GB/T 5167-2018 烧结金属材料和硬质合金 电阻率的测定
来源:健明迪检测
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健明迪检测提供的GB/T 5167-2018 烧结金属材料和硬质合金 电阻率的测定,GB/T5167 2018《烧结金属材料和硬质合金电阻率的测定》是一项中国国家标准,报告具有CMA,CNAS认证资质。
GB/T 5167
2018《烧结金属材料和硬质合金 电阻率的测定》 是一项中国国家标准,专门规定了如何测量烧结金属材料(如粉末冶金零件)和硬质合金(如钨钢)的电阻率。
简单来说,这个标准的核心内容是:
1. 适用范围:适用于通过粉末冶金工艺制成的金属材料(烧结金属)以及以碳化钨等硬质相和金属粘结相组成的硬质合金。不适用于丝材或箔材。
2. 测试原理:主要采用直流四端法(也称四探针法或开尔文法)。通过给试样通入恒定直流电流,并测量试样上两个特定点之间的电压降,然后根据欧姆定律和试样尺寸计算电阻率。
公式:\( \rho = R \cdot \frac{S}{L} \),其中 \( R \) 是电阻(电压/电流),\( S \) 是试样横截面积,\( L \) 是测量电压的两点间的距离。
3. 关键要求:
试样形状:通常要求是截面均匀的棒状或条状(如矩形或圆形截面),长度需足够长以保证测量精度。
尺寸测量:需要精确测量试样的长度、宽度/直径,计算横截面积。
电流与电压:使用稳定的直流电源,电压测量需采用高阻抗的电位差计或数字电压表,避免接触电阻影响。
温度控制:电阻率对温度敏感,标准通常要求在特定温度(如20°C±1°C)下测量,或记录实际温度并进行修正。
4. 意义:电阻率是反映材料纯度、密度、成分均匀性以及内部缺陷(如孔隙、裂纹)的重要指标。对于硬质合金,电阻率还与钴含量、碳化钨晶粒大小等密切相关。
总结: 这个标准就是一份“操作手册”,告诉实验室或工厂如何正确、规范地测量烧结金属和硬质合金的电阻率,以确保结果的可比性和准确性。
GB/T 5167-2018 烧结金属材料和硬质合金 电阻率的测定标准
以下是关于国家标准 GB/T 5167
2018《烧结金属材料和硬质合金 电阻率的测定》 的详细解读。该标准规定了通过直流电流测量电压降的方法,来测定烧结金属材料和硬质合金的电阻率。
1. 标准基本信息
标准号:GB/T 5167
2018
中文名称:烧结金属材料和硬质合金 电阻率的测定
英文名称:Sintered metal materials and hardmetals—Determination of electrical resistivity
发布日期:2018
05
14
实施日期:2018
12
01
替代标准:替代 GB/T 5167
1985
归口单位:全国有色金属标准化技术委员会(SAC/TC 243)
采用关系:修改采用 ISO 18594:2007(但需注意,ISO 标准可能已更新,建议以最新版本为准)
2. 适用范围
材料类型:
烧结金属材料(如粉末冶金结构件、多孔材料等)
硬质合金(如 WC
Co 类、TiC 基等)
限制:
不适用于粉末冶金中因孔隙率过高导致接触电阻不稳定的材料(如未烧结或低密度生坯)
对于各向异性材料(如某些烧结纤维毡),需注明测试方向
3. 测试原理
采用 直流四端法(Kelvin 四线法) 消除接触电阻和引线电阻的影响:
1. 在试样两端通入恒定直流电流 \( I \)。
2. 在试样中间段(远离电流端)测量电压降 \( U \)。
3. 根据欧姆定律计算电阻 \( R = U / I \)。
4. 结合试样横截面积 \( A \) 和电压测量点间距 \( L \),计算电阻率:
\[
\rho = R \cdot \frac{A}{L} = \frac{U}{I} \cdot \frac{A}{L}
\]
4. 试样要求
参数
要求
形状
圆形、矩形或正方形截面,均匀且无缺陷(裂纹、气孔、毛刺)
最小长度
至少为横截面最大尺寸的 4 倍(确保电流分布均匀)
表面处理
无氧化皮、油污,必要时用细砂纸打磨或酸洗(硬质合金需注意表面粗糙度)
尺寸测量
直径或宽度/厚度测量精度 ±0.01 mm,长度测量精度 ±0.1 mm
5. 测试设备与条件
恒流电源:稳定度优于 ±0.1%,纹波系数小(推荐直流稳压源)
电压测量:数字电压表或纳伏表,分辨率 ≤ 0.1 μV,输入阻抗 ≥ 10 MΩ
电流换向装置:用于消除热电势(测量时需正反向电流各测一次取平均)
温度控制:测试环境温度(23 ± 2)°C,记录实际温度以便修正(电阻率温度系数 α 需已知或另行测定)
电流密度:避免试样发热(通常 ≤ 1 A/mm²,硬质合金可适当提高但需监控温升)
6. 测试步骤
1. 试样准备:清洁、干燥,测量尺寸(至少取 3 个截面平均值计算 A)。
2. 连接电路:电流端夹在试样两端,电压探针(刀口或弹簧触点)置于试样中部,间距 L 精确测量。
3. 通电测量:
先通正向电流 \( I_1 \),记录电压 \( U_1 \)。
迅速换向通反向电流 \( I_2 \),记录电压 \( U_2 \)。
若 \( I_1 \approx I_2 \),则取 \( U = (U_1
U_2)/2 \) 消除热电势。
4. 重复测量:至少 3 次,取平均值。
5. 计算电阻率:代入公式,结果保留 3 位有效数字。
7. 结果计算与表达
基本公式:
\[
\rho = \frac{U \cdot A}{I \cdot L}
\]
其中:
\( U \):平均电压降(V)
\( I \):电流(A)
\( A \):横截面积(m²)
\( L \):电压探针间距(m)
单位:通常用 μΩ·cm 或 Ω·m(1 μΩ·cm = 1×10⁻⁸ Ω·m)
温度修正(如需):
\[
\rho_{23} = \rho_T / [1 + \alpha (T
23)]
\]
其中 α 为材料电阻率温度系数(1/°C),T 为实际测试温度(°C)。
8. 典型材料参考值
材料类型
电阻率范围(μΩ·cm)
烧结铁基材料(Fe
Cu
C)
10 ~ 30
烧结不锈钢(316L)
70 ~ 90
硬质合金(WC
6%Co)
18 ~ 22
硬质合金(WC
10%Co)
16 ~ 20
烧结铜基(Cu
Sn)
5 ~ 15
9. 注意事项
接触电阻:电流端应夹紧,电压探针需锋利且与试样垂直,避免划伤表面。
热电势影响:必须使用电流换向法或差分测量法消除。
孔隙率影响:多孔材料的电阻率通常高于致密材料,且受孔隙形状和分布影响。
硬质合金特殊点:钴含量、碳化钨晶粒度对电阻率敏感,可作为质量一致性检查指标。
报告内容:应包括试样标识、尺寸、测试温度、电流值、电阻率及不确定度。
10. 与其他标准的关系
ISO 18594:2007:GB/T 5167
2018 修改采用,技术内容基本一致,但可能增加了对烧结金属材料的更详细规定。
ASTM B193:类似方法,但适用于所有导电材料,试样尺寸要求更宽松。
GB/T 15078:贵金属电阻率测试方法,原理相同但针对不同材料。
11. 常见问题与解决
问题现象
可能原因
解决方法
测量值波动大
接触不良或热电势未消除
清洁触点、使用电流换向法
电阻率偏低
试样截面测量偏大
多次测量取最小截面
电阻率偏高
试样有微裂纹或氧化层
重新打磨或酸洗处理
硬质合金测量重复性差
表面粗糙度不一致
统一研磨至 Ra ≤ 0.8 μm
12. 标准获取
官方渠道:全国标准信息公共服务平台(std.samr.gov.cn)
纸质版:中国标准出版社
电子版:部分商业数据库(如工标网、标准下载网)提供付费下载
如果需要进一步了解测试设备选型、不确定度评定或具体材料(如多孔钛、WC
Co 硬质合金)的测试细节,可以补充说明,我会提供更针对性的指导。
GB/T 5167-2018 烧结金属材料和硬质合金 电阻率的测定流程
根据国家标准 GB/T 5167
2018《烧结金属材料和硬质合金 电阻率的测定》,第三方检测机构通常遵循一套标准化的、严谨的流程来确保结果的准确性和可追溯性。该标准的核心方法是直流电流
电位差法(四端法),用以消除接触电阻的影响。
以下是第三方实验室进行该测试的完整流程:
第一阶段:前期准备与样品接收
1. 样品接收与登记
确认样品状态(无裂纹、明显变形)。
记录样品名称、牌号、尺寸、来源等信息。
若样品尺寸不符合标准要求(如长度太短),需与委托方沟通确认是否制样。
2. 样品制备
尺寸要求:样品通常为圆柱形或矩形截面的长条。标准要求样品长度 \( L \) 与横截面积 \( S \) 的平方根之比 \( L/\sqrt{S} \ge 4 \),以确保电位差测量区域电流均匀。
表面处理:去除氧化皮、油污。对于硬质合金,通常需研磨或抛光表面,确保表面平整、清洁,以减小接触电阻。
尺寸测量:使用千分尺(精度0.01mm)测量样品的直径或宽度/厚度,至少测量3次取平均值,计算精确的横截面积 \( A \)。
3. 环境控制
实验室温度通常控制在 23°C ± 5°C(或标准规定的其他恒温条件)。因为电阻率受温度影响显著,需记录实际测试温度。
第二阶段:核心测试操作(四端法)
这是最关键的步骤,核心是电流极和电位极的分离。
1. 设备连接与校准
恒流源:提供稳定的直流电流(通常为1A
10A,根据样品电阻大小调整)。
高精度数字电压表:灵敏度需达到 \( 1\mu V \) 或更高。
专用夹具:采用四点探针夹具或专用支架。
外侧两个端子为电流极(连接恒流源)。
内侧两个端子为电位极(连接电压表)。
校准:使用标准电阻(如0.001级标准电阻)对系统进行验证。
2. 样品安装
将样品固定在夹具上。
确保电流极与样品端部良好接触(通常用弹簧压紧)。
确保电位极与样品侧面良好接触,且两电位极之间的距离 \( L \) 需精确测量(通常用游标卡尺或专用测距工具)。
3. 电流施加与电压测量
正向电流:接通恒流源,施加电流 \( I_1 \),稳定后读取电位差 \( U_1 \)。
反向电流:立即改变电流方向,施加大小相等的电流 \( I_2 \),读取电位差 \( U_2 \)。
目的:取正反向电压的平均值(\( U = (U_1 +
U_2
)/2 \)),以消除热电势(热电效应)带来的系统误差。
4. 数据记录
记录:电流值 \( I \)(A)、电位差 \( U \)(V)、电位极间距 \( L \)(m)、样品横截面积 \( A \)(m²)、测试温度 \( T \)(°C)。
第三阶段:数据处理与计算
1. 计算电阻
\[
R = \frac{U}{I} \quad (\Omega)
\]
2. 计算电阻率
\[
\rho = R \cdot \frac{A}{L} \quad (\Omega \cdot m)
\]
常用单位:\( \mu\Omega \cdot cm \) 或 \( \Omega \cdot mm^2/m \)。(1 \( \Omega \cdot m \) = \( 10^6 \) \( \mu\Omega \cdot cm \))
3. 温度修正(如需)
若测试温度不是标准参考温度(如20°C),且已知材料的电阻温度系数 \( \alpha \),可进行修正:
\[
\rho_{20} = \frac{\rho_T}{1 + \alpha (T
20)}
\]
*注意:烧结金属和硬质合金的电阻温度系数通常较小,但硬质合金(如WC
Co)的系数约为 \( 0.5 \times 10^{
3} /°C \)。*
4. 重复性验证
对同一样品进行至少3次独立测量(重新安装或改变电流大小),计算平均值和标准偏差。相对标准偏差(RSD)通常要求小于1%。
第四阶段:质量控制与报告出具
1. 质量控制
空白试验:用已知电阻率的标准样块进行验证。
平行样:对同批次样品进行至少2个平行样的测试。
异常值处理:若数据离散度过大,需检查样品缺陷(如裂纹、成分偏析)或接触不良。
2. 出具检测报告
报告应包含:
样品描述(材质、形状、尺寸)。
测试标准(GB/T 5167
2018)。
测试条件(温度、湿度、电流值)。
测试结果(电阻率值,单位明确,通常保留3
4位有效数字)。
不确定度评定(如 \( \rho = 5.67 \pm 0.02 \, \mu\Omega \cdot cm \),\( k=2 \))。
检测人、审核人、批准人签字及日期。
常见注意事项(第三方测试要点)
1. 电流密度:电流不能过大,否则会引起样品发热,导致电阻率漂移。标准建议电流密度不超过 \( 10A/mm^2 \)。
2. 接触压力:电位极的接触压力需适中且恒定,压力过大会压伤样品表面,过小则接触电阻不稳定。
3. 样品长度:样品必须足够长,使电流极与电位极之间有足够的距离(通常要求电位极距电流极至少为样品截面直径的2倍)。
4. 硬质合金的特殊性:硬质合金(如WC
Co)的电阻率随钴含量增加而降低,且各向异性不明显,但需注意样品内部是否有微裂纹(会显著增大电阻率)。
如果你需要针对特定材料(如高钴硬质合金) 或特殊形状(如薄片、细丝) 的测试调整,可以进一步说明,我可以补充更具体的操作细节。