热双金属(thermal bimetal)

由两种或两种以上线膨胀系数差异较大的金属或合金复合而成，具有随温度变化而发生弯曲功能的热敏感功能材料。

筒史 1766年热双金属被钟表匠首次用于天文观察的精确时计，作为环境温度变化的补偿元件。1896年因瓦合金的出现，极大地提高了热双金属的热敏感性能，是热双金属发展的第一次飞跃。1934年出现线膨胀系数高于30×10^-6／℃的Mn72NiCu合金，与因瓦合金配对组合成的热双金属，具有(20～21)×10^-6／℃比弯曲值，比原有的热双金属提高了50％左右，成为热双金属发展的第二次飞跃。1956年发明了室温固相复合技术，制造出厚度均匀、性能稳定的热双金属，有力地推进电阻系列和耐蚀多层热双金属的发展，成为热双金属发展的第三次飞跃。

德国是生产热双金属历史最悠久的国家，而且在理论和试验方面都有系统的研究，特别在耐蚀热双金属方面都有许多创造。品种、产量较多的其他国家有美国、日本、瑞典、俄罗斯、法国等。20世纪60年代初期，中国进行热双金属的大量研究开发工作，到60年代中期，在品种、规格、数量、质量等方面，均能满足国内需要。80年代中国建成冷轧固相复合生产车间并顺利投产。使热双金属生产技术达到世界先进水平。

分类及特性  按照它的使用特性，包括通用型热双金属、高敏感热双金属、高温型热双金属、电阻系列热双金属，以及耐蚀型热双金属等。表中列出了中国热双金属的牌号和特性。

热双金属最主要的两个性能是比弯曲和电阻率，都取决于组元材料本身的特性。比弯曲大小与主动层、被动层两者组成材料膨胀系数差值成正比，因此除了高温型和耐蚀型以外，几乎所有热双金属都以因瓦合金为被动层，以铁镍铬、铁镍锰和锰铜镍高膨胀合金为主动层。铁镍基合金组元配对的热双金属，电阻率约为70～80μΩ.cm。以黄铜为主动层的热双金属电阻率较低(9～14μΩ.cm)。为了调整热双金属的电阻率，得到电阻系列化牌号，可以在两组合金层之间夹入铜、镍等中间层，电阻率波动于5～50μΩ.cm。热双金属的另一性能指标是线性温度范围。它主要取决于被动层组元的弯曲点。线性温度上限高于200℃，低于300℃的选用FeNi42合金为被动层；300℃以上，450℃以下的选用FeNi50合金为被动层。

生产工艺 关键是复合技术。为了牢固地将组元层结合起来，一般采用下列方法：热轧固相结合或冷轧固相结合法；焊接热压法；爆炸结合法；双浇结合法；粉末冶金结合法。其中以固态结合法和焊接热压法为最广泛采用的方法。组合层结合面必须平整洁净，无任何污染物。主动层和被动层厚度必须相同，以得到最大的比弯曲。固态结合和焊接热压第一道压下率不小于40％～60％，才能保证牢固的接合。爆炸结合法也是重要的复合技术，对于组元合金熔点差异大，采用焊接热压法或熔合法有困难时，尤其适用。热双金属加工成元件，在使用之前必须进行稳定化处理，去除残余内应力，以保证尺寸和性能的稳定性。稳定化处理温度，对于5J1478、5J1480(中国)为400℃，对于5J20110(中国)为300℃。总的说来，必须比实际上最高使用温度高50℃以上。反复加热3次，每次保温1h，然后缓冷。