DE1119933B

DE1119933B - Legierung als Material fuer Schenkel von Thermoelementen

Info

Publication number: DE1119933B
Application number: DED33843A
Authority: DE
Inventors: Dr Otto Loebich
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1960-07-23
Filing date: 1960-07-23
Publication date: 1961-12-21

Description

Legierung als Material für Schenkel von Thermoelementen Als Thermoelemente werden Kombinationen von je zwei verschiedenen Edelmetallen oder Edelmetalllegierungen oder von je zwei Unedelmetallen oder Unedelmetallegierungen verwendet. Beispiele für Edelmetallthermoelemente sind die Thermopaare aus physikalisch reinem Platin und Platin-10°/o-Rhodium, aus einer Legierung Au Pd 40 und Pt Ir 10, aus Pt Rh 6 und P -f- Rh 30; für Unedelmetallthermoelemente die Paare aus Eisen-Konstanten, Nickel-Chromnickel oder Wolfram-Rhenium.
Der wichtigste Kennwert für ein Thermoelement ist seine Thermospannung in Abhängigkeit von der Temperatur. Zu Vergleichszwecken mißt man die Thermospannung der verschiedenen Metalle oder Legierungen gegen ein und dasselbe Reinmetall, z. B. physikalisch reines Platin. Die Legierungen werden thermoelektrisch gekennzeichnet durch die Thermospannungs-Temperatur-Kurven der Thermopaare, die sie mit physikalisch reinem Platin bilden, wobei man die kalte Lötstelle auf 0°C hält.
Von den Edelmetallen sind Silber, Gold und die. Platinlegierungen thermoelektrisch positiv gegen Platin; die Goldlegierung Au Pd 40 dagegen ist negativ. Eine Legierung wird als thermoelektrisch positiv bezeichnet, wenn der positive Thermostrom in der heißen Lötstelle vom Platin zur Legierung fließt.
Von den Unedelmetallen sind Eisen, Wolfram, Rhenium und Ni Cr 10 positiv, Nickel und Konstantan negativ gegen Platin.
Durch Kombination zweier geeigneter Einzelschenkel stellt man die praktisch gebräuchlichen Thermopaare her; z. B. die Kombination Pt/Pt Rh 10 nach Le Chatelier, die Kombination Ni Cr 10/Ni, Fe/Konst. oder Pt Ir 10/Au Pd 40. Aus der Tabelle kann man errechnen, welche Thermospannung die so gewonnenen Thermopaare bei verschiedenen Temperaturen liefern.
Von einem Thermopaar wird verlangt, daß es für eine gegebene Temperatur eine zeitlich unveränderte Thermospannung liefert, daß diese nicht zu klein sei, daß die Thermokraft dE/dt bei dieser Temperatur nicht zu klein sei und daß die beiden Schenkel nicht durch Zunderung, Verdampfung oder Aufnahme von Fremdstoffen aus der Umgebung thermoelektrisch-verändert werden. Für Temperaturen oberhalb 500°C werden Edelmetallthermopaare wegen ihrer Unveränderlichkeit und chemischen Beständigkeit in vielen Fällen bevorzugt angewandt. Man hat lange nur mit den Kombinationen aus Pt und den Pt-Legierungen gearbeitet. Sie haben aber eine unbequem kleine Thermokraft von nur 5 bis 15 #tV/°C bei 500°C; dementsprechend kann die Temperatur mit Platinthermopaaren nicht so genau gemessen werden wie mit gewissen Unedelmetallthermopaaren, deren Thermokraft 40 bis 60 #tV/° C beträgt (z. B. 42 &,V/° C bei Ni Cr/Ni).
Vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Edelmetallegierungen, die thermoelektrisch noch positiver liegen als Silber oder die bekannten Platinlegierungen. Es wurde gefunden, daß bestimmte Gold-Palladium-Legierungen mit Vanadium als 3. Komponente diese Eigenschaften aufweisen. Nach der Erfindung enthalten sie 59 bis 68 Gewichtsprozent Au, 30 bis 39 Gewichtsprozent Pd und 0,7 bis 2,5 Gewichtsprozent V.

Die folgende Tabelle gibt Zusammensetzung, thermoelektrische Eigenschaften und die Härte von drei Legierungen wieder.

Au I Pd V Thermospannung gegen Pt Thermokraft

0-100 HV

Beispiel Gewichtsprozent 0-I00 I 0-300 ml 0-500 0-600 gegen Ct Kp./mm2

1 65,7 33,3 1,4 +1,9 I -E-6,2 -f-10,0 -E-14,9 19 96

2 66,1 32,2 1,7 -f-1,5 I -E-5,6 -E- 9,9 -E-18,4 15 104

3 61,4 36,8 1,8 -E-1,6 ; -f--5,9 -f-10,6 ( -E-19,7 16 105

Die erfindungsgemäßen Legierungen haben im Vergleich mit Pt Rh 10 eine doppelt bis dreimal so hohe Thermokraft (9 bis 19 #tV/° C) und können sowohl mit physikalisch reinem Platin als mit thermoelektrisch negativen Edelmetallegierungen zu Thermopaaren kombiniert werden. Mit Au Pd Ni-Legierungen, die durch einen Gehalt an 55 bis 710/0 Au, 24 bis 40 °/a Pd und 0,5 bis 7°/a Ni gekennzeichnet sind und besonders stark negative Thermospannungen gegen Platin aufweisen (dE/dT von 30 bis über 50 #tV/° C) kombiniert ergeben sich Edelmetallthermopaare mit einer Thermokraft von 60 bis 70#tV/°C. Diese Werte sind bisher nur bei Unedelthermoelementen bekanntgeworden; bei Edelmetallthermopaaren hat man bisher nur geringere Thermokräfte gekannt. Dementsprechend hat man im mittleren Temperaturgebiet, beispielsweise von 500°C, vorwiegend mit Unedelthermopaaren gemessen. Die vorgeschlagene Kombination schafft die Möglichkeit, Temperaturen im Bereich um z. B. 500°C ebenfalls mit Edelmetallthermopaaren zu messen.

Gegenüber Silber oder Gold haben die erfindungsgemäßen Legierungen den Vorteil, daß sie bei einer mittleren Härte höhere Festigkeit und Streckgrenze als Reinmetalle haben und dabei ausgezeichnet duktil sind. Sie lassen sich leicht zu dünnen Drähten, Bändern und Rohren verarbeiten, was die Herstellung besonders rasch ansprechender Bauformen, z. B. von Rohrelementen, erlaubt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verwendung von Gold-Palladium-Vanadium-Legierungen mit 59 bis 68 Gewichtsprozent Au, 30 bis 39 Gewichtsprozent Pd und 0,7 bis 2,5 Gewichtsprozent V als positiven Schenkel von Thermoelementen.
2. Thermoelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als negativer Gegenschenkel eine Edehnetallegierung angewandt wird, die sich gegen Platin thermoelektrisch negativ verhält.
3. Thermoelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als negativer Gegenschenkel eine Gold-Palladium-Nickel-Legierung mit 55 bis 71 Gewichtsprozent Au, 24 bis 40 Gewichtsprozent Pd und 0,5 bis 7 Gewichtsprozent Ni verwendet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 448 474.