Способ обработки электродов хромель-алюмелевой термопары

 

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 хромелевого электрода при 700-750°С и алюмелевого 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-алюмелевых термопар. 1 табл. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4801718/02 (22) 14.03,90 (46) 07,05.92. Бюл. № 17 (71) Госуда рст вен н ый научно-исследо вательский, проектный и конструкторский институт сплавов и обработки цветных металлов " Гипроцветметобработка" (72) B.À.Õoëìÿíñêèé, О.С.Сергунина, И,Н.Графас и В.А.Маслоэский (53) 621,785.369 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 194870, кл. С 21 D 9/52, 1966. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОДОВ

ХРОМ ЕЛ Ь-АЛ Ю МЕЛ ЕВОЙ ТЕ РМОПАРЫ (57) 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 окисИзобретение 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-алю„„Ы ÄÄ 1731842 А1 (я)5 С 21 D 9/52, С 22 F 1/04, 1/11 лительных средах до 1250 С длительно (более 100 ч) и 1350 С кратковременно (менее

1ч) в промышленных печах, нагревательных устройствах, знергосиловом 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 алюмелевого 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-алюмелевых термопар. 1 табл. мелевых 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 хромельалюмелевых термоэлектродов. И хотя термоэлектрическая стабильность Х-А термопар, обработанных по этому способу, вы1731842 ше чем при обработке другими способами, однако она недостаточна для применения этой термопары в современных приборах повышенной точности.

Известен способ термической обработки электродов хромель-алюмелевой термопары, согласно которому хромель подвергают отжигу при 700 — 750 С, а алюмель — при 900-1000 С в зависимости от диаметра проволоки. Термопары, электроды которых обрабатывают по описываемому режиму, не обеспечивают необходимой термоэлектрической стабильности, Цель изобретения — повышение стабильности термоЭДС термопары при сохранении жаростойкости, Цель достигается тем, что согласно способу обработки электродов хромельалюмелевой термопары, включающему предварительный отжиг хромелевого электрода 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 Т(п. материала покрытия, причем время дополнительного отжига и нанесения покрытия определяют по формуле

424 10 epp() 10 1044хр )+(2 — 4)4V

4. 1 44р

2Ч

1 авммолю (2Ч где т — время дополнительного отжига и нанесения покрытия,мин;

V — скорость, мкм/мин;

Т вЂ” температура дополнительного отжига 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, Мп, Al), 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 термоэлектродов 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

5 0,4 Т ))). материала покрытия, ведет к образованию трещин и пористости на их поверхности, а также приводит к понижению адгезии наносимого покрытия к материалу термоэлектрода, 10 Обработка при температуре выше рекомендуемой (0,45 Т(1) .) способствует росту зерен конденсированного хрома, появлению пор на границах зерен и капельной конденсации атомов алюминия. Последнее не по15 зволяет получить сплошной конденсат, равномерный по толщине, А также усиливается диффузия, за счет которой образуется протяженный в глубь электрода промежуточный слой, искажающий исходную термо20 электрическую характеристику. Все это снижает стабильность термоЭДС и жаростойкость термоэлектродов, Способ реализуют следующим образом.

Хромелевый и алюмелевый термоэлект25 роды подвергали раздельной обработке.

Хромель отжигали при 725 С, затем обезжиривали в четыреххлористом углероде, помещали в вакуумную камеру, обезгаживали при 720ОC 1 мин в вакууме давлением 5 — 6

30 10 мм рт.ст. Затем нагревали подложку до

780 С и испаряли хром марки 3РХ. Время испарения 63 с. Толщина конденсата хрома составляла 2,5 мкм. Скорость конденсации покрытия хрома 2,5 мкм/мин.

35 Аналогичным образом наносили покрытие на алюмель, после его предварительного отжига при 900 — 1000 Ñ 2 ч и обезгаживали при 500 С 3 мин в вакууме давлением

4 — 6 10 мм рт1ст. Наносили покрытие из

40 алюминия марки А995Д.

Температуру нагрева алюмеля при конденсации алюминия поддерживали постоянной и равной 300 С. Время испарения алюминия 56 с, толщина конденсата 3,0

45 мкм, скорость конденсации 3,5 мкм/мин.

В таблице приведены экспериментальные данные по термоэлектрической стабильности и жаростойкости электродов термопары хромель-алюмель, обработан50 ных 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 жаростойко55 сти.

Формула изобретен я

Способ обработки электродов хромельалюмелевой термопары, включающий предварительный отжиг хромелевого электрода при 700 — 750 С и алюмелевого электрода

1731842 при 900 — 1000 С, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности термоЭДС 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 Тпп материала покрытия, причем время нанесения покрытия и дополнительного отжига определяют по формулам

0,24 10(° ((p (-2,00 1О ) + тереееее ( т ь (((((- (v

Ь 12 10е ее9 (-2,99 1О

5 тел(еем ° (00 10 ец 99 0 )+(2-9) ° V

2Ч где t- время дополнительного отжига и нанесения покрытия,мин;

V — скорость мкм/мин;

Т вЂ” температура дополнительного отжига и нанесения покрытия, С, а в качестве материала покрытия на хромель используют хром, на алюмель — алюминий.

Жаростойкость по привесу мг/смэ эа

100 ч

Время сквоэ

Термоэлектрическая стабильность мВ, при температуре, Коэ(р(ри ц иент" 9 при параметре скорости. мкм

Режимы осуществления способа

Способ

Иатериал ного окисления при

Т=1350 С, Ч

900 1000 1100

Время, мин

Темпе300 600 900 ратура, С г,3

7,1

7,3г

О,1

Иэвестный

Хрсмель

Алюмель

Предла-+(( гаемый о

Термоэлектрическая стабильность дана после предварительного окисления при T=1350 C 1 ч.

Предварительный отжиг хромеля T=700-750 С 2 ч; алюмеля T=900-1000 С 2 ч. а Ь о

Скорость конденсации хрома 2,5 мкм/мин, алюминия - 3,5 мкм/мин.

«%9

50

Составитель Е. Носырева

Редактор Н, Лазаренко Техред М,Моргентал Корректор Т. Палий

Заказ 1558 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Хромель

Алюмель

Хромель

Алюмель

Хромель

Алюмель

Хромель

Алюмель

Хромель

Алюмель

700-750

900-1IOO

81о

200

l 1

0,9

0,8

0,6

1,6

1,2

2,0

1,8

0,4

0,3

3,4 8,25

О,1 0,1

1,76 2,52

0,05 0,06

1,93 3,07

0,05 0,06

1,81 3,18

0,06 0,06

2,53 4,22

0,2 0,15

2,42 4,36

0,1 0,1

0,25

0,05

0,32

0,05 о,41

0,05

1,73

0,2

2,01

0,9

3

4,5

11

3,5

3,3

0,59

2,8

0,71

2,9

0,65

2,75

1,25

3,4

1 3

3,5

3,14 2,64

12,0 18,3

0,18 0,52

6,2, 6,8

0,27 0,64

6,4 6,92

0,22 0,58

6,62 6,85

1,33 1,1

8,4 8,6

1,5 1,15

8,5 8,7