[发明专利]在氧化介质中稳定测温的热电偶材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金，特别涉及一种在氧化介质中稳定测温的热电偶材料及 制备方法。

背景技术

热电偶的稳定性，因使用的环境，所处的环境介质不同，其稳定性也有很大 差异。例如：在粉末冶金行业中，常用钼管作为热电偶保护管，在1600℃的H₂气氛下，使用效果较好。然而，上述钼管在氧化性气氛下，很短时间就因氧化 而蚀损。目前工业中常用的K型、N型热电偶，适于在空气或惰性气体等气氛 中工作，但在氯气、氧气、重铬酸钠、高锰酸钾、硝酸等强氧化环境中长期使 用时，其材质容易被氧化而劣化，高温长期使用时，其劣化将显著加快，使得 其测温精度非常差。因此，研究在强氧化环境中长期使用的测温热电偶材料， 满足特殊环境下使用的热电偶要求，成为当前较为紧迫的任务。

发明内容

本发明的目的就是针对现有高温强氧化环境热电偶材料的不足，提供一种氧 化介质中长时间稳定测温的热电偶材料及制备方法，所述材料具有抗氧化性能 优良、能长期在室温至1150℃稳定工作等优点，使用该材料的热电偶能够在强 氧化环境中长期使用。

本发明的技术方案是：

在氧化介质中稳定测温的热电偶材料，该材料的重量百分比为：

正极NiCoMn合金材料化学成分的重量百分比为：

Co：14～23％；Mn：1.0～3.0％；Al：1.0～3.0％；Si：0.5～2.0％；Zr≤0.1％；Y ≤0.03％；Ni为余量；

负极NiAlMn合金材料化学成分的重量百分比为：

Al：1.7～5.0％；Mn：1.0～3.0％；Si：0.1～1.0％；Ce：0～0.7％；Nb≤0.2％； Ni为余量。

所述氧化介质测温用热电偶材料，较好的技术方案是：

正极NiCoMn合金材料化学成分的重量百分比为：

Co：15～20％、Mn：1.5～2.5％、Al：1.5～3.0％、Si：1.0～1.6％、Zr：0.05～0.08％、 Y：0.01～0.02％；Ni为余量；

负极NiAlMn合金材料化学成分的重量百分比为：

Al：2.5～4.5％；Mn：1.2～2.0％；Si：0.30～0.80％；Ce：0.15～0.30％；Nb： 0.06～0.1％、Ni为余量。

氧化介质中稳定测温的热电偶材料的制备方法，有以述步骤：

a)真空感应熔炼：

上按述正、负极合金材料的重量百分比称取各个组分，分别进行熔化，真 空度≥0.1Pa条件下，真空精炼10～30分钟；搅拌，调温至中低温1530℃浇注， 得到铸锭；

b)旋锻：

铸锭加热至900～1200℃，保温1～3h，加工至φ2.0～φ18mm；

c)中间退火：

将旋锻后的正负极合金材料，分别在900～1200℃下氢气保护退火热处理；

d)拉拔减径：

将退火后的合金材料拉拔减径，得到φ0.02～φ10mm线材；

e)热处理：

步骤d)所述的线材置于氢气保护炉或真空炉中，正极：1100～1250±5℃ 下保温2～10小时，负极：1100～1250±5℃下保温2～10小时。

步骤a)所述的熔化，熔化功率20～80Kw，由小功率逐渐调大功率至全熔。

步骤a)所述的精炼，其功率为15～35Kw。

本发明合金中C元素要求低于0.03％，高的C含量将会和铁或铝形成化合物 析出，从而影响合金的性能；此外，S或P作为合金中的有害元素也要严格控制。 在镍钴合金中加入适量的硅、钴，可调整合金的热电特性值，增加抗氧化性和 稳定性；添加钇元素可提高高温稳定性，含钇0.03％的镍钴锰合金的使用寿命 比不添加钇者有显著提高。含铈的镍铝锰合金的使用寿命比不添加钇者有显著 提高。

本合金的主要性能如下：

1.热电偶合金材料能在氧化介质中稳定测温。

2.抗氧化长期稳定测温的热电偶材料能在1000℃、720小时后热电势变化不 大于2℃，具备300至1150℃范围内良好的长期高温稳定性。