專利名稱：一種W3Re-W25Re熱電偶材料及其制備熱電偶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱電偶材料，特別涉及一種W3Re_W 25Re熱電偶材料及其制備熱電偶的方法。
背景技術(shù)：
隨著航空航天、深海勘探等現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，對材料的理化性能提出了更加嚴(yán)格的要求，因此對材料的制備工藝控制，尤其是對溫度的精確控制提出了更高的要求。目前用于高溫領(lǐng)域測量用的接觸式熱電偶主要是貴金屬系列和鎢錸系列，與昂貴、稀缺的貴金屬相比，我國鎢錸資源豐富，價格便宜，而且鎢錸熱電偶具有更高的熔點(diǎn)、強(qiáng)度、熱電動勢和再結(jié)晶溫度等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛地應(yīng)用于石油化工、冶金冶煉、航空航天等高溫測溫領(lǐng)域，是鉬銠貴金屬熱電偶的首選替代材料。目前市場上廣泛使用的鎢錸熱電偶主要有W3Re_W25Re、W5Re_W26Re和 W5Re-W20Re三種類型，國內(nèi)外廠家生產(chǎn)的W3Re摻雜了元素硅、鋁、鉀或在此基礎(chǔ)上添加其他元素，以此來提高合金的再結(jié)晶溫度和機(jī)械性能，但是隨著鎢錸合金絲徑變細(xì)，W3Re合金絲材的劈裂、脆斷變得嚴(yán)重，而作為熱電偶材料使用，鎢錸合金除了要有好的機(jī)械性能之外，更重要的是要有穩(wěn)定的熱電特性，但是摻雜硅、鋁、鉀元素的W3Re合金絲材的熱電勢較分散，其單批電勢不均勻性通常有5 8°C，嚴(yán)重降低了鎢錸熱電偶的測溫精度，影響其推廣應(yīng)用。作為鉬銠貴金屬熱電偶的替代材料，目前鋼液測溫用快速W3Re-W25Re熱電偶絲材的測溫允差為±0. 25%t (1500 1800°C)，絲徑Φ0. 08 O. 1_，與鉬銠熱電偶絲材的測溫允差(±0. 125%t)相差較大，離替代鉬銠熱電偶絲材仍存在較大差距。而在國外，未見任何有關(guān)把微細(xì)W3Re-W25Re應(yīng)用于鋼液溫度測量的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種W3Re-W25Re熱電偶材料及其制備熱電偶的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種W3Re-W25Re熱電偶材料，包括負(fù)極W25Re合金材料和正極W3Re合金材料，其特征在于所述的負(fù)極W25Re合金材料由下列重量百分比的組份構(gòu)成
W 74. 2% 75. 5% ；Re :24. 5% 25. 8%。所述的正極材料W3Re合金材料由下列重量百分比的組份構(gòu)成
W 96. 0% 97. 5% ；Re :2. 5% 3. 5% ；
Co 0 O. 5% ；A1 0 O. 5% ;稀土 0 O. 5%。優(yōu)選的，所述W的純≥99. 95%，平均粒度3. O 5. O μ m，粒度呈正態(tài)分布，形貌為類球形或多邊形。錸元素以NH4ReO4形式加入，NH4ReO4純度≥99. 99%。強(qiáng)韌化元素主要是鈷、稀土、鋁等元素中的一種或幾種，以可溶性鹽類形式加入，包括 Co (NO3) 2、Al (NO3) 3、La (NO3) 3、Ce (NO3) 3、Y (NO3) 3、Sc (NO3) 3 等硝酸鹽和其它可溶性鹽類。W3Re合金中通過添加鈷、稀土、鋁等元素對脫除合金中氧元素、純化晶界，細(xì)化晶粒、強(qiáng)化合金組織有利，可改善合金強(qiáng)韌性，提高抗氧化性。本發(fā)明合金的制備采用粉末冶金エ藝，エ藝流程為預(yù)合金粉制備一成型一預(yù)燒結(jié)一垂熔一旋鍛一拉抜一清洗一退火一性能測試、分度標(biāo)定。用上述W3Re-W25Re熱電偶材料制備熱電偶的方法，其特征在于包括以下步驟
a)、按重量百分比分別稱取負(fù)極W25Re合金材料、正極材料W3Re合金材料的各組份，然后按下列步驟分別制備負(fù)極W25Re熱電偶和正極W3Re熱電偶；
b)、預(yù)合金粉制備采用機(jī)械球磨制備方法，球料重量比1/4 1/3，球直徑: O 15 20mm,球磨速度100 400r/min,球磨時間15 20小時，預(yù)合金粉還原 100(Tl300°C X2 3h ；
C)、成型機(jī)械壓制成型，壓カ150 450MPa，保壓時間15 20秒；
d)、預(yù)燒結(jié)在氫氣還原性氣氛下1300 1500°CX3h ；
e)、垂熔分兩段進(jìn)行垂熔，第一段1800 2300AX20min;第二段2800 3400 AX 45min ；
f)、旋鍛溫度1300 1600°C，道次壓縮率氺25%，加工尺寸范圍小3mm (M3mm;
g)、拉拔加工范圍￠0.05謹(jǐn) ￠3謹(jǐn)，溫度700 1100°C，道次壓縮率10% 20%;
h)、清洗堿液電解清洗，堿液重量百分比濃度15 20%，電解電壓50 100V，時間
5s ；
i)、退火成品絲材退火溫度1200 1600°C，時間30 60min；
k)、性能測試、分度標(biāo)定采用鈀點(diǎn)測試和同名極比較法測試，分度標(biāo)定按照J(rèn)B/ T9497-2002標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，分度標(biāo)定后即得熱電偶。本發(fā)明的W3Re-W25Re熱電偶材料及制備方法，其測溫精度不僅能達(dá)到鉬銠貴金屬熱電偶絲材水平，而且能減少絲材劈裂、脆斷，改善絲材焊接性能，使鎢錸熱電偶絲材從傳統(tǒng)的鉸接焊接エ藝變成搭接壓焊焊接エ藝，其制備方法主要是通過添加鈷、稀土、鋁等元素來替代摻雜Si、Al、K技術(shù)，同時控制Fe、Ni、C、O、N、P、S等微量元素濃度，把鎢錸熱電偶絲材的測溫允差提高到±0. 125%t，絲徑減小到小0.05mm，同時其再結(jié)晶溫度、機(jī)械強(qiáng)韌性和抗氧化性能等也能得到提高，達(dá)到同時改善鎢錸熱電偶電勢均勻性和機(jī)械韌性的目的， 并對合金的機(jī)械性能和熱電特性進(jìn)行了測試評價。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果
(I)在W3Re合金中添加鈷、稀土、鋁等強(qiáng)韌化元素，有利于脫除W3Re合金中氧元素，純化合金，同時細(xì)化晶，提高合金的強(qiáng)度和再結(jié)晶溫度，減少W3Re合金絲材的劈裂和脆斷，試驗(yàn)結(jié)果如圖I、圖2所示。(2)采用本發(fā)明的材料、配方和制備方法制備的W3Re熱電偶材料，能保證W3Re 熱電偶絲材的不均勻熱電勢< 20 ii V，本發(fā)明的W3Re-W25Re熱電偶絲材的測溫允差 (±0. 125%t，達(dá)到貴金屬熱電偶絲水平，該指標(biāo)高于國內(nèi)外同行業(yè)水平，試驗(yàn)結(jié)果如表I、
2、3所示。表I新型W3Re-W25Re熱電偶絲在鈀點(diǎn)的熱電勢
權(quán)利要求
1.一種W3Re-W25Re熱電偶材料，包括負(fù)極W25Re合金材料和正極W3Re合金材料，其特征在于所述的負(fù)極W25Re合金材料由下列重量百分比的組份構(gòu)成W 74. 2% 75. 5% ；Re :24. 5% 25. 8% ；所述的正極材料W3Re合金材料由下列重量百分比的組份構(gòu)成W 96. 0% 97. 5% ；Re :2. 5% 3. 5% ；Co 0 O. 5%、Al 0 O. 5% ;稀土 0 O. 5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的W3Re-W25Re熱電偶材料，其特征在于所述W的純度彡99. 95%,平均粒度3. O 5. O μ m。
3.用權(quán)利要求I所述的W3Re-W25Re熱電偶材料制備熱電偶的方法，其特征在于包括以下步驟a)、按重量百分比分別稱取負(fù)極W25Re合金材料、正極材料W3Re合金材料的各組份，然后按下列步驟分別制備負(fù)極W25Re熱電偶和正極W3Re熱電偶；b)、預(yù)合金粉制備采用機(jī)械球磨制備方法，球料重量比1/4 1/3，球直徑 Φ 15 20mm,球磨速度100 400r/min,球磨時間15 20小時，預(yù)合金粉還原 100(Tl300°C X2 3h ；C)、成型機(jī)械壓制成型，壓力150 450MPa，保壓時間15 20秒；d)、預(yù)燒結(jié)在氫氣還原性氣氛下1300 1500°CX3h ；e)、垂熔分兩段進(jìn)行垂熔，第一段1800 2300AX20min;第二段2800 3400 AX 45min ；f)、旋鍛溫度1300 1600°C，道次壓縮率氺25%，加工尺寸范圍Φ3mm Φ 13mm ;g)、拉拔加工范圍Φ0·05臟 Φ3臟，加工溫度700 1100°C，道次壓縮率10% 20% ；h)、清洗堿液電解清洗，堿液重量百分比濃度15 20%，電解電壓50 100V，時間5s ；i)、退火成品絲材退火溫度1200 1600°C，時間30 60min；k)、性能測試、分度標(biāo)定采用鈀點(diǎn)測試和同名極比較法測試，分度標(biāo)定按照J(rèn)B/ T9497-2002標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，分度標(biāo)定后即得熱電偶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種W3Re-W25Re熱電偶材料及其制備熱電偶的方法，負(fù)極W25Re合金材料由下列重量百分比的組份構(gòu)成W74.2%～75.5%；Re24.5%～25.8%；正極材料W3Re合金材料由下列重量百分比的組份構(gòu)成W96.0%～97.5%；Re2.5%～3.5%；Co0～0.5%、Al0～0.5%；稀土0～0.5%。制備熱電偶的方法，包括以下步驟a)、按重量百分比分別稱取負(fù)極W25Re合金材料、正極材料W3Re合金材料的各組份；b)、預(yù)合金粉制備；c)、成型；d)、預(yù)燒結(jié)；e)、垂熔；f)、旋鍛；g)、拉拔；h)、清洗；i)、退火；k)、性能測試、分度標(biāo)定。本發(fā)明能達(dá)到貴金屬熱電偶絲水平，能提高測溫響應(yīng)速度、測溫精度和穩(wěn)定性。
文檔編號B23P15/00GK102586663SQ20121009664
公開日2012年7月18日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者劉奇, 王瑞軒, 辛雪軍, 陽浩, 陳德茂 申請人:重慶材料研究院