弥散型铂、铂10铑丝和铂10铑铂热电偶.pdf

本发明属于对物理学领域中温度测量元件-热电偶的改进。
    铂10铑-铂（以下记作Pt10Rh/Pt）热电偶（S型热电偶）是国际实用温标（IPTS-63）规定在金凝固点（1064.43℃）到锑凝固点（630.74℃）温度范围中传递温标的准标器，在工业和科学试验中，通常将它用来作为0～1600℃温度范围的测量元件。然而已知的Pt10Rh/Pt热电偶存在如下几个问题：（1）高温氧化，900℃以上铂丝和铂10铑丝均会因氧化后的氧化物挥发而失重。（2）热污染损伤，在大多数情况下，Pt10Rh/Pt热电偶不宜在还原性气氛下使用，已经确定，当环境中含有二氧化硅、铁、硫和碳时，Pt10Rh/Pt热电偶会出现严重污染，其结果通常表现为热电偶丝被熔化，或使其热电势输出发生漂移;（3）高温下两极的性能不匹配，在1200℃下铂和铂10铑的抗张强度分别为3.9牛顿/毫米2和11牛顿/毫米2，屈服强度分别为2.1牛顿/毫米2和7牛顿/毫米2。所以Pt10Rh/Pt热电偶在高温下其端部将会产生严重的应力集中，不仅会出现温度测量误差，也容易使热电偶发生断裂;（4）分度值不稳定性。Pt10Rh/Pt热电偶在降温和升温两种不同的测量方式中会出现误差，其分度值的不稳定性同冷加工和退火工艺有关，要提高其热稳定性一般需要作长时间的高温退火，然而长时间的高温退火铂铑极中的铑又会扩散到铂极中去，这使得两极间出现化学成分不均匀变化，又会出现较大的测量误差;（5）Pt10Rh/Pt热电偶在高温下再结晶也会导致热电偶丝变脆，并影响热电偶的测量精度和使用寿命。针对上述问题，世

    界上一些工业发达国家在改善Pt10Rh/Pt热电偶性能方面作了许多研究工作，他们主要是通过加入合金元素如铱、钯、金、钌等将铂极改为铂合金极，并相应地改变铂铑合金极的成份，用这些方法所研制成功的热电偶其热电势分度值必将同时发生较大改变，它们不可能同现有的供Pt10Rh/Pt热电偶使用地标准化二次测量仪表配套，因而不便于推广应用。另一方面，据美国专利4104692报导铂中加钇可细化晶粒并抑制晶粒长大，美国专利3357825报导铂铑合金中加入硼、钇可提高高温强度和蠕变性能，然而它们均未涉及到铂和铂铑合金的热电特性。

    本发明提供了用加入微量钇弥散强化的铂丝、铂10铑丝以及用上述几种金属、合金丝配对制成的两种Pt10Rh/Pt热电偶，这种弥散型Pt10Rh/Pt热电偶不仅具有高温抗氧化性能好、抗污染能力强、高温物理参数匹配合理、热稳定性好（1400℃、200小时测定铜凝固点实验前后热电势变化仅1～2μV），使用寿命长等特点，经过对锌、锑、铜三凝固点电势值的测定，以及从800～1300℃每隔50℃共计11个点热电势的测定，该两种Pt10Rh/Pt热电偶均达到国际电工委员会对S型热电偶的要求。在1330～1360℃还原性气氛（煤气）条件下，采用由本发明所提供的Pt10Rh/Pt热电偶比通常的Pt10Rh/Pt热电偶工作寿命要长1.5～2倍。此外，本发明所提供Pt10Rh/Pt热电偶在高温下长期使用后晶粒未见明显长大，这也是一个优点。

    本发明的实施例如下：在铂丝中加入（以重量百分比计算，以下均同）：0.005至0.1高纯钇或在铂丝中加入0.1至0.15的高纯钇和0.005至0.18的高纯金;在铂10铑丝中加入0.005至0.15的高纯钇。上述三种合金均可在真空高频感应炉中用氩气保护熔炼，合金经过制造通常Pt10Rh/Pt热电偶相同的浇铸、锻压、

    冷拔等工艺，但要注意各道工艺间的去铁、酸洗、去离子水水洗等必要的防污染措施，一直拉拨到预定规格。铂丝和铂10铑合金丝可直接焊接并装入保护套管中使用，也可和绝缘材料、耐热合金外套管组装后加工成铠装热电偶使用。对三种合金丝的弥散强化时效处理，考虑到热电偶是要长期在高温下使用的，使用时会逐步使弥散质点脱溶，固仅需要对合金作高温均匀化处理即可，对本发明的三种热偶丝的热处理工艺制度为1200～1400℃、保温4～6小时，通常是在制成热电偶后进行。

    由于本发明所提供的采用微量钇弥散强化的铂和铂10铑丝抗高温氧化、抗环境污染性能好，高温强度也较高，故本发明所提供的Pt10Rh/Pt热电偶可以取比通常的Pt10Rh/Pt热电偶更细的直径，可以制成直径0.38毫米或直径更细热电偶供测温用，如以直径0.38毫米的热电偶取代直径0.5毫米的热电偶，每支Pt10Rh/Pt热电偶即可节约铂和铂铑合金3～4克，故其经济价值也极为可观。