動車排ガス用部材、電
気炉その他の高温機器で高温雰囲気にさらされる電極、
通電用ボルト・ナット、通電線、同リボン、同ブスバー
等の高温用通電体に関する。
気炉その他の高温機器で高温雰囲気にさらされる電極、
通電用ボルト・ナット、通電線、同リボン、同ブスバー
等の高温用通電体に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電気炉等の発熱体へ電力を供給す
るために、通電体として銅やアルミ製のあみ線やリボン
〜ブスバー等が使用されている。これらの通電体は耐熱
性がないため極力温度の上昇しない所に配置するように
工夫されている。一方止むを得ず高温部に通電用部材を
配置する場合にはステンレス鋼などからなる部材を使用
していた。
るために、通電体として銅やアルミ製のあみ線やリボン
〜ブスバー等が使用されている。これらの通電体は耐熱
性がないため極力温度の上昇しない所に配置するように
工夫されている。一方止むを得ず高温部に通電用部材を
配置する場合にはステンレス鋼などからなる部材を使用
していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところがステンレス鋼
は比抵抗が高く、そのなかでも耐熱性の良いものほど比
抵抗が高くて、この部分での発熱があり、電気エネルギ
ーの一部が通電部材で失われるという欠点があった。
は比抵抗が高く、そのなかでも耐熱性の良いものほど比
抵抗が高くて、この部分での発熱があり、電気エネルギ
ーの一部が通電部材で失われるという欠点があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明はこれら高温で使
用される通電用部材として耐熱性があり、しかも電気伝
導率が従来の耐熱ステンレス鋼の2〜3倍程度の通電用
部材を提供するもので、その要旨とするところは下記の
とおりである。 (1)Cuを主成分とする結晶粒とFeを主成分とする
結晶粒から構成された複合金属組織を有する合金からな
る電気伝導率の高い高温用通電体。
用される通電用部材として耐熱性があり、しかも電気伝
導率が従来の耐熱ステンレス鋼の2〜3倍程度の通電用
部材を提供するもので、その要旨とするところは下記の
とおりである。 (1)Cuを主成分とする結晶粒とFeを主成分とする
結晶粒から構成された複合金属組織を有する合金からな
る電気伝導率の高い高温用通電体。
【0005】(2)Cu 30〜65%、Al 5〜9
%、残部がFeおよび不純物からなる前項1記載の高温
用通電体。 (3)Cu 30〜65%、Al 5〜9%、Cr 4
〜12%、残部がFeおよび不純物からなる前項1記載
の高温用通電体。 (4)Cu 30〜65%、Al 5〜9%、さらにC
0.005〜0.5%、Mo 0.3〜3%、Nb
0.04〜1.0%、V 0.01〜0.5%、B
0.0002〜0.01%、Yを含む希土類元素が合計
で0.01〜0.2%のうちの1種または2種以上を含
み、残部がFeおよび不純物からなる前項1記載の高温
用通電体。
%、残部がFeおよび不純物からなる前項1記載の高温
用通電体。 (3)Cu 30〜65%、Al 5〜9%、Cr 4
〜12%、残部がFeおよび不純物からなる前項1記載
の高温用通電体。 (4)Cu 30〜65%、Al 5〜9%、さらにC
0.005〜0.5%、Mo 0.3〜3%、Nb
0.04〜1.0%、V 0.01〜0.5%、B
0.0002〜0.01%、Yを含む希土類元素が合計
で0.01〜0.2%のうちの1種または2種以上を含
み、残部がFeおよび不純物からなる前項1記載の高温
用通電体。
【0006】(5)Cu 30〜65%、Al 5〜9
%、Cr 4〜12%、さらにC0.005〜0.5
%、Mo 0.3〜3%、Nb 0.04〜1.0%、
V0.01〜0.5%、B 0.0002〜0.01
%、Yを含む希土類元素が合計で0.01〜0.2%の
うちの1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不
純物からなる前項1記載の高温用通電体。
%、Cr 4〜12%、さらにC0.005〜0.5
%、Mo 0.3〜3%、Nb 0.04〜1.0%、
V0.01〜0.5%、B 0.0002〜0.01
%、Yを含む希土類元素が合計で0.01〜0.2%の
うちの1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不
純物からなる前項1記載の高温用通電体。
【0007】本発明は前記の如く構成することにより、
電気伝導率が高く、かつ高温用部材として充分な耐熱性
を有する高温用通電体を提供するものである。すなわち
本発明は電気伝導率の高いCuを主成分とする結晶粒と
高温強度の高いFeを主成分とする結晶粒の複合金属組
織からなる高温用通電体であり、その電気伝導率は耐熱
ステンレス鋼等の従来の高温用通電体の2〜3倍に達す
る。なお、本発明の実施に際して、FeとCuのみの合
金では熱間〜冷間での加工ができないし、また耐酸化性
や高温強度などの耐熱性が劣るためバルブとして不適で
ある。
電気伝導率が高く、かつ高温用部材として充分な耐熱性
を有する高温用通電体を提供するものである。すなわち
本発明は電気伝導率の高いCuを主成分とする結晶粒と
高温強度の高いFeを主成分とする結晶粒の複合金属組
織からなる高温用通電体であり、その電気伝導率は耐熱
ステンレス鋼等の従来の高温用通電体の2〜3倍に達す
る。なお、本発明の実施に際して、FeとCuのみの合
金では熱間〜冷間での加工ができないし、また耐酸化性
や高温強度などの耐熱性が劣るためバルブとして不適で
ある。
【0008】そのため本発明では5〜9%のAlをFe
−Cu合金に添加することにより熱間冷間での加工を可
能にし、かつ耐熱性も著しく改善した。本発明において
Cuの含有量を30〜65%としたのは、Cuの含有量
が30%未満では充分な熱伝導率が得られず、また65
%超では高温強度が低くなり高温用通電体としての用途
に耐えなくなるからである。
−Cu合金に添加することにより熱間冷間での加工を可
能にし、かつ耐熱性も著しく改善した。本発明において
Cuの含有量を30〜65%としたのは、Cuの含有量
が30%未満では充分な熱伝導率が得られず、また65
%超では高温強度が低くなり高温用通電体としての用途
に耐えなくなるからである。
【0009】すなわち、Cu−Fe合金に添加されたA
lはCuおよびFeの結晶粒にほぼ均等に分配され、C
uの結晶粒の変形抵抗を上げてFeのそれに近づけ、か
つ高温ではAl2 O3 皮膜を生じて耐酸化性を維持す
る。一方、Feの結晶粒に固溶したAlはFeの変態を
阻止してα相単相となるため、変態時に粒界に不純物が
析出して熱間加工性を損うこともないうえ、高温でAl
2 O3 皮膜を生じて耐酸化性をも改善する。
lはCuおよびFeの結晶粒にほぼ均等に分配され、C
uの結晶粒の変形抵抗を上げてFeのそれに近づけ、か
つ高温ではAl2 O3 皮膜を生じて耐酸化性を維持す
る。一方、Feの結晶粒に固溶したAlはFeの変態を
阻止してα相単相となるため、変態時に粒界に不純物が
析出して熱間加工性を損うこともないうえ、高温でAl
2 O3 皮膜を生じて耐酸化性をも改善する。
【0010】ここでAlの添加量を5〜9%としたの
は、5%未満では充分な耐熱性が得られず、9%超では
Cu粒とFe粒の双方に金属間化合物が析出して材質が
脆くなるためである。本発明において高温での耐酸化性
を維持するAl2 O3 皮膜の密着性を良好にして耐酸化
性を高めるためにCrおよび、またはYを含む希土類元
素の1種または2種以上を添加することができる。この
場合の添加の適正量は、Cr 4〜12%、Yを含む希
土類元素の1種または2種以上の合計で0.01〜0.
2%である。この添加理由は夫々の下限未満では充分な
添加効果が得られず、上限を超えると材質が脆くなるた
めである。
は、5%未満では充分な耐熱性が得られず、9%超では
Cu粒とFe粒の双方に金属間化合物が析出して材質が
脆くなるためである。本発明において高温での耐酸化性
を維持するAl2 O3 皮膜の密着性を良好にして耐酸化
性を高めるためにCrおよび、またはYを含む希土類元
素の1種または2種以上を添加することができる。この
場合の添加の適正量は、Cr 4〜12%、Yを含む希
土類元素の1種または2種以上の合計で0.01〜0.
2%である。この添加理由は夫々の下限未満では充分な
添加効果が得られず、上限を超えると材質が脆くなるた
めである。
【0011】また本発明において高温強度を高めるため
に0.005〜0.5%のC、0.3〜3%のMo、
0.04〜1.0%のNb、0.01〜0.5%のV、
0.0002〜0.01%のBのいずれか1種または2
種以上を添加することができる。この場合の上下限の設
定理由は夫々下限未満では添加効果が充分でなく、また
上限超では材質の劣化やBの場合は耐酸化性への悪影響
があるからである。
に0.005〜0.5%のC、0.3〜3%のMo、
0.04〜1.0%のNb、0.01〜0.5%のV、
0.0002〜0.01%のBのいずれか1種または2
種以上を添加することができる。この場合の上下限の設
定理由は夫々下限未満では添加効果が充分でなく、また
上限超では材質の劣化やBの場合は耐酸化性への悪影響
があるからである。
【0012】また本発明において不純物とは、通常鋼の
精練過程で添加される若干量のSi,Mn、不可避不純
物として混入するP,S,N等である。上記の添加元素
のうちCr,Mo,Nb,V,BはCuに対してほとん
ど固溶せず、かつCuとの金属間化合物も作らないので
本発明の合金においてはこれらの元素はほとんどがFe
粒に分配され、このためCu粒の電気伝導率を悪化させ
ずにFe粒の耐酸化性や高温強度を改善することができ
る。またYを含む希土類元素の僅かな添加でAl2 O3
皮膜の密着性が改善される。またこれらの合金は熱間〜
冷間での加工性が良好で、溶解後の鋳造材から熱間圧延
により線材への加工又はブスバーへの加工等が可能で、
更に形状を仕上げるための冷間加工が可能である。
精練過程で添加される若干量のSi,Mn、不可避不純
物として混入するP,S,N等である。上記の添加元素
のうちCr,Mo,Nb,V,BはCuに対してほとん
ど固溶せず、かつCuとの金属間化合物も作らないので
本発明の合金においてはこれらの元素はほとんどがFe
粒に分配され、このためCu粒の電気伝導率を悪化させ
ずにFe粒の耐酸化性や高温強度を改善することができ
る。またYを含む希土類元素の僅かな添加でAl2 O3
皮膜の密着性が改善される。またこれらの合金は熱間〜
冷間での加工性が良好で、溶解後の鋳造材から熱間圧延
により線材への加工又はブスバーへの加工等が可能で、
更に形状を仕上げるための冷間加工が可能である。
【0013】本発明の高温用通電体の電気伝導率はほゞ
Cuの含有量に依存し、Cuの含有量が30%のもので
2.8(IACS単位:純Cuの電気伝導率を100と
して他の金属の電気伝導率を比較する数値)、65%の
もので6.4にも達する。ちなみに耐熱ステンレス鋼の
電気伝導率は1.4〜2.4の程度である。本発明の通
電体に供し得る合金のいくつかの例を表1に比較例も加
えて組成、熱間加工性、熱伝導率と共に示す。同表が示
す通り、従来の耐熱ステンレス鋼に対して本発明用の通
電体に供する合金はいずれも高い熱伝導率を示し、また
熱間加工性も良好である。
Cuの含有量に依存し、Cuの含有量が30%のもので
2.8(IACS単位:純Cuの電気伝導率を100と
して他の金属の電気伝導率を比較する数値)、65%の
もので6.4にも達する。ちなみに耐熱ステンレス鋼の
電気伝導率は1.4〜2.4の程度である。本発明の通
電体に供し得る合金のいくつかの例を表1に比較例も加
えて組成、熱間加工性、熱伝導率と共に示す。同表が示
す通り、従来の耐熱ステンレス鋼に対して本発明用の通
電体に供する合金はいずれも高い熱伝導率を示し、また
熱間加工性も良好である。
【0014】なお本発明の通電体は一例として以下のよ
うにして使用される。自動車の排気ガス規制は米国を中
心に段階的に厳しくなる予定で、来るべき厳しい規制値
を達成するためには図1に示すようなヒーター付メタル
担体触媒の装置が不可欠になる。その構造と作動原理
は、ステンレス薄板製の外筒1の中に大小2箇の金属ハ
ニカムが装置され、排ガスの入側に設置された短尺ハニ
カム2には渦巻き状に通電加熱部3があり、非通電部4
との間には電気絶縁材が挿入されている。通電加熱部3
の中心は電極棒5に接合されており、電極棒の他端は絶
縁碍子6を貫通して外筒1の外に出ている。
うにして使用される。自動車の排気ガス規制は米国を中
心に段階的に厳しくなる予定で、来るべき厳しい規制値
を達成するためには図1に示すようなヒーター付メタル
担体触媒の装置が不可欠になる。その構造と作動原理
は、ステンレス薄板製の外筒1の中に大小2箇の金属ハ
ニカムが装置され、排ガスの入側に設置された短尺ハニ
カム2には渦巻き状に通電加熱部3があり、非通電部4
との間には電気絶縁材が挿入されている。通電加熱部3
の中心は電極棒5に接合されており、電極棒の他端は絶
縁碍子6を貫通して外筒1の外に出ている。
【0015】エンジンの始動時に外筒1と電極棒5の間
にバッテリーから例えば12Vの電圧を印加して電極棒
5→通電加熱部3→外筒1の順路で数百アンペアの電流
を流すと通電加熱部3が急速に加熱され、こゝが300
℃以上になると触媒反応が開始され、その後は短尺金属
ハニカム2に次いで、長尺金属ハニカム7がその反応熱
で加熱され、短時間で触媒が作動状態になり、エンジン
始動時の未浄化ガスの放出が大幅に低減される。
にバッテリーから例えば12Vの電圧を印加して電極棒
5→通電加熱部3→外筒1の順路で数百アンペアの電流
を流すと通電加熱部3が急速に加熱され、こゝが300
℃以上になると触媒反応が開始され、その後は短尺金属
ハニカム2に次いで、長尺金属ハニカム7がその反応熱
で加熱され、短時間で触媒が作動状態になり、エンジン
始動時の未浄化ガスの放出が大幅に低減される。
【0016】こゝで電極棒5は極力電気伝導率の高いこ
とが望ましいが、一方で高温の排気ガスにさらされるた
め、高温強度と耐酸化に優れた材料でなければならな
い。そこで本発明の通電体がかゝる電極棒5として使用
される。
とが望ましいが、一方で高温の排気ガスにさらされるた
め、高温強度と耐酸化に優れた材料でなければならな
い。そこで本発明の通電体がかゝる電極棒5として使用
される。
【0017】
【実施例】本発明の通電体をメタル担体に使用した場合
を例として説明する。メタル担体の電極棒5の材料とし
て表1で示す試料番号8の組成の材料を用い、この材料
を加工して7mmφの丸棒とし、これを電極棒5とした。
一方、比較例として、SUS304鋼を材料として上記
と同サイズの丸棒を作り、これを電極棒とした。
を例として説明する。メタル担体の電極棒5の材料とし
て表1で示す試料番号8の組成の材料を用い、この材料
を加工して7mmφの丸棒とし、これを電極棒5とした。
一方、比較例として、SUS304鋼を材料として上記
と同サイズの丸棒を作り、これを電極棒とした。
【0018】
【表1】 メタル担体を構成する短尺金属ハニカム2の寸法は70
mmφ×15mml で、ハニカムの端面円内を2周する渦巻
き状の通電加熱部3を設けた。また長尺金属ハニカム7
の寸法は70mmφ×100mml であった。これらのハニ
カムはいずれも20Cr−5Alの耐熱ステンレス鋼の
50μmの箔の平板とコルゲート板を接合したもので構
成されている。
mmφ×15mml で、ハニカムの端面円内を2周する渦巻
き状の通電加熱部3を設けた。また長尺金属ハニカム7
の寸法は70mmφ×100mml であった。これらのハニ
カムはいずれも20Cr−5Alの耐熱ステンレス鋼の
50μmの箔の平板とコルゲート板を接合したもので構
成されている。
【0019】上記のように構成されたメタル担体におい
て、外筒1と電極棒5の間にトラック用の大型バッテリ
ーからの12Vの直流電源をつなぎ、通電加熱部の昇温
特性を測定した。本実施例では通電後6.4秒で触媒の
作動温度の300℃に達したが、比較例では電極棒での
電圧降下がやゝ大きく、300℃達するのに10.7秒
を要した。
て、外筒1と電極棒5の間にトラック用の大型バッテリ
ーからの12Vの直流電源をつなぎ、通電加熱部の昇温
特性を測定した。本実施例では通電後6.4秒で触媒の
作動温度の300℃に達したが、比較例では電極棒での
電圧降下がやゝ大きく、300℃達するのに10.7秒
を要した。
【0020】またこのヒーター付メタル担体触媒を排気
量2000ccのエンジンに装置して、850℃×10分
(エンジンフルパワー)+外部強制空冷(エンジン停
止)20分の断続加熱試験を1200回繰り返した。そ
の結果実施例の電極棒は極めて優れた耐酸化性を示して
試験後も寸法変化はほとんどなかったが、比較例のSU
S304製の電極棒は6.2mmφ(原寸法7mmφ)にま
で酸化損耗していた。
量2000ccのエンジンに装置して、850℃×10分
(エンジンフルパワー)+外部強制空冷(エンジン停
止)20分の断続加熱試験を1200回繰り返した。そ
の結果実施例の電極棒は極めて優れた耐酸化性を示して
試験後も寸法変化はほとんどなかったが、比較例のSU
S304製の電極棒は6.2mmφ(原寸法7mmφ)にま
で酸化損耗していた。
【0021】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明になる高温用
通電体は、高温部で使用される電極や通電リボン等で優
れた効果を発揮し、上記の自動車排ガス用部材や電気炉
等の高温機器の耐熱部材の技術的進歩をもたらすもので
ある。
通電体は、高温部で使用される電極や通電リボン等で優
れた効果を発揮し、上記の自動車排ガス用部材や電気炉
等の高温機器の耐熱部材の技術的進歩をもたらすもので
ある。
【図1】ヒーター付メタル担体触媒の構造を示す一部断
面斜視図である。
面斜視図である。
1…外筒 2…短尺金属ハニカム 3…通電加熱部 4…非通電加熱部 5…電極 6…絶縁碍子 7…長尺金属ハニカム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 道雄 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社先端技術研究所内 (72)発明者 加古 卓三 東京都千代田区大手町2−6−3 新日本 製鐵株式会社内
Claims (5)
- 【請求項1】 Cuを主成分とする結晶粒とFeを主成
分とする結晶粒で構成された複合金属組織を有する合金
からなる電気伝導率の高い高温用通電体。 - 【請求項2】 Cu 30〜65%、Al 5〜9%、
残部がFeおよび不純物からなる請求項1記載の高温用
通電体。 - 【請求項3】 Cu 30〜65%、Al 5〜9%、
Cr 4〜12%、残部がFeおよび不純物からなる請
求項1記載の高温用通電体。 - 【請求項4】 Cu 30〜65%、Al 5〜9%、
さらにC 0.005〜0.5%、Mo 0.3〜3
%、Nb 0.04〜1.0%、V 0.01〜0.5
%、B 0.0002〜0.01%、Yを含む希土類元
素が合計で0.01〜0.2%のうちの1種または2種
以上を含み、残部がFeおよび不純物からなる請求項1
記載の高温用通電体。 - 【請求項5】 Cu 30〜65%、Al 5〜9%、
Cr 4〜12%、さらにC 0.005〜0.5%、
Mo 0.3〜3%、Nb 0.04〜1.0%、V
0.01〜0.5%、B 0.0002〜0.01%、
Yを含む希土類元素が合計で0.01〜0.2%のうち
の1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不純物
からなる請求項1記載の高温用通電体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8747593A JPH06299274A (ja) | 1993-04-14 | 1993-04-14 | 高温用通電体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8747593A JPH06299274A (ja) | 1993-04-14 | 1993-04-14 | 高温用通電体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06299274A true JPH06299274A (ja) | 1994-10-25 |
Family
ID=13915952
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8747593A Withdrawn JPH06299274A (ja) | 1993-04-14 | 1993-04-14 | 高温用通電体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06299274A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101974726A (zh) * | 2010-11-11 | 2011-02-16 | 中国计量学院 | 直接时效法制备高强高导Cu-Fe-Al导体材料 |
CN115161510A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-10-11 | 深圳市海目星激光智能装备股份有限公司 | 一种FeCuAl合金、及其制备方法及烙铁头 |
WO2023091320A1 (en) * | 2021-11-17 | 2023-05-25 | Corning Incorporated | Electrically heated fluid treatment system for low and high voltage applications |
-
1993
- 1993-04-14 JP JP8747593A patent/JPH06299274A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101974726A (zh) * | 2010-11-11 | 2011-02-16 | 中国计量学院 | 直接时效法制备高强高导Cu-Fe-Al导体材料 |
WO2023091320A1 (en) * | 2021-11-17 | 2023-05-25 | Corning Incorporated | Electrically heated fluid treatment system for low and high voltage applications |
CN115161510A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-10-11 | 深圳市海目星激光智能装备股份有限公司 | 一种FeCuAl合金、及其制备方法及烙铁头 |
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