DE1145800B

DE1145800B - Nickellegierung mit besonderer, nicht konstanter Thermokraftcharakteristik gegen Platin

Info

Publication number: DE1145800B
Application number: DED28127A
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Obrowski; Carola V Seelen
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1958-05-17
Filing date: 1958-05-17
Publication date: 1963-03-21

Description

Nickellegierung mit besonderer, nicht konstanter Thermokraftcharakteristik gegen Platin Die Erfindung betrifft Nickellegierungen für den Minusschenkel von Thermoelementen, die sich durch eine besondere Temperaturcharakteristik auszeichnen.
Als Minusschenkel für verschiedene Thermoelemente sind Nickellegierungen mit vorwiegend über 90% Nickel gebräuchlich. Solche Nickellegierungen werden als Minusschenkel für Thermoelemente z. B. mit Fe, Ni 10 % Cr-, Ni 20 % Cr-, Ni 15 % Cr 15 % Fe-, Ni l8 % Mo-Legierungen verwendet. Die Minusschenkel erhalten neben dem Hauptbestandteil Nickel Zusätze an anderen Metallen, wie Mangan, Silicium, Kobalt, Aluminium, Magnesium, Calcium, Eisen, Titan, Kupfer, Cer u. a. einzeln und zu mehreren. Die verwendeten Zusätze sollen einmal die Ni-Legierungen gegen bestimmte Korrosionsangriffe bei hohen Temperaturen beständig machen und zum anderen als feste Lösung im Nickel-Mischkristall die Thermospannung dieser Legierungen in charakteristischer Weise verändern.
Ein Zusatz von Mangan z. B. macht die Nickellegierung weitgehend beständig gegen den Angriff von Schwefelverbindungen, der beim reinen Nickel eine rasche Versprödung des Materials herbeiführen würde; ein Zusatz von Aluminium verbessert das Zunderverhalten der Nickellegierungen bei hohen Temperaturen. Ähnlich wirken Zusätze von Silicium oder Erdalkali-und Erdmetallen. Magnesium wird gern zur Erleichterung der Erschmelzung der Legierungen zugesetzt.
Auf die Thermospannung der Nickellegierungen wirken die verschiedenen Zusätze unterschiedlich. So wird z. B. die Thermospannung des Nickels gegen Platin durch den Zusatz von 1% Aluminium in anderer Weise verändert als durch den Zusatz von 1% Silicium. Auch geht die Veränderung der Thermospannung des Nickels durch verschiedene Zusätze nicht stets in linearer Weise proportional mit der Temperatur, vielmehr sind Zusätze bekannt, die im Temperaturbereich bis zu 400°C die Thermospannung in stärkerer Weise verändern, als bei höheren Temperaturen. Bei vielen reinen Metallen, die keine polymorphe Umwandlung durchlaufen, ist die Thermospannung linear abhängig von der Temperatur, d. h. der Wert der Thermokraft dE/dT in #tV/°C (E= Thermospannung; T = Temperatur) ist bis nahe an den Schmelzpunkt konstant. Auch bei vielen Legierungen, die im homogenen Mischkristallzustand vorliegen, ist dies der Fall, doch sind auch eine Anzahl Legierungen bekannt, bei denen der Wert dE/dT sich mit der Temperatur stetig ändert oder ein Maximum oder Minimum durchläuft.
Für die Temperaturmessung mit Thermoelementen werden bekanntlich zwei verschiedene Metall-Legierungen verwendet, deren gemeinsame Thermospannung als Maß der Temperatur dient. Die Temperaturcharakteristik eines Thermoelementes soll möglichst linear mit der Temperatur verlaufen, denn dies erleichtert die Eichung von Geräten und die Umrechnung des elektrischen Meßwertes in den jeweiligen Temperaturwert. Da die Thermospannung eines Thermoelementes von der Zusammensetzung der beiden Einzelschenkel abhängig ist, kann sie durch Veränderung des einen der beiden Schenkel verändert werden. Wenn also für den positiven Schenkel, z. B. aus Gründen der guten Verarbeitbarkeit, eine Legierung verwendet werden soll, deren Thermospannung gegen Platin als Normal keine lineare Temperaturcharakteristik besitzt, so kann doch die Temperaturcharakteristik der Thermospannung eines Thermoelementes aus diesem positiven Schenkel mit einer Legierung als negativem Schenkel zu einer linearen Temperaturcharakteristik des Thermoelementes führen, vorausgesetzt, daß die Legierung für den Minusschenkel ebenfalls eine entsprechend abweichende Temperaturcharakteristik gegen das Platin-Normal aufweist.

Solche Legierungen sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Es handelt sich um eine Nickellegierung, deren dE/dT-Werte in Abhängigkeit von der Temperatur ein Maximum bei etwa 350°C und ein flaches Minimum bei etwa 600°C durchlaufen und deren Thermospannung gegen Platin in Abhängigkeit von der Temperatur folgende Werte im mV haben soll:

0

0 C . . . . . . . . . . . 0,0 6000C . . . . . . . . . -5,80

1000C . . . . . . . . . -1,46 7000C . . . . . . . . . -6,66

2000C . . . . . . . . . -2;47 8000C . . . . . . . . . -7,46

3Q0oC . . . . . . . . . -3,29 900aC . . . . . . . . . -8,21

400aC . . . . . . . . . -4,08 1000oC . . . . . . . . . -8,92

5000C . . . . . . . . . -4.,92

Die Lösung der gestellten Aufgabe war nur möglich, weil überraschenderweise gefunden wurde, daß gewisse Legierungszusätze zu Nickel bzw. zu Nickellegierungen in jeweils verschiedener Weise wirksam sind und zu der oben angegebenen Temperaturabhängigkeit der Thermokraft führen.

Um zu der oben geforderten Thermospannung gegen Platin zu gelangen, ist eine genaue Abstimmung der neben Nickel in der Legierung vorhandenen Zusatzmetalle notwendig. Legierungen gemäß der Erfindung, die die oben angegebenen Bedingungen bezüglich der Thermospannung gegen Platin erfüllen und darüber hinaus gegen die üblicherweise auftretenden Korrosionsangriffe ausgezeichnet beständig sind, liegen im Bereich nachstehender Zusammensetzung: 2,5 bis 3,4 °/o Mn, 3,35 bis 3,70 °/o Al, 0,85 bis 1,05 °/o Fe, Rest Nickel. Besonders bewährt hat sich eine Legierung aus 3 % Mn, 3,5 °/o Al, 0,95 °/o Fe, Rest Nickel.
Als Plusschenkel eines Thermoelementes in Kombination mit den beanspruchten Legierungen eignen sich an sich bekannte Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen; z. B. mit 89 °/a Nickel, 10 °/o Chrom, 10/, Eisen und insbesondere eine noch nicht zum Stande der Technik gehörende Legierung mit 9,6 bis 10,5 °/0 Chrom; 1;8 bis 3 °/o Eisen, 0,25 bis 10/, Calcium; Rest Nickel.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Nickellegierung zur Verwendung als negativer Schenkel für Thermoelemente mit gegen Platin nichtlinearer Temperaturcharakteristik, wobei die Kurve für dE/dT zwischen 300 und 400°C ein Maximum und zwischen 500 und 700°C ein flaches Minimum durchläuft, bestehend aus 2,5 bis 3,4°/0 Mangan; 3,35 bis 3,700/, Aluminium, 0,85 bis 1,05 °/o Eisen, Rest Nickel. 2: Nach Anspruch 1 zu verwendende Legierung, bestehend aus 3,00/0 Mn, 3,50/, Al; 0,950/0 Fe> Rest Nickel. 3. Nach Anspruch 1 oder 2 zu verwendende Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu 0,10"/, von an sich bekannten desoxydierenden oder die Verarbeitung erleichternden Zusätzen an Mg, Si, Co einzeln oder gemeinsam enthält: