Способ обработки электродов хромель-алюмелевой термопары Советский патент 1992 года по МПК C21D9/52 C22F1/04 C22F1/11 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу обработки термоэлектродных сплавов, и может быть использовано в приборостроении для изготовления высокостабильных термопар, которые предназначены для измерения температуры в окислительных средах до 1250°С длительно (более 100 ч) и 1350°С кратковременно (менее 1 ч) в промышленных печах, нагревательных устройствах, энергосиловом оборудовании и т.д.

В процессе эксплуатации термоэлектродов из сплавов хромель-алюмель меняется их термоЭДС. Это приводит к тому, что при длительной эксплуатации хромель-алюмелевых термопар показания температуры бывают завышены.

Поэтому необходимо повышать термоэлектрическую стабильность термопары. Установлено, что термоэлектрическая стабильность электродов существенно зависит от термообработки.

Известен способ термической обработки хромелевой проволоки, включающий отжиг при 700-750°С и дополнительный отжиг в течение 10-50 ч при 350-500°С. Данный способ термообработки применяется в настоящее время при изготовлении хромель- алюмелевых термоэлектродов. И хотя термоэлектрическая стабильность Х-А термопар, обработанных по этому способу, выVJ

Сл)

00

4

ю

шё чем при обработке другими способами, однако она недостаточна для применения этой термопары в современных приборах повышенной точности.

Известен способ термической обработ- ки электродов хромель-алюмелевой термопары, согласно которому хромель подвергают отжигу при 700-750°С, а алю- мель - при 900-1000°С в зависимости от диаметра проволоки. Термопары, электро- ды которых обрабатывают по описываемому режиму, не обеспечивают необходимой термоэлектрической стабильности.

Цель изобретения - повышение стабильности термоЭДС термопары при сохра- нении жаростойкости.

Цель достигается тем, что согласно способу обработки электродов хромель- алюмелевой термопары, включающему предварительный отжиг хромелевого элек- трода при 700-750°С и алюмелевого электрода при 900-1000°С, в котором после предварительного отжига на поверхности обоих электродов термическим испарением в вакууме наносят покрытие, осуществляют дополнительный отжиг при температуре, составляющей 0,4-0,45 Тпл. материала покрытия, причем время дополнительного отжига и нанесения покрытия определяют по формуле

04 10 ехр ( ™ ° ) + 10° мр -г-°6т 10 ) + (3 - 4 )4 V 2

Г,ро... ( JV)

8,12 10 «р( - Рв- ° )+V66 -29V1° )+(V-4)4V .

Ттм„. , (

x5O

где т- время дополнительного отжига и нанесения покрытия, мин;

V - скорость , мкм/мин;

Т - температура дополнительного отжи- га и нанесения покрытия, °С, а в качестве материала покрытия на хромель используют хром, на алюмель - алюминий.

Известно, что основной причиной нестабильности термоэлектродных сплавов является их химическое взаимодействие с окружающей средой (окисление), а также испарение компонентов термоэлектродных сплавов (Cr, Mn, AI). Эти процессы приводят к изменению химического состава, главным образом к обеднению сплавов каким-либо одним или несколькими компонентами и, следовательно, к изменению термоЭДС.

Предлагаемый способ предусматривает нанесение на поверхность термоэлектро- дов покрытия из основных легирующих компонентов этих сплавов, которое предохраняет их от селективного окисления и, следовательно, изменения термоЭДС.

Выбор температуры нанесения покрытия, совмещенного с отжигом, обусловлен следующими условиями. Обработка термоэлектродов при температуре ниже, чем 0,4 Тпл. материала покрытия, ведет к образованию трещин и пористости на их поверхности, а также приводит к понижению адгезии наносимого покрытия к материалу термоэлектрода.

Обработка при температуре выше рекомендуемой (0,45 Тпл.) способствует росту зерен конденсированного хрома, появлению пор на границах зерен и капельной конденсации атомов алюминия. Последнее не позволяет получить сплошной конденсат, равномерный по толщине, А также усиливается диффузия, за счет которой образуется протяженный в глубь электрода промежуточный слой, искажающий исходную термоэлектрическую характеристику. Все это снижает стабильность термоЭДС и жаростойкость термоэлектродов.

Способ реализуют следующим образом.

Хромелевый и алюмелевый термоэлектроды подвергали раздельной обработке. Хромель отжигали при 725°С, затем обезжиривали в четыреххлористом углероде, помещали в вакуумную камеру, обезгаживали при 720°С 1 мин в вакууме давлением 5-6 мм рт.ст. Затем нагревали подложку до 780°С и испаряли хром марки ЭРХ. Время испарения 63 с. Толщина конденсата хрома составляла 2,5 мкм. Скорость конденсации покрытия хрома 2,5 мкм/мин.

Аналогичным образом наносили покрытие на алюмель, после его предварительного отжига при 900-1000°С 2 ч и обезгаживали при 500°С 3 мин в вакууме давлением 4-6 10 мм рт.ст. Наносили покрытие из алюминия марки А995Д.

Температуру нагрева алюмеля при конденсации алюминия поддерживали постоянной и равной 300°С. Время испарения алюминия 56 с, толщина конденсата 3,0 мкм, скорость конденсации 3,5 мкм/мин.

В таблице приведены экспериментальные данные по термоэлектрической стабильности и жаростойкости электродов термопары хромель-алюмель, обработанных известным способом и предлагаемым.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ повышает стабильность термоэлектрода из хромеля в 2-8 раз, а алюмеля в 2 раза при сохранении уровня жаростойкости.

Формула изобретения

Способ обработки электродов хромель- алюмелевой термопары, включающий предварительный отжиг хромелевого электрода при 700-750°С и алюмелевого электрода

при 900-1000°С, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности тер- моЭДС термопары при сохранении жаростойкости, после предварительного отжига на поверхность обоих электродов термическим испарением в вакууме наносят покрытие и осуществляют дополнительный отжиг при температуре, составляющей 0,4-0,45 ТПл материала покрытия, причем время нанесения покрытия и дополнительного отжига определяют по формулам

TxpOMI/IR

-)+(S -4)4V

f ,.84 1B«.,p()+Y1B

Mi ( - «i 4 )+v6n.io..p -; °«:.1°i )+(a-4)4v (IsvI

где т- время дополнительного отжига и нанесения покрытия, мин;

V - скорость мкм/мин;

Т-температура дополнительного отжи- га и нанесения покрытия, °С,

а в качестве материала покрытия на хромель используют хром, на алюмель-алюминий.

)

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу обработки термоэлектродных сплавов, и может быть использовано в приборостроении для изготовления высокостабильных термопар, предназначенных для измерения температуры в окислительных средах до 1250°С длительно (более 100 ч) и 1350°С кратковременно (менее 1 ч) в промышленных печах, нагревательных устройствах, энергосиловом оборудовании и т.д. Целью изобретения является повышение стабильности термоЭДС термопары при сохранении жаростойкости. Способ включает предварительный отжиг хромеле- вого электрода при 700-750°С и алюмелево- го электрода при 900-1000°С. После предварительного отжига на поверхность обоих электродов термическим испарением в вакууме наносят покрытие и осуществляют дополнительный отжиг при температуре, составляющей 0,4-0,45 ТПл материала покрытия, причем время нанесения покрытия и дополнительного отжига определяют по формуле. Способ позволяет повысить стабильность термоЭДС хромель-алюмеле- вых термопар. 1 табл. сл с

Термоэлектрическая стабильность дана после предварительного окисления при С 1 ч. Предварительный отжиг хромеля Т 700-75С С 2 ч; алюмеля T 900-1000°C 2 ч. Скорость конденсации хрома 2,5 мкм/мин, алюминия - мкм/мин.