弥散强化铂铑SUB10/SUB铂热电偶丝及其生产方法.pdf

本发明公开一种弥散强化铂铑10-铂热电偶丝，包括正极和负极，特征在于：所述正极包括各组分及其重量百分比含量为：铑：9.9～10％；锆：0～0.5％；钇：0～0.5％；钙：0～0.5％；镧：0～0.5％；钛：0～0.5％；铂为余量；所述负极包括各组分及其重量百分比含量为：锆：0～0.5％，钇：0～0.5％；钙：0～0.5％；镧：0～0.5％；钛：0～0.5％；铂为余量。所述弥散强化铂铑10-铂热电偶丝生产方法包括配料、真空熔炼、浇注轧片、氧化处理、复合加工、拉伸成型步骤。本发明的弥散强化铂铑10-铂热电偶丝使用寿命长、适应温度高、抗污染能力强、使用成本低。

1、  一种弥散强化铂铑₁₀-铂热电偶丝，包括正极和负极，其特征在于：所述正极包括各组分及其重量百分比含量为：铑：9.9～10％；锆：0～0.5％；钇：0～0.5％；钙：0～0.5％；镧：0～0.5％；钛：0～0.5％；铂为余量；所述负极包括各组分及其重量百分比含量为：锆：0～0.5％，钇：0～0.5％；钙：0～0.5％；镧：0～0.5％；钛：0～0.5％；铂为余量。

2、  根据权利要求1所述的弥散强化铂铑₁₀-铂热电偶丝，其特征还在于：所述锆、钇、钙、镧、钛中的一种或几种以氧化物纳米粒子形式均匀弥散在热电偶合金中，添加金属的氧化率大于99.5％。

3、  一种弥散强化铂铑₁₀-铂热电偶丝的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)配料：按照铑：9.9～10％；锆：0～0.5％；钇：0～0.5％；钙：0～0.5％；镧0～0.5％；钛0～0.5％；铂为余量的重量百分比的配制正极原料；按照锆：0～0.5％，钇：0～0.5％；钙：0～0.5％；镧0～0.5％；钛0～0.5％；铂为余量的重量百分比的配比配制负极原料；
(2)真空熔炼：将上述配制好的正极原料加入真空感应炉中，在压力为2×10^-2～1×10^-5Pa，温度为1850～1880℃的条件下真空熔炼，得到正极合金；将上述配制好的负极原料加入真空感应炉中，在压力为2×10^-2～1×10^-5Pa，温度为1770～1800℃的条件下真空熔炼，得到负极合金；
(3)浇注轧片：将上述经过真空熔炼的液态合金分别浇注于铸模中形成铸锭；然后在轧机上轧制出正极合金片材，负极合金片材；
(4)氧化处理：将上述正极合金片材在800～1400℃下经60～150小时氧化处理，得到正极弥散强化合金薄片；将上述负极合金片材在800～1400℃下经80～180小时氧化处理，得到负极弥散强化合金薄片；
(5)复合加工：将上述数千薄片复合、加工，实现材料组织纤维化，形成正极及负极棒材；
(6)拉伸成型：对上述棒材进行拉伸处理，拉制成所需尺寸；

4、  根据权利要求3所述的弥散强化铂铑₁₀-铂热电偶丝的生产方法，其特征还在于：所述的铸模为水冷铜模。

弥散强化铂铑₁₀-铂热电偶丝及其生产方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，特别是涉及一种弥散强化铂铑₁₀-铂热电偶丝及其生产方法。
背景技术
热电偶丝用来制作各种测温元件，被广泛应用于钢铁行业、玻璃行业等各领域的温度测量，现有技术中大量使用的一般是铂铑₁₀-铂热电偶丝，其正极铂铑₁₀名义成分为铑Rh10％，铂Pt为余量，负极铂名义含量100％。这种热电偶丝可在高温氧化条件下使用，在300～1400℃测温范围内测温，但这种热电偶丝的铂极晶粒容易粗化，抗污染能力差，引起热电势不稳定，使用寿命较短，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种使用寿命长、适应温度高、抗污染能力强、使用成本低的弥散强化铂铑₁₀-铂热电偶丝及其生产方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现，所述的弥散强化铂铑₁₀-铂热电偶丝包括正极和负极，其特征在于：所述正极包括各组分及其重量百分比含量为：铑：9.9～10％；锆：0～0.5％；钇：0～0.5％；钙：0～0.5％；镧：0～0.5％；钛：0～0.5％；铂为余量；所述负极包括各组分及其重量百分比含量为：锆：0～0.5％，钇：0～0.5％；钙：0～0.5％；镧：0～0.5％；钛：0～0.5％；铂为余量。
所述锆、钇、钙、镧、钛中的一种或几种以氧化物纳米粒子形式均匀弥散在热电偶合金中，添加金属的氧化率大于99.5％。
所述弥散强化铂铑₁₀-铂热电偶丝生产方法包括如下步骤：
(1)配料：按照铑：9.9～10％；锆：0～0.5％；钇：0～0.5％；钙：0～0.5％；镧：0～0.5％；钛：0～0.5％；铂为余量的重量百分比的配制正极原料；按照锆：0～0.5％，钇：0～0.5％；钙：0～0.5％；镧：0～0.5％；钛：0～0.5％；铂为余量的重量百分比配制负极原料；
(2)真空熔炼：将上述配制好的正极原料加入真空感应炉中，在压力为2×10^-2～1×10^-5Pa，温度为1850～1880℃的条件下真空熔炼，得到正极合金；将上述配制好的负极原料加入真空感应炉中，在压力为2×10^-2～1×10^-5Pa，温度为1770～1800℃的条件下真空熔炼，得到负极合金；
(3)浇注轧片：将上述经过真空熔炼的液态合金分别浇注于铸模中形成铸锭；然后在轧机上轧制出正极合金片材，负极合金片材；
(4)氧化处理：将上述正极合金片材在800～1400℃下经60～150小时氧化处理，得到正极弥散强化合金薄片；将上述负极合金片材在800～1400℃下经80～180小时氧化处理，得到负极弥散强化合金薄片；
(5)复合加工：将上述数千薄片复合、加工，实现材料组织纤维化，形成正极及负极棒材；
(6)拉伸成型：对上述棒材进行拉伸处理，拉制成所需尺寸；
作为本发明的进一步改进，所述的铸模为水冷铜模。
本发明与现有技术中的热电偶丝相比，通过将锆、钇、钙、镧、钛中的一种或几种加入铂铑₁₀和铂极中，并以氧化物纳米粒子形式均匀弥散在合金中，得到弥散强化合金薄片，经过复合加工，实现材料组织纤维化，使其具有优良的高温特性和抗氧化性，可在300～1700℃测温范围及氧化条件下安全长期使用；直径更细，抗蠕变能力强；抗污染腐蚀能力强，热电动势稳定；使用寿命为普通铂铑₁₀-铂热电偶丝的2～4倍，大幅度降低了成本，提高了经济效益。
具体实施方式
下面结合一系列具体实施例对本发明做进一步的说明。
1、热电偶丝正极弥散强化铂铑₁₀：
配料：按照铑：9.9～10％；锆：0～0.5％；钇：0～0.5％；钙：0～0.5％；镧：0～0.5％；钛：0～0.5％；铂为余量的重量百分比配制正极原料，在上述的配比范围内，变换锆、钇、钙、镧、钛、铑、铂的含量。
真空熔炼：将上述配制好的原料加入真空感应炉中，在压力为2×10^-2～1×10^-5Pa，温度为1850～1880℃的条件下真空熔炼，得到正极合金；
浇注轧片：将上述经过真空熔炼的液态合金分别浇注于水冷铜模中形成铸锭；然后在轧机上轧制出正极合金片材；
氧化处理：将上述正极合金片材在800～1400℃下经60～150小时氧化处理，得到正极弥散强化合金薄片；
复合加工：将上述数千薄片复合、加工，实现材料组织纤维化，形成正极棒材；
拉伸成型：对上述棒材进行拉伸处理，拉制成所需尺寸。
高温性能测试：对比本发明的正极弥散强化铂铑₁₀偶丝与普通铂铑₁₀偶丝在高温下承受同等应力时断裂寿命。
热电动势测试：每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势应符合GB/T 3772的要求。
本一系列实施例采用相同的生产方法，仅变换原料中各组分的配比。
实施例一：Pt90％，Rh10.0％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命与普通铂铑₁₀偶丝相当；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例二：Pt89.82％，Rh9.98％，Zr0.1％，Y0.1％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的12倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例三：Pt89.64％，Rh9.96％，Ti0.2％，Y0.2％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的11倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例四：Pt89.46％，Rh9.94％，Zr0.3％，Ca0.3％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的15倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例五：Pt89.28％，Rh9.92％，Zr0.4％，La0.4％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的12倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例六：Pt89.1％，Rh9.9％，Ca0.5％，Ti0.5％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的18倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例七：Pt89.91％，Rh9.99％，Zr0.1％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的12倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例八：Pt89.82％，Rh9.98％，Ti0.2％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的11倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例九：Pt89.73％，Rh9.97％，Zr0.3％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的13倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十：Pt89.64％，Rh9.96％，Ti0.4％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的12倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十一：Pt89.55％，Rh9.95％，Zr0.5％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的11倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十二：Pt89.91％，Rh9.99％，Y0.1％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的12倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十三：Pt89.82％，Rh9.98％，Ca0.2％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的11倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十四：Pt89.73％，Rh9.97％，La0.3％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的15倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十五：Pt89.64％，Rh9.96％，Ca0.4％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的12倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十六：Pt89.55％，Rh9.95％，Y0.5％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的18倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十七：Pt89.82％，Rh9.98％，Zr0.1％，La0.1％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的12倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十八：Pt89.64％，Rh9.96％，Ti0.2％，Y0.1％，Ca0.1％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的11倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十九：Pt89.46％，Rh9.94％，Zr0.3％，Ca0.2％，La0.1％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的15倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例二十：Pt89.28％，Rh9.92％，Zr0.2％，La0.2％，Ca0.2％，Ti0.2％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的12倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例二十一：Pt89.1％，Rh9.9％，Ca0.2％，Ti0.3％，Y0.2％，La0.3％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂铑₁₀偶丝的18倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
2、热电偶丝负极弥散强化铂：
配料：按照锆：0～0.5％，钇：0～0.5％；钙：0～0.5％；镧：0～0.5％；钛：0～0.5％；铂为余量的重量百分比的配比配制负极原料，变换锆、钇、钙、镧、钛、铂的含量；
真空熔炼：将上述配制好的负极原料加入真空感应炉中，在压力为2×10^-2～1×10^-5Pa，温度为1770～1800℃的条件下真空熔炼，得到负极合金；
浇注轧片：将上述经过真空熔炼的液态合金分别浇注于铸模中形成铸锭；然后在轧机上轧制出负极合金片材；
氧化处理：将上述负极合金片材在800～1400℃下经80～180小时氧化处理，得到负极弥散强化合金薄片；
复合加工：将上述数千薄片复合、加工，实现材料组织纤维化，形成负极棒材；
拉伸成型：对上述棒材进行拉伸处理，拉制成所需尺寸；
高温性能测试：对比本发明的负极弥散强化铂偶丝与普通铂偶丝在高温下承受同等应力时断裂寿命。
热电动势测试：每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势应符合GB/T 3772的要求。
实施例一：Pt100％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命与普通铂偶丝相当；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例二：Pt99.8％，Zr0.1％，Y0.1％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的120倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例三：Pt99.6％，Ti0.2％，Y0.2％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为的普通铂偶丝110倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例四：Pt99.4％，Zr0.3％，Ca0.3％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的115倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例五：Pt99.2％，Zr0.4％，La0.4％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的125倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例六：Pt99.0％，Zr0.5％，Y0.5％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的118倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例七：Pt99.9％，Ti0.1％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的120倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例八：Pt99.8％，Zr0.2％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的110倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例九：Pt99.7％，Ti0.3％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的115倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十：Pt99.6％，Zr0.4％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的125倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十一：Pt99.5％，Ti0.5％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的118倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十二：Pt99.9％，Ca0.1％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的120倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十三：Pt99.8％，La0.2％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的110倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十四：Pt99.7％，Ca0.3％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的115倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十五：Pt99.6％，Y0.4％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的125倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十六：Pt 99.5％，Y0.5％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的118倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十七：Pt99.7％，Zr0.1％，Y0.1％，La0.1％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的120倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十八：Pt99.6％，Ti0.1％，Y0.2％，Ca0.1％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为的普通铂偶丝110倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例十九：Pt 99.4％，Zr0.2％，Ca0.2％，Ti0.2％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的115倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例二十：Pt 99.2％，Zr0.2％，La0.2％，Ca0.2％，Ti0.2％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的125倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
实施例二十一：Pt 99.0％，Zr0.2％，Y0.2％，La0.2％，Ca0.2％，Ti0.2％。
技术性能：在高温下承受同等应力时的断裂寿命为普通铂偶丝的118倍左右；每卷偶丝，当参考端温度为0℃，在不同试验温度测得的热电动势符合GB/T 3772的要求。
采用本发明技术方案制造的热电偶丝具有耐高温，抗氧化，抗蠕变，抗污染，抗腐蚀，热电动势稳定，焊接性能好等优点，测温范围大，最高可达1700℃，而且偶丝直径更细。