[发明专利]Pt10Rh合金丝/Pt基合金丝热电偶

说明书

本发明涉及温度测量用元件--热电偶，特别是快速测量金属熔液温度和定碳用的热电偶。

铂10铑-铂(以下写成Pt10Rh/Pt)热电偶(S型)是国际电工委员会制定的国际统一标准IEC584三种贵金属热电偶之一，其温度测量范围为0-1600℃。我国对Pt10Rh/Pt热电偶细丝制定了中华人民共和国专业标准ZBH68001--88《快速测量金属熔液和定碳用的热电丝》。现在世界上广泛使用的Pt10Rh/Pt热电偶存在的问题是：高温热稳定性、抗蠕变性能和抗染能力差，特别是上述中国专业标准规定的偶丝其直径为0.08--0.1mm，在加工制偶过程中易被污染，从而导致热电特性变坏，甚至热电偶元件报废，或使成品率降低。此外，现有热电偶丝的强度和延展性也稍差，加工成更细的丝较困难。供长期测温用的工业热电偶，其偶丝直径一般为0.5mm；供快速测量金属熔液温度和定碳用的热电偶，其偶丝直径为0.08--0.1mm，因而贵金属用置较大，生产成本高。为了克服现有热电偶材料的缺点，改善Pt10Rh/Pt热电偶的性能，研究人员已进行了大量研究工作、主要是改变Pt极和Pt10Rh极的化学组成，例如通过法添加Ir、Au、Pd、Ru等合金元素将铂极改为铂基合金极，并相应地改变Pt10Rh合金极的成分。用这些材料制成的热电偶虽然某些性能得到了一些改善，但由于其热电势分度值发生了较大变化，难于同现有的供Pt10Rh/Pt热电偶使用的标准化二次测量仪表配套，故不便于推广应用。CN85100658A公开了一种弥散强化型铂、铂10铑丝及由它们制成的Pt10Rh/Pt型热电偶。其主要改进是在铂丝中加入高纯元素Y0.005--0.1Wt％，或者添加Y0.1--0.15Wt％和Au0.005--0.18Wt％；在Pt10Rh丝中加入Y0.005--0.15Wt％。用这些改进的材料做成的Pt10Rh/Pt型热电偶，其热电特性符合IEC的有关标准，而其抗高温氧化和抗污染能力均得到改善，热稳定性也优于传统的热电偶。但是，这种稀土氧化物弥散型的铂丝和Pt10Rh丝的延展性能不够好，难于加工成直径0.1mm以下的细丝，因而不适于制造中国专业标准ZB H68001--88所规定的供快速测量金属熔液温度的热电丝，更不适于制造比上述专业标准规定的偶丝直径更小的热电偶。

本发明的目的在于克服现有热电偶技术的缺点，提供一种改进的铂丝和铂10铑丝及由它们做成的热电偶。这些改进的偶丝的抗污染能力、抗高温蠕变性能和热稳定性均优于传统的铂丝和铂10铑丝，可与CN85100658A所提供的偶丝相当，但其延展性更好，可加工成直径小至0.04--0.05mm的细丝，从而可大大节约热电偶的贵金属用量，降低生产成本。

本发明的技术解决方案是，在传统使用的Pt10Rh/Pt热电偶丝基础上，添加新的合金元素Nb和/Ta，形成新的铂基合金丝和Pt10Rh合金丝，以提高其抗污染能力、热稳定性、高温抗蠕变能力，并改善其延伸性和加工性能。

本发明热电偶的特征是：所说的Pt10Rh合金丝的成分(Wt％)为Rh10，Nb和Ta之一的含量或二者含量之和为0.05～1.5，余量为Pt，优先推荐的合金丝成分为：Rh10Wt％，Nb和Ta中之一的含量或二者含量之和为0.1～1.0wt％，余量为Pt；所说的铂基合金丝成分为Nb和Ta中之一的含量或二者含量之和为0.05～1.0wt％，余量为pt，优先推荐的铂基合金丝成分为：Nb和Ta中之一的含量或二者含量之和为0.1～0.8wt％，余量为Pt.

Nb和Ta均属高熔点金属(均高于Pt和Rh)，且具有较好的延展性，在铂丝和铂10铑丝中加入Nb或/和Ta，可以显着提高其抗污染能力，抗高温氧化能力和抗高温蠕性能，并改善其延伸性和加工性能。限制Nb或/和Ta的含量范围为0.05--1.0Wt％(对铂基合金丝)和0.05--1.5wt％(对Pt10Rh合金丝)的理由在于，若含量低于下限，则添加元素的强化作用不明显；若含量高于上限，则热电偶两极物理参数难于匹配，热电性能难于符合有关标准。