專利名稱：鉑基合金絲、鉑13銠合金絲及用它們制成的熱電偶的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及溫度測量用元件-熱電偶，特別是快速測量金屬熔液溫度和定碳用的熱電偶。
鉑13銠-鉑(以下寫成Pt13Rh/Pt)熱電偶是國際電工委員會制定的國際統一標準IEC584標準中規(guī)定的R級傳遞溫標的標準器，其溫度測量范圍為0-1600℃。Pt13Rh/Pt熱電偶也是中華人民共和國專業(yè)標準ZBH68002-88規(guī)定的快速測量金屬熔液和定碳用的熱電偶?，F在世界上廣泛使用的Pt13Rh/Pt熱電偶存在的問題是高溫熱穩(wěn)定性、抗蠕變性能和抗污染能力差，特別是上述中國專業(yè)標準規(guī)定的熱電偶所用的偶絲其直徑為0.08-0.1mm，在加工制偶過程中易被污染，從而導致熱電特性變壞，甚至熱電偶元件報廢，或使成品率降低。此外，現有熱電偶絲的強度和延展性也稍差，加工成更細的絲較困難。供長期測溫用的熱電偶，其偶絲直徑一般為0.5mm;供快速測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，因而貴金屬用量較大，生產成本高。為了克服現有熱電偶材料的缺點，改善Pt13Rh/Pt熱電偶的性能，研究人員已進行了大量研究工作、主要是改變Pt極和Pt10Rh極的化學組成，例如通過法添加Ir、Au、Pd、Ru等合金元素將鉑極改為鉑基合金極，并相應地改變Pt13Rh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，但由于其熱電勢分度值發(fā)生了較大變化，難于同現有的供Pt13Rh/Pt熱電偶使用的標準化二次測量儀表配套，故不便于推廣應用。CN85100658A公開了一種彌散強化型鉑、鉑10銠絲及由它們制成的Pt10Rh/Pt型熱電偶。其主要改進是在鉑絲中加入高純元素Y0.005-0.1Wt%，或者添加Y0.1-0.15Wt%和Au0.005-0.18Wt%;在Pt10Rh絲中加入Y0.005-0.15Wt%。用這些改進的材料做成的Pt10Rh/Pt型熱電偶，其熱電特性符合IEC的有關標準，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以下的細絲，因而不適于制造中國專業(yè)標準ZBH68001-88所規(guī)定的供快速測量金屬熔液溫度的熱電偶，且CN85100658A所公開的熱電偶屬S型，不適用于R型。
本發(fā)明的目的在于克服現有熱電偶技術的缺點，提供一種改進的鉑絲和鉑13銠絲及由它們做成的熱電偶。這些改進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)于傳統的鉑絲和鉑13銠絲，可與CN85100658A所提供的偶絲相當，但其延展性更好，可加工成直徑小至0.04-0.05mm的細絲，從而可大大節(jié)約熱電偶的貴金屬用量，降低生產成本。
本發(fā)明的技術解決方案是，在傳統使用的Pt13Rh/Pt熱電偶絲基礎上，添加新的合金元素Nb和/Ta，形成新的鉑基合金絲和Pt13Rh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)明的特征是(1)所說的Pt13Rh合金絲含有Rh13Wt%，Nb和Ta中之一種或二種，其總含量為0.05-1.5Wt%，余量為Pt，優(yōu)先推薦的合金絲成分為Rh13Wt%，Nb和Ta中之一種或二種，其總含量為0.1-1.0Wt%，余量為Pt;所說的鉑基合金絲含有Nb和Ta中之一種或二種，其總含量為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中之一種或二種，其總含量為0.1-0.8Wt%，余量為Pt。(2)Pt13Rh/Pt熱電偶，由上面特征(1)中所說的一種Pt13Rh合金絲和鉑基合金絲組成。
Nb和Ta均屬高熔點金屬(均高于Pt和Rh)，且具有較好的延展性，在鉑絲和鉑13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%(對鉑基合金絲)和0.05-1.5Wt%(對Pt13Rh合金絲)的理由在于，若含量低于下限，則添加元素的強化作用不明顯;若含量高于上限，則熱電偶兩極物理參數難于匹配，熱電性能難于符合有關標準。
同傳統的Pt13Rh/Pt熱電偶絲相比，實驗證明，本發(fā)明的熱電偶絲具有更強的抗污染能力，熱穩(wěn)定性好，抗高溫蠕變性能好，延伸性也更好(也優(yōu)于CN85100658A)，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13銠合金絲，既可做成供長期反復使用的Pt13Rh/Pt熱電偶，也可做成一次性使用的、供快速測量金屬熔液溫度用的直徑在0.05mm左右的Pt13Rh/Pt型熱電偶，其熱電性能完全符合IEC和中國的有關標準。在同樣用途情況下，由于本發(fā)明的偶絲更細，可節(jié)約大量貴金屬。本發(fā)明的目的已經達到。
實施例按表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13銠合金，隨后的鑄造、冷鍛、冷拔、制偶等工序與普通Pt13Rh/Pt熱電偶的工序相同。對合金絲進行力學性能測量，實驗證明，本發(fā)明的鉑基合金絲比普通鉑絲室溫和高溫強度高2Kgf/mm2以上，延伸率也高出5%左右;本發(fā)明的鉑13銠合金絲與普通鉑13銠合金絲的強度值較接近，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)，測定其熱電勢(在Zn、Sb、Cu、Pd的熔點分別測量)，證明完全達到IEC584標準的要求，其測量結果見表1。
抗污染實驗證明，本發(fā)明的熱偶絲的抗污染能力優(yōu)于普通的Pt13Rh/Pt熱偶絲。在1550℃下對本發(fā)明熱電偶與普通熱電偶(偶絲直徑均為0.08mm)進行抗污染能力對比實驗。在污染源為機油的情況下，普通Pt13Rh/Pt熱電偶在污染前后的測溫差值最大達30微伏，而本發(fā)明的Pt13Rh/Pt熱電偶污染前后測溫差值最大為12微伏;在污染源為人體手汗時，普通熱電偶在污染前后的測溫差值為最大14微伏，而本發(fā)明的最大差值為4微伏。
用直徑0.08mm的熱電偶絲進行熱穩(wěn)定性對比實驗，將現有偶絲和本發(fā)明偶絲同時放入1550℃爐內保溫10分釧，然后測其加熱前后的熱電勢變化情況。普通偶絲變化5-12微伏，本發(fā)明偶絲化3-8微伏。
表1實施例熱電偶成分(Wt%)熱電勢測量結果Zn點Sb點Cu點Pd點1Pt13Rh0.2Nb/Pt0.15Nb符合符合符合符合2Pt13Rh0.4Nb/Pt0.3Nb符合符合符合符合3Pt13Rh0.7Nb/Pt0.7Nb符合符合符合符合4Pt13Rh0.2Ta/Pt0.2Ta符合符合符合符合5Pt13Rh0.4Ta/Pt0.2Ta符合符合符合符合6Pt13Rh0.7Ta/Pt0.35Ta符合符合符合符合7Pt13Rh0.1Nb0.05Ta/Pt0.1Nb符合符合符合符合8Pt13Rh0.4Ta/Pt0.1Ta符合符合符合符合IEC標準值(V)3611593311640182024說明1、表1中熱電偶成分一欄所列成分的表示方法如下Pt13Rh0.2Nb，表示熱電偶絲含Rh13Wt%，Nb0.2Wt%余量為Pt。其余偶絲成分類推。
2、熱電勢測量結果一欄中之“符合”表示測量結果符合IEC標準規(guī)定的允差范圍。
權利要求
1.一種鉑基合金絲，其特征是合金絲含有Nb和Ta中之一種或二種，其總含量為0.05-1.0Wt%，余量為Pt。
2.根據權利要求1的鉑基合金絲，其特征是所說的合金絲含有Nb和Ta中之一種或二種，其總含量為0.1-0.8Wt%，余量為Pt。
3.一種鉑13銠合金絲，其特征是所說的合金絲含有Rh13Wt%，Nb和Ta中之一種或二種，其總含量為0.05-1.5Wt%，余量為Pt。
4.根據權利要求3的鉑13銠合金絲，其特征是所說的合金絲含有Rh13Wt%，Nb和Ta中之一種或二種，其總含量為0.1-1.0Wt%，余量為Pt。
5.一種Pt13Rh/Pt熱電偶，其特征是所說的熱電偶由權利要求3或4所說的鉑13銠合金絲和權利要求1或2所說的鉑基合金絲組成。
全文摘要
一種鉑基合金絲，pt13Rh合金絲及由它們制成的熱電偶，其特征是所說的鉑基合金絲含有Nb和/或Ta0.05-1.0wt％，余量為Pt；所說的Pt13Rh合金絲含有Rh13wt％，Nb和/Ta0.05-1.5wt％，余量為Pt。本發(fā)明的合金絲抗污染能力強，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的細絲。本發(fā)明可用于制造成長期反復使用的S形熱電偶和快速測量金屬熔液溫度的KS型熱電偶，可大量節(jié)約貴金屬用量，降低生產成本。
文檔編號G01K7/02GK1067962SQ91103990
公開日1993年1月13日 申請日期1991年6月10日 優(yōu)先權日1991年6月10日
發(fā)明者鄧世隆, 楊德永, 李蔚 申請人:中國有色金屬工業(yè)總公司昆明貴金屬研究所