專利名稱:Pt10Rh合金絲/Pt基合金絲熱電偶的制作方法
本發(fā)明涉及溫度測(cè)量用元件--熱電偶，特別是快速測(cè)量金屬熔液溫度和定碳用的熱電偶。
鉑10銠-鉑(以下寫成Pt10Rh/Pt)熱電偶(S型)是國(guó)際電工委員會(huì)制定的國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)IEC584三種貴金屬熱電偶之一，其溫度測(cè)量范圍為0-1600℃。我國(guó)對(duì)Pt10Rh/Pt熱電偶細(xì)絲制定了中華人民共和國(guó)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBH68001--88《快速測(cè)量金屬熔液和定碳用的熱電絲》。現(xiàn)在世界上廣泛使用的Pt10Rh/Pt熱電偶存在的問(wèn)題是高溫?zé)岱€(wěn)定性、抗蠕變性能和抗染能力差，特別是上述中國(guó)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的偶絲其直徑為0.08--0.1mm，在加工制偶過(guò)程中易被污染，從而導(dǎo)致熱電特性變壞，甚至熱電偶元件報(bào)廢，或使成品率降低。此外，現(xiàn)有熱電偶絲的強(qiáng)度和延展性也稍差，加工成更細(xì)的絲較困難。供長(zhǎng)期測(cè)溫用的工業(yè)熱電偶，其偶絲直徑一般為0.5mm；供快速測(cè)量金屬熔液溫度和定碳用的熱電偶，其偶絲直徑為0.08--0.1mm，因而貴金屬用置較大，生產(chǎn)成本高。為了克服現(xiàn)有熱電偶材料的缺點(diǎn)，改善Pt10Rh/Pt熱電偶的性能，研究人員已進(jìn)行了大量研究工作、主要是改變Pt極和Pt10Rh極的化學(xué)組成，例如通過(guò)法添加Ir、Au、Pd、Ru等合金元素將鉑極改為鉑基合金極，并相應(yīng)地改變Pt10Rh合金極的成分。用這些材料制成的熱電偶雖然某些性能得到了一些改善，但由于其熱電勢(shì)分度值發(fā)生了較大變化，難于同現(xiàn)有的供Pt10Rh/Pt熱電偶使用的標(biāo)準(zhǔn)化二次測(cè)量?jī)x表配套，故不便于推廣應(yīng)用。CN85100658A公開(kāi)了一種彌散強(qiáng)化型鉑、鉑10銠絲及由它們制成的Pt10Rh/Pt型熱電偶。其主要改進(jìn)是在鉑絲中加入高純?cè)豗0.005--0.1Wt％，或者添加Y0.1--0.15Wt％和Au0.005--0.18Wt％；在Pt10Rh絲中加入Y0.005--0.15Wt％。用這些改進(jìn)的材料做成的Pt10Rh/Pt型熱電偶，其熱電特性符合IEC的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而其抗高溫氧化和抗污染能力均得到改善，熱穩(wěn)定性也優(yōu)于傳統(tǒng)的熱電偶。但是，這種稀土氧化物彌散型的鉑絲和Pt10Rh絲的延展性能不夠好，難于加工成直徑0.1mm以下的細(xì)絲，因而不適于制造中國(guó)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZB H68001--88所規(guī)定的供快速測(cè)量金屬熔液溫度的熱電絲，更不適于制造比上述專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的偶絲直徑更小的熱電偶。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有熱電偶技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種改進(jìn)的鉑絲和鉑10銠絲及由它們做成的熱電偶。這些改進(jìn)的偶絲的抗污染能力、抗高溫蠕變性能和熱穩(wěn)定性均優(yōu)于傳統(tǒng)的鉑絲和鉑10銠絲，可與CN85100658A所提供的偶絲相當(dāng)，但其延展性更好，可加工成直徑小至0.04--0.05mm的細(xì)絲，從而可大大節(jié)約熱電偶的貴金屬用量，降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，在傳統(tǒng)使用的Pt10Rh/Pt熱電偶絲基礎(chǔ)上，添加新的合金元素Nb和/Ta，形成新的鉑基合金絲和Pt10Rh合金絲，以提高其抗污染能力、熱穩(wěn)定性、高溫抗蠕變能力，并改善其延伸性和加工性能。
本發(fā)明熱電偶的特征是所說(shuō)的Pt10Rh合金絲的成分(Wt％)為Rh10，Nb和Ta之一的含量或二者含量之和為0.05～1.5，余量為Pt，優(yōu)先推薦的合金絲成分為Rh10Wt％，Nb和Ta中之一的含量或二者含量之和為0.1～1.0wt％，余量為Pt；所說(shuō)的鉑基合金絲成分為Nb和Ta中之一的含量或二者含量之和為0.05～1.0wt％，余量為pt，優(yōu)先推薦的鉑基合金絲成分為Nb和Ta中之一的含量或二者含量之和為0.1～0.8wt％，余量為Pt.
Nb和Ta均屬高熔點(diǎn)金屬(均高于Pt和Rh)，且具有較好的延展性，在鉑絲和鉑10銠絲中加入Nb或/和Ta，可以顯著提高其抗污染能力，抗高溫氧化能力和抗高溫蠕性能，并改善其延伸性和加工性能。限制Nb或/和Ta的含量范圍為0.05--1.0Wt％(對(duì)鉑基合金絲)和0.05--1.5wt％(對(duì)Pt10Rh合金絲)的理由在于，若含量低于下限，則添加元素的強(qiáng)化作用不明顯；若含量高于上限，則熱電偶兩極物理參數(shù)難于匹配，熱電性能難于符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
同傳統(tǒng)的Pt10Rh/Pt熱電偶絲相比，實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明的熱電偶絲具有更強(qiáng)的抗污染能力，熱穩(wěn)定性好，抗高溫蠕變性能好，延伸性也更好(也優(yōu)于CN35100658A)，可易于加工成直徑0.04--0.05mm的絲材。用本發(fā)明的鉑基合金絲和鉑10銠合金絲，既可做成供長(zhǎng)期反復(fù)使用的Pt10Ra/Pt熱電偶，也可做成一次性使用的、供快速測(cè)量金屬熔液溫度用的直徑在0.05mm左右的Pt10Rh/Pt型熱電偶，其熱電性能完全符合IEC和中國(guó)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在同樣用途情況下，由于本發(fā)明的偶絲更細(xì)，可節(jié)約大量貴金屬。本發(fā)明的目的已經(jīng)達(dá)到。
實(shí)施例按表1所列熱電偶絲的合金成分分別在高頻或中頻爐中氬氣氛下熔煉鉑基合金和鉑10銠合金，隨后的鑄造、冷鍛、冷拔、制偶等工序與普通Pt10Rh/Pt熱電偶的工序相同。對(duì)合金絲進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)量，實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明的鉑基合金絲比普通鉑絲室溫和高溫強(qiáng)度高2Kgf/mm2以上，延伸率也高出5％左右；本發(fā)明的鉑10銠合金絲與普通鉑10銠合金絲的強(qiáng)度值較接近，但延伸率更優(yōu)。用本發(fā)明合金絲配成熱電偶(如表1所示)，測(cè)定其熱電勢(shì)(在Zn、Sb、Cu、Pd的熔點(diǎn)分別測(cè)量)，證明完全達(dá)到IEC584標(biāo)準(zhǔn)的要求，其測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。
抗污染實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明的熱偶絲的抗污染能力優(yōu)于普通的Pt10Rh/Pt熱偶絲。在1550℃下對(duì)本發(fā)明熱電偶與普通熱電偶(偶絲直徑均為0.08mm)進(jìn)行抗污染能力對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在污染源為機(jī)油的情況下，普通Pt10Rh/Pt熱電偶在污染前后的測(cè)溫差值最大達(dá)30微伏，而本發(fā)明的Pt10Rh/Pt熱電偶污染前后測(cè)溫差值最大為12微伏；在污染源為人體手汗時(shí)，普通熱電偶在污染前后的測(cè)溫差值為最大14微伏，而本發(fā)明的最大差值為4微伏。
用直徑0.08mm的熱電偶絲進(jìn)行熱穩(wěn)定性對(duì)比實(shí)驗(yàn)，將現(xiàn)有偶絲和本發(fā)明偶絲同時(shí)放入1550℃爐內(nèi)保溫10分鐘，然后測(cè)其加熱前后的熱電勢(shì)變化情況。普通偶絲變化5--12微伏，本發(fā)明偶絲化3--8微伏。
表1實(shí)施例 熱電偶成分(Wt％) 熱電勢(shì)測(cè)量結(jié)果Zn點(diǎn) Sb點(diǎn) Cu點(diǎn) Pd點(diǎn)1 Pt10Rh0.2Nb/Pt0.15Nb 符合 符合 符合 符合2 Pt10Rh0.4Nb/Pt0.3Nb 符合 符合 符合 符合3 Pt10Rh0.7Nb/Pt0.7Nb 符合 符合 符合 符合4 Pt10Rh0.2Ta/Pt0.2Ta 符合 符合 符合 符合5 Pt10Rh0.4Ta/Pt0.2Ta 符合 符合 符合 符合6 Pt10Rh0.7Ta/Pt0.35Ta 符合 符合 符合 符合7 Pt10Rh0.1Nb0.05Ta/Pt0.1Nb 符合 符合 符合 符合8 Pt10Rh0.4Ta/Pt0.1Ta 符合 符合 符合 符合IEC標(biāo)準(zhǔn)值(μV) 3448 5552 10575 16224說(shuō)明1、表1中熱電偶成分一欄所列成分的表示方法如下Pt10Rh0.2Nb，表示熱電偶絲含Rh10Wt％，Nb0.2Wt％余量為Pt.其余偶絲成分類推。
2、熱電勢(shì)測(cè)量結(jié)果一欄中之“符合”表示測(cè)量結(jié)果符合IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允差范圍。
權(quán)利要求
1.一種Pt10Rh合金絲/Pt基合金絲熱電偶，其特征是所說(shuō)的Pt10Rh合金絲的成分為Rh10wt.％，Nb和Ta之一的含量或二者含量之和為0.05～1.5wt.％，余量為Pt；所說(shuō)的Pt基合金絲的成分為Nb和Ta之一的含量或二者含量之和為0.05～1.0wt.％，余量為Pt.
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的熱電偶，其特征是所說(shuō)的Pt10Rh合金絲的成分為Rh10wt.％，Nb和Ta之一的含量或二者含量之和為0.1～1.0wt.％，余量為Pt；所說(shuō)的Pt基合金絲的成分為Nb和Ta之一的含量或二者含量之和為0.1～0.8wt.％，余量為Pt.
專利摘要
一種Pt10Rh合金絲/Pt基合金絲熱電偶，其特征是所說(shuō)的鉑基合金絲含有Nb和/或Ta0.05-1.0Wt%，余量為Pt，所說(shuō)的Pt10Rh合金絲含有Rh10Wt%，Nb和/Ta0.05-1.5Wt%，余量為Pt。本發(fā)明的合金絲抗污染能力強(qiáng)，抗高溫蠕變性能和熱穩(wěn)定性好，且加工性能好，易于加工成直徑0.03-0.05mm的細(xì)絲。本發(fā)明可用于制造成長(zhǎng)期反復(fù)使用的S型熱電偶和快速測(cè)量金屬熔液溫度的KS型熱電偶，可大量節(jié)約貴金屬用量，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)G01K7/02GKCN1031295SQ91103988
公開(kāi)日1996年3月13日 申請(qǐng)日期1991年6月10日
發(fā)明者鄧世隆, 李蔚, 楊德永 申請(qǐng)人:中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司昆明貴金屬研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan