CN108220689B - 高温长时间稳定测温k型热电偶正极材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温长时间稳定测温K型热电偶正极材料及制备方法，该材料各组分的重量百分含量为：Cr:8.0～12.0%；Fe:0.2～0.8%；Al：0.1～0.7%；Si:0.1～0.5%；Co:0.1～0.3%；Y:0.03～0.08%；Mo:0.1～0.4%；Zr：0.005～0.03%；La：0.005～0.03%；C≤0.015%；Ni为余量。所述材料具有抗氧化性和防碳化性能，能保持丝材高温下的完整性和测温稳定性，提高了K型热电偶的使用温度范围，可以用于高温环境下（30小时以内的短时间使用温度可达1320℃）的使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种测温材料领域，特别涉及一种在高温长时间稳定测温K型热电偶正极材料及制备方法。
背景技术
K型热电偶（镍铬－镍硅（镍铝）热电偶）具有线性度好、热电动势较大、灵敏度高、稳定性和均匀性较好、抗氧化性能强、价格便宜等优点，能在氧化性或惰性气氛中广泛为用户所采用，K型热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。
K型热电偶的正极为含铬10%的镍铬合金，负极为含硅3%的镍硅合金（或镍铝）。该热电偶作为一种温度传感器，K型热电偶配上显示仪表，适宜在氧化性及惰性气体中连续使用，短期使用温度为1260℃，长期使用温度为1150℃以下。但是更高温度下长期使用就会存在测温精度、稳定性、可靠性等问题。由于在高温长时间使用过程中，K型热电偶的热电性能会发生漂移，而这种漂移主要是由于热电偶合金中的镍铬合金电极的不稳定性引起的，原因在于镍铬合金中的铬由于高温下铬的氧化或形成碳化物而减少，使热电动势大大降低，从而严重影响热电性能的稳定。此外，由于高温长时间工作，由于氧化及晶粒长大等原因，热电偶电极还易发生断裂等情况，使其彻底报废。
因此，研制提高镍铬合金的抗氧化性和防碳化性能，保持丝材高温下的完整性和测温稳定性，提高K型热电偶的使用温度范围，满足高温环境下使用的热电偶要求具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的就是针对现有高温环境下热电偶材料的不足，提供一种高温长时间稳定测温K型热电偶正极材料及制备方法。所述材料具有抗氧化性和防碳化性能，能保持丝材高温下的完整性和测温稳定性，提高了K型热电偶的使用温度范围，可以用于高温环境下（30小时以内的短时间使用温度可达1320℃）的使用。
本发明的技术方案是：
高温长时间稳定测温K型热电偶正极材料，该材料各组分的重量百分含量为：
Cr:8.0～12.0%；Fe:0.2～0.8%；Al：0.1～0.7%；Si:0.1～0.5%；Co:0.1～0.3%；Y:0.03～0.08%；Mo:0.1～0.4%；Zr：0.005～0.03%；La：0.005～0.03%；C≤0.015%； Ni为余量；
较好的技术方案是所述的正极材料各组分的重量百分含量为：
Cr:8.0～11.5%；Fe:0.2～0.7%；Al：0.1～0.7%；Si:0.1～0.5%；Co:0.1～0.3%；Y:0.03～0.08%；Mo:0.1～0.4%；Zr：0.005～0.03%；La：0.006～0.03%；C≤0.015%； Ni为余量；
高温长时间稳定测温K型热电偶正极材料的制备方法，有以下步骤：
1）真空感应熔炼：
按上述高温长时间稳定测温K型热电偶正极材料的配比称取各组分，熔化，真空精炼5~35分钟；搅拌，调温至约1530℃浇注，得到铸锭；
2）锻造：
铸锭加热至900～1200℃，保温1～3h，锻造成方坯；
3）热轧：
将方坯加热至900～1200℃，保温1～3h，热轧成棒材；
4）拉拔减径：
将棒材拉拔减径，得到线材；
5）热处理：
步骤4）所述的线材置于保护气氛或真空中850～1250±5℃下保温2～10小时。
步骤1）所述真空的真空度≥0.1Pa。
步骤2）所述方坯的参数为45mm×45mm。
步骤3）所述棒材的直径为φ8～φ16mm。
步骤4）所述线材的直径为φ0.02～φ8mm。
步骤5）所述保护气氛为氢气气氛。
本发明合金中C元素要求低于0.015%，高的C含量将会和铬形成化合物析出，从而降低合金的热电动势；此外，本发明选用含杂质元素S、P非常低的高纯净的Ni、Cr、Si、Al等原材料作为合金熔炼的原料，其次通过真空冶炼的熔炼工艺，进一步去除材料中微量的S、P等，使合金中S≤0.02%;P≤0.02%，可以大大降低了合金中的S、P杂质和C等有害元素的含量。
本发明所述材料中Fe:0.2～0.8%；Al：0.1～0.7%；Si:0.1～0.5%；Co:0.1～0.3%，其适量的硅、钴、铝、铁（ Si、Co、Al、Fe过高则合金的热电动势过低，其热电动势会偏离K型热电偶正极的热电动势允许偏差；Si、Co、Al、Fe过低，则合金的热电动势过高，其热电动势会高于K型热电偶正极的热电动势允许偏差），可调整合金的热电特性值，增加合金抗氧化性和稳定性。
本发明所述材料中Y:0.03～0.08%；Mo:0.1～0.4%；Zr：0.005～0.03%；La：0.005～0.03%，适量的钼、钇、镧、锆（钼、钇、镧、锆过高则合金的热电动势过低，其热电动势会偏离K型热电偶正极的热电动势允许偏差，而且过多钇、镧等的还会使合金的加工性能变差；若钼、钇、镧、锆过低，则不能有效改善合金高温组织稳定性及热电性能稳定性）元素可提高合金高温组织稳定性及热电性能稳定性，与不添加的合金钼、钇、镧、锆的合金相比较，本发明所述材料的使用寿命显著提高。
本发明所述材料（合金）的主要性能如下：
1.合金能在室温至1270℃范围内长期准确测温，测温时间大于2000小时，测温精度达0.4t%。
2. 短时间（30小时以内）使用温度可达1320℃。
所述本发明的在高温长时间稳定测温的热电偶正极镍铬材料，具有测温温度更高、长期稳定性更好等优点，可广泛应用于高温测量控制仪表。
具体实施方式
实施例1
高温长时间稳定测温K型热电偶正极材料各组分的重量百分含量为：
Cr:9.5%；Fe:0.3%；Al：0.57%；Si:0.15%；Co:0.14%；Y:0.04%；Mo:0.2%；Zr：0.023%；La：0.03%； Ni为余量；
a）真空感应熔炼：
按上述材料的配比称取各个组分，熔化，真空度优于0.1Pa条件下，真空精炼5~35分钟；搅拌，调温至约1530℃浇注，得到铸锭；
b）锻造：
铸锭加热至900～1200℃，保温1～3h，锻造加工至45mm*45mm方坯；
c）热轧：
将锻后的正极合金材料，加热至900～1200℃，保温1～3h，热轧加工至φ8～φ16mm；
d）拉拔减径：
将热轧后的合金材料拉拔减径，得到φ0.02～φ8mm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850～1250±5℃下保温2～10小时。
所得材料（合金）的主要性能如下：
1.合金能在室温至1270℃范围内长期准确测温，测温时间大于2000小时，测温精度达0.4t%；
2. 短时间（30小时以内）使用温度可达1320℃。
实施例2
高温长时间稳定测温K型热电偶正极材料各组分的重量百分含量为：
Cr:10.3%；Fe:0.1%；Al：0.27%；Si:0.25%；Co:0.24%；Y:0.05%；Mo:0.3%；Zr：0.013%；La：0.02%； Ni为余量；
制备方法同实施例1。
所得材料（合金）的主要性能如下：
1.合金能在室温至1270℃范围内长期准确测温，准确测温时间大于2000小时。
2. 短时间（30小时以内）使用温度可达1320℃
实施例3
高温长时间稳定测温K型热电偶正极材料各组分的重量百分含量为：
Cr:9.11%；Fe:0.19%；Al：0.33%；Si:0.27%；Co:0.21%；Y:0.03%；Mo:0.1%；Zr：0.016%；La：0.015%；Ni为余量；
制备方法同实施例1。
所得材料（合金）的主要性能如下：
1.合金能在室温至1270℃范围内长期准确测温，测温时间大于2000小时，测温精度达0.4t%。
2. 短时间（30小时以内，）使用温度可达1320℃。
Claims (8)
1.一种高温长时间稳定测温K型热电偶正极材料，其特征在于：该材料各组分的重量百分含量为：
Cr:8.0～12.0％；Fe:0.2～0.8％；Al：0.1～0.7％；Si:0.1～0.5％；Co:0.1～0.3％；Y:0.03～0.08％；Mo:0.1～0.4％；Zr：0.005～0.03％；La：0.005～0.03％；C≤0.015％；Ni为余量。
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述材料各组分的重量百分含量为：
Cr:8.0～11.5％；Fe:0.2～0.7％；Al：0.1～0.7％；Si:0.1～0.5％；Co:0.1～0.3％；Y:0.03～0.08％；Mo:0.1～0.4％；Zr：0.005～0.03％；La：0.006～0.03％；C≤0.015％；Ni为余量。
3.高温长时间稳定测温K型热电偶正极材料的制备方法，其特征在于，有以下步骤：
1)真空感应熔炼：
按权利要求1或2所述高温长时间稳定测温K型热电偶正极材料的配比称取各个组分，熔化，真空精炼5～35分钟；搅拌，调温至约1530℃浇注，得到铸锭；
2)锻造：
铸锭加热至900～1200℃，保温1～3h，锻造成方坯；
3)热轧：
将方坯加热至900～1200℃，保温1～3h，热轧成棒材；
4)拉拔减径：
将棒材拉拔减径，得到线材；
5)热处理：
步骤4)所述的线材置于保护气氛或真空中850～1250±5℃下保温2～10小时。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤1)所述真空的真空度≥0.1Pa。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤2)所述方坯的参数为45mm×45mm。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤3)所述棒材的直径为φ8～φ16mm。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤4)所述线材的直径为φ0.02～φ8mm。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤5)所述保护气氛为氢气气氛。
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