Термопара

 

Сущность изобретения отрицательный термоэлектрод термопары на основе железа содержит, мас.%: хром 15-27. алюминий 3,5-8, титан 0,1-0,6, ниобий 0,1-0,8, окись иттрия 0,1-1,5. Положительный термоэлектрод выполнен из сплава на основе никеля, который содержит хром 16-21 мас,% и по крайней мере один окисел из группы: Y20.3, Zr02 Hf02 0,5-4 мае. %.1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 К 7/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4847004/10 (22) 04.07,90 (46) 23.09.92. Бк)л. ¹ 35 (71) Научно-пролзводственное объединение

"Всесоюзныл институт авиационных материалов (72) В.M,×èpêèí. Б,H,Áàáè÷. Н.И.Талакин, А,С.Исайкин, И,cD,Çåìíóõoâ, А,И.Скорочкин и M.Ã.Ñìèðíoâ (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 351097, кл. G 01 К 7/02, 1970, Авторское свидетельство СССР

¹ 866421, кл. G 01 К 7/02, 1980, Изобретение относится к области измерения высоких температур с использованием термоэлектрических датчиков, в частности, к выбору материалов термопар, предназначенных для эксплуатации в окислительHых средах, Известна термопара на основе неблагородных металлов, один термоэлектрод которой выполнен из сплава на основе железа, а другой термоэлектрод — из сплава на основе никеля (1}. Ее недостатком является возможность эксплуатации не выше 1300 С.

Известна термопара на основе неблаГородных металлов для работы в окислительных средах при температурах до 1400 С, отрицательный термоэлектрод которой выполнен из сплава на основе железа, содержащего в % мас,: хром 18 — 31, алюминий

3 — 8, по крайней мере один элемент из группы, включающей кобальт, титан, ниобий,—

0,05 — 2,2, а положительный термоэлектрод выполнен из сплава на основе хрома, содержащего по крайней мере один элемент из группы, включающей ванадий, титан, тан,, Ы„„1763905 Al (54) ТЕРМОПАРА (57) Сущность изобретения. отрицательный термоэлектрод термопары на основе железа содержит, мас.%: хром 15-27. алюминий

3,5-8, тйтан 0,1-0,6, ниобий 0,1-0,8, окись иттрия 0,1 — 1,5. Положительный термоэлектрод выполнен из сплава на основе никеля, который содержит хром 16-21 мас,% и по крайней мере один окисел из группы; У20з, ЕГО Hf02 0,5 — 4 мас, %.1 табл, тал, рений, в количестве 0,05 — 2,2% мас, При этом один или оба электрода могут содержать дополнительно по крайней мере один элемент из группы, включающей иттрий, лантан, церий, бор. в количестве 0,005-2% мас, f2)

Недостатком известной термопары является низкая вибростойкость, ограничивающая возможность ее использования для измерения температур объектов, работающих в условиях высокочастотной вибрации.

Этот недостаток, вероятно, связан с охрупчиванием термоэлектродов в процессе эксплуатации.

Целью изобретения является повышение вибростойкости при работе в окислительных средах.

B предлагаемой термопаре поставленная цел ь достигается тем, что ее отрицательный термоэлектрод выполнен из сплава на основе железа, содержащего хром, алюминий, титан, ниобий и дополнительно окись иттрия при следующем соотношении компонентов, % мас.: хром 15 — 27; алюминий 3,5—

1763905

15 — 27;

3,5-8,0;

0,1 — 0,6;

0,1 — 0,8;

0,2 — 1,5; остальное, 8; титан 0,1-0,6; ниобий 0,1 — 0,8; окись иттрия 0,2 — 1,5; железо — остальное, а положительный термоэлектрод выполнен из сплава на основе никеля, содержащего хром в количестве 16 — 21 мас, и по крайней мере один окисел из группы, содержащей УгОз, УгОг, Н1О, в количестве 0,5 — 4 мас. /.

При содержании в отрицательном термоэлектроде хрома менее 15, алюминия менее 3,5/, титана и ниобия менее 0,1/ каждого и окиси иттрия менее 0,2 вибростойкость снижается, возможно, вследствие снижения структурной стабильности и повышения окисляемости; при содержании хрома более 27/, алюминия более 8/, титана более 0,6, ниобия более 0,8 / и окиси иттрия более 1,5/ вибростойкость также снижается, вероятно, из-за появления новых фазовых составляющих.

При содержании в положительном термоэлектроде хрома менее 16/ и тугоплавких окислов менее 0,5/ вибростойкость снижается, возможно, из-за проявления интеркристаллитного окисления; при содержании хрома более 21 и тугоплавких окислов более 4 вибростойкость снижается, возможно, из-за ухудшения релаксационных свойств.

Предлагаемая термопара развивает

ТЭДС 2,2 — 2,6 мВ при 100 С, 8,3 — 8,4 MB npu

500 С, 14,9 — 15,2 мВ при 1000 С, 18,2 — 18,5 мВ при 1400 С, По величине и стабильности

ТЭДС и по температурному уровню эксплуатации предлагаемая термопара не уступает термопаре-прототипу, превосходя последнюю rio вибростойкости.

Изобретение осуществляется следующим образом. Для приготовления отрицательных термоэлектродов в виде проволоки смесь порошков железа, хрома, железоалюминиевой лигатуры (в весовом соотношении 55:45), титана, ниобия и окиси иттрия, взятую в расчетном весовом соотношении, подвергают механическому легированию в аттриторе в среде аргона.

Полученный порошок засыпают в стальные капсулы, которые герметизируют под вакуумом и зкструдируют на прутки при температуре 1100 С с вытяжкой 20;1. Прутки прокатывают в калибрах при 800 — 1000 С до диаметра 8 мм, после чего химически стравливают технологическую оболочку и проводят холодное волочение с промежуточными отжигами при 100 С после обжатий на 1520 / до получения проволоки диаметром 1,2 мм.

Для приготовления положительных термоэлектродов в виде проволоки химическим соосаждением из растворов азотнокислых солей с последующей сушкой, термическим

40 разложением и селективным водородным восстановлением получают порошки никеля с диспергированными в них частицами тугоплавких окислов; эти порошки смешивают с порошком хрома, прессуют цилиндрические заготовки, которые после зачехления в стальные технологические оболочки и герметизации под вакуумом экструдируют при

1100 С с вытяжкой 16:1 на прутки диаметром 9 мм; после химического стравливания оболочки прутки волочат вхолодную с промежуточными отжигами при 1100 С после обжатий на 10 — 15/ до диаметра 1,2 мм.

Тарировку термопар ведут по образцовой платино-платинородиевой термопаре с использованием потенциометра класса

0,05.

Вибростойкость термопар определяют при замере или температуры образцов, испытывающихся на газодинамическом стенде с температурой до 1400 С при частоте

200 Гц и перегрузках 6,4 g, В тех же условиях испытывают термопару-прототип с отрицательным термоэлектродом из проволоки состава (в по массе): 24,5 хрома, 6,3 алюминия,0,3 кобальта,0,4/ церия,0,4 титана, железо — остальное и положительным термоэлектродом из проволоки состава; 0,6 тантала, 0,5 / лантана, 0,1 / рения, хром — остальное.

Приведенные в таблице результаты испытаний подтверждают эффективность предлагаемой термопары на основе неблагородных металлов, которая не уступает термопаре-прототипу по температурному уровню эксплуатации и величине ТЭДС, обеспечивая при этом по крайней мере трехкратное повышение числа циклов до разрушения при вибрационных нагрузках.

Применение предлагаемой термопары может обеспечить значительный экономический эффект за счет экономии и изъятия из оборота металлов платиновой группы.

Формула изобретения

Термопара с отрицательным термоэлектродом из сплава на основе железа, содержащего хром, алюминий, титан и ниобий, отличающаяся тем, что, с целью повышения вибростойкости при работе в окислительных средах, отрицательный термоэлектрод дополнительно содержит окись иттрия при следующем соотношении компонентов, мас. /: хром алюминий титан ниобий окись иттрия железо

1763905 а положительный термоэлектрод выполнен из сплава на основе никеля, содержащего хром в количестве 16-21 Mac % и по крайней мере один окисел из группы, содержащей

У20з, Ег02, Hf02 в количестве 0,5-4,0 мас.%, тЭДС, ме"

Вибро" стой" кость, циклов

Химический состав термоэлектродов, в Ф по массе

er пп

1000 С 1400 С юложительный отрицательный

2о 11 13 ост ост.

2,4

1,2 1,5

19

18 н

21 0,5

Термопара - прототип о

Тарировка при температуре хогюдного спал 0 С

Составитель Б.Бабич

Техред M.Ìîðãåíòàë - - Корректор З.Салко

Редактор

Заказ 3450 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

1 20 45

2 20 6,5 3 20 4

4 15 8

5 27 3,5

0,3 0,3 0,6

0,4 0,5 0,6

0,5 0,6 1,4 о,1 О,8

0,6 0,1 0,2

13,15

13,19

13,20

13,16

13,17

13,29

18,24

18,31

18,30

18,ã7

18,27

18,25

7,4 10о

2,6 10

8,9 1o

3,2 1Оа

6,1 ° 10ь

2,7 10