一种钨铼热电偶高温抗氧化涂层的致密化方法技术

本发明专利技术属于温度测量技术领域，更具体地，涉及一种钨铼热电偶抗氧化涂层的致密化方法。所述钨铼热电偶抗氧化涂层附着于钨铼热电偶基体表面，包括过渡层以及位于所述过渡层表面的氧阻挡层，所述过渡层材料的热膨胀系数介于所述钨铼热电偶基体材料与所述氧阻挡层选用的材料之间；对所述钨铼热电偶抗氧化涂层进行等静压和热处理，使得该抗氧化涂层更加致密，微裂纹更少，孔隙率更低，同时热应力得到释放，使得钨铼热电偶抗氧化涂层厚度减小40％以上，同时该涂层2000℃以上有氧环境下的耐氧烧蚀能力显著增强，由此解决2000℃以上超高温有氧环境中长时间接触式温度测量的问题。

Densification method of high temperature oxidation resistant coating for wolfram rhenium thermocouple

The invention belongs to the field of temperature measurement technology, and more specifically relates to a densification method of tungsten rhenium thermocouple anti oxidation coating. The tungsten rhenium thermocouple antioxidant coating is attached to the matrix surface of the tungsten rhenium thermocouple, including the transition layer and the oxygen barrier layer on the surface of the transition layer. The thermal expansion coefficient of the transition layer material is between the materials selected by the tungsten rhenium thermocouple matrix material and the oxygen barrier layer, and the oxidation resistance of the tungsten rhenium thermocouple is antioxidation. The isostatic pressure and heat treatment of the coating make the antioxidant coating more compact, less micro crack, lower porosity and release of thermal stress, which reduces the thickness of the oxidation resistance coating of the tungsten rhenium thermocouple by more than 40%, and the ability to resist oxygen ablation in the oxygen environment above 2000 degrees centigrade is significantly enhanced, thereby solving 2000 of the coating. The problem of long time contact temperature measurement in the super high temperature and aerobic environment at above centigrade.

【技术实现步骤摘要】
一种钨铼热电偶高温抗氧化涂层的致密化方法
本专利技术属于温度测量
，更具体地，涉及一种钨铼热电偶抗氧化涂层的致密化方法。
技术介绍
对于1600℃以上超高温度的测量，目前多采用非接触(红外、光学等)方法测量，但非接触方法不仅响应速度慢，而且测温精度远不如采用热电偶进行直接接触式测温。铂铑(Pt-Rh)热电偶、镍铬-镍硅热电偶、铁-康铜热电偶和钨铼(W-Re)热电偶是比较常见的几种高温热电偶，其中钨铼热电偶与其它热电偶相比，具有明显的优势：(1)熔点高(>3000℃)，强度大，抗热震性好，化学性质稳定；(2)热电动势大(约为铂铑热电偶的2～3倍)，灵敏度高；(3)测温范围大，工作温度上限可达2800℃；(4)价格便宜(约为铂铑热电偶的十分之一)。然而，钨铼热电偶在有氧环境下从300℃左右即开始氧化，只适用于还原、惰性、真空等环境的高温测量，不能在高温氧化性气氛中应用。因此，如何提高钨铼热电偶抗氧化能力，一直是国内外高温测量领域高度关注的课题。目前在有氧环境下使用钨铼热电偶测温，一般采取两种方式：一种是一次性测量使用，即每次测温时间很短，热电偶氧化失效后即不再使用或重新处理加工后使用，另一种方式是对热电偶采取抗氧化处理。目前商业化的钨铼热电偶防氧化技术主要为铠装保护法，即采用石英、刚玉、难熔金属以及高温陶瓷等作为保护管，装入钨铼热电偶后抽空密封、充惰性气体密封或充填惰性粉体密封，在保护管内为热电偶人为创造出非氧化性气氛，使其在氧化蚀损前完成测温使命，但这种不可拆卸的实体型抗氧化热电偶，存在以下问题：(1)热电偶使用温度受保护管耐温能力的限制，通常低于1800℃；(2)热电偶铠装保护后体积和重量增大，在体积要求比较严格的系统中使用受到限制；(3)采用套管和填充物质保护后，热电偶的响应速度受到很大影响。通过在钨铼热电偶表面涂覆抗氧化涂层，在不影响响应速度的前提下，提高热电偶在高温空气及其它高温氧化气氛中的测温上限、延长测温工作时间，是解决以上问题的比较理想的方法。实际上，国内外这方面的研究从上世纪六十年代起就已开展，但始终未见持续性的公开报道，而且全球范围内至今没有相关产品投入实际使用。本专利技术提出了一种新型的用于钨铼热电偶表面的高温抗氧化涂层结构及其致密化方法，使之能实现2000℃以上超高温有氧环境下的长时间接触式测温。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种钨铼热电偶抗氧化涂层的致密化方法，其目的在于通过对与钨铼热电偶基体直接相接触的抗氧化涂层先后或同时进行等静压和热处理，使得钨铼热电偶抗氧化涂层厚度减小40～50％，同时该涂层2000℃以上有氧环境下的耐氧烧蚀能力显著增强，由此解决2000℃以上超高温有氧环境中长时间接触式温度测量的问题。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种钨铼热电偶抗氧化涂层的致密化方法，所述钨铼热电偶抗氧化涂层附着于所述钨铼热电偶基体表面，所述抗氧化涂层包括过渡层以及位于所述过渡层表面的氧阻挡层，所述过渡层材料的热膨胀系数介于所述钨铼热电偶基体材料与所述氧阻挡层选用的材料之间；该致密化方法即为将所述钨铼热电偶抗氧化涂层进行等静压和热处理。优选地，对所述钨铼热电偶抗氧化涂层进行20～100MPa等静压处理10～30分钟，然后在惰性气体保护气氛下，在750℃～1050℃进行1～3小时的保温处理，降温至常温后取出，完成退火工艺。进一步优选地，升温速率为3～6℃/min。优选地，对所述钨铼热电偶抗氧化涂层进行20～100MPa等静压处理10～30分钟，然后在惰性气体保护气氛下，在1400～1600℃进行1～3小时的保温处理，进行无压烧结工艺。进一步优选地，所述无压烧结工艺包括如下子步骤：(1)以3～6℃/min的升温速率加热至400～600℃，保温1～3小时，进行预烧结；(2)以2～4℃/min的升温速率加热至1400～1600℃，保温1～3小时，进行烧结；(3)以2～4℃/min的降温速率降温至300～500℃；(4)待样品自然降温至常温后取出。优选地，在惰性气体保护气氛下，在压力10～20MPa，温度1250～1450℃对所述钨铼热电偶抗氧化涂层进行1～3小时的保温处理，泄压后取出样品，进行热等静压烧结工艺。进一步优选地，在压力为10～20MPa的惰性气体保护气氛下，进行如下步骤的烧结工艺：(1)以4～7℃/min的升温速率加热至350～450℃，保温1～2小时，进行预烧结；(2)以3～4℃/min的升温速率加热至1250～1450℃，保温1～3小时，进行热等静压烧结；(3)以3～4℃/min的降温速率降温至300～500℃；(4)待样品自然降温至常温后取出。优选地，所述过渡层选用的材料选自氮化钛、碳化钨、钽、碳化钽、硅化钨或氧化镁；所述过渡层优选为10～100微米的薄膜层。优选地，所述氧阻挡层为不低于2层的多层结构，所述氧阻挡层中各层材料热膨胀系数向远离所述钨铼热电偶基体的方向逐渐增大，所述氧阻挡层中各层材料的耐氧烧蚀能力向远离所述钨铼热电偶基体的方向也逐渐增大。优选地，所述氧阻挡层总厚度不大于200微米。优选地，所述氧阻挡层选用的材料为在2000℃以上能起到氧阻挡或耐氧烧蚀作用的难熔金属氧化物、硼化物或氮化物。优选地，通过磁控溅射法、热喷涂法、化学气相沉积法或包埋法在所述钨铼热电偶基体表面制备得到所述过渡层。优选地，通过化学气相沉积法、热喷涂法或溶胶凝胶法在所述过渡层表面制备得到所述氧阻挡层。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1)本专利技术通过对钨铼热电偶表面的高温抗氧化涂层进行等静压和热处理，使得该抗氧化涂层更加致密，微裂纹更少，孔隙率更低；2)本专利技术通过对钨铼热电偶表面的抗氧化涂层进行热处理，使得其涂层应力得到部分释放，对其使用寿命起到很大提高；3)本专利技术提出的致密化方法使得抗氧化涂层结合更紧密，更不容易脱离，附着力得到很大提高；4)本专利技术涂层致密化方法处理后的涂层在高温下对氧的阻挡作用更加明显，高温抗氧化能力得到较大提高；5)本专利技术钨铼热电偶抗氧化涂层直接附着于钨铼热电偶基体表面，该抗氧化涂层包括过渡层和位于过渡层表面的氧阻挡层，过渡层直接位于钨铼热电偶丝表面，厚度为10～100微米，设置过渡层使得钨铼热电偶表面涂层的附着力得到很大提高；过渡层材料的热膨胀系数介于钨铼热电偶基体和氧阻挡层材料之间，涂层在高温下的热应力大大减小；6)本专利技术提出的钨铼热电偶抗氧化涂层结构中包含有多层结构的氧阻挡层，该多层结构中的氧阻挡层存在成分梯度和浓度梯度，即通过调整每一层材料种类或材料之间的配比，使得形成的氧阻挡层在靠近钨铼热电偶基体的氧阻挡层材料热膨胀系数与基体热膨胀系数之差的绝对值不大于6×10-6K-1，且氧阻挡层中各层材料热膨胀系数向远离钨铼热电偶基体的方向逐渐增大，氧阻挡层中各层材料的耐氧烧蚀能力向远离钨铼热电偶基体的方向也逐渐增大。这样，相比简单的钨铼基体与单一氧阻挡层的组合，它将原本热膨胀系数大的差异通过成分梯度或浓度梯度以渐变的形式分散到了层与层之间，使得热膨胀系数由内而外缓缓增大，有效减小了钨铼热电偶高温抗氧化涂层的热应力，同时增大了钨铼热电偶高温抗氧化涂层的附着力。附图说明图1是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钨铼热电偶抗氧化涂层的致密化方法，其特征在于，所述钨铼热电偶抗氧化涂层附着在所述钨铼热电偶基体表面，所述抗氧化涂层包括过渡层以及位于所述过渡层表面的氧阻挡层，所述过渡层材料的热膨胀系数介于所述钨铼热电偶基体材料与所述氧阻挡层选用的材料之间；该致密化方法为将所述钨铼热电偶抗氧化涂层进行等静压和热处理。

【技术特征摘要】
1.一种钨铼热电偶抗氧化涂层的致密化方法，其特征在于，所述钨铼热电偶抗氧化涂层附着在所述钨铼热电偶基体表面，所述抗氧化涂层包括过渡层以及位于所述过渡层表面的氧阻挡层，所述过渡层材料的热膨胀系数介于所述钨铼热电偶基体材料与所述氧阻挡层选用的材料之间；该致密化方法为将所述钨铼热电偶抗氧化涂层进行等静压和热处理。2.如权利要求1所述的致密化方法，其特征在于，对所述钨铼热电偶抗氧化涂层进行20～100MPa等静压处理10～30分钟，然后在惰性气体保护气氛下，在750℃～1050℃进行1～3小时的保温处理，降温至常温后取出，完成退火工艺。3.如权利要求2所述的致密化方法，其特征在于，升温速率为3～6℃/min。4.如权利要求1所述的致密化方法，其特征在于，对所述钨铼热电偶抗氧化涂层进行20～100MPa等静压处理10～30分钟，然后在惰性气体保护气氛下，在1400～1600℃进行1～3小时的保温处理，进行无压烧结工艺。5.如权利要求4所述的致密化方法，其特征在于，所述无压烧结工艺包括如下子步骤：(1)以3～6℃/min的升温速率加热至400～600℃，保温1～3小时，进行预烧结；(2)以2～4℃/min的升温速率加热至1400～1600℃，保温1～3小时，进行烧结；(3)以2～4℃/min的降温速率降温至300～500℃；(4)待样品自然降温至常温后取出。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈实，邱新潮，徐健博，张博文，杨晓非，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42