一种高稳定性、低成本的高温热电偶的制作方法技术

一种高稳定性、低成本的高温热电偶的制作方法，其特征在于：所述的高稳定性、低成本的高温热电偶的制作方法，是对K或N型热电偶表面进行渗铝处理，对K或N型热电偶进行渗铝处理获得Ni-Al合金相后，进一步作高温稳定化处理，处理温度为900~1200?°C，时间为5~100h，气氛为空气或含氧气氛。本发明专利技术优点：本发明专利技术具体提出的高稳定性、低成本的高温热电偶的制作方法，可解决现有通用的低成本K或N型热电偶稳定性低以及高温寿命短的问题，成本较低，并适于规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及温度传感器
，特别提供了一种高稳定性、低成本的高温热电偶的制作方法。
技术介绍
温度特别是在高温环境下的精确测量是现代冶金、化工、热处理和能源动力等工业部门健康运行的重要基础之一，特别是对航空发动机和燃气轮机热端部件的安全和稳定运行极其关键。工业上对高温下温度的精确测量大量使用的是金属热电偶[参见文献林开华，热电偶的测温原理和基本定则，氮肥技术，2期(1995) 23-27]，常见金属热电偶的结构是一端连接的两种不同成分的金属或合金丝。常见金属热电偶的型号有E、J、K、N(K的改进型)、R、S、T等，可在600° C以上长期使用的为K、N、R、S、T型热电偶。其中R、S、T型热电偶高温稳定性较高，为贵金属制成其价格较高，仅在温度校准、高于1300° C以及特殊场合时使用。由于具有低廉的价格和一定的稳定性，K型热电偶(NiCr-NiSi)在工业上获得了广泛的使用，包括用于监测火箭发动机管道和表面温度[参见文献李建军，镍铬-镍硅热电偶特性分析与应用研究，火箭推进，36(2010)63-66]，以及航空发动机内各级压缩机、涡轮和燃烧室的进气和出气温度等。在过去，一台试验发动机上有20支热电偶就已经被认为很多了 ；而现在，1000支热电偶也许还不太够[参见文献D. Lieske, D. Way, Thermocouplesnearly 200 years old, still getting better, Industrial Heating, 76(2009)57-60];同时这些应用场合对热电偶的高温稳定性和服役寿命要求也更加严格。传统K型热电偶为NilO%Cr-Ni3%Si (质量比)组成，高温下NilO%Cr中的Cr发生择优氧化形成Cr2O3膜可在一定程度上降低其氧化速率，但在高于900° C的情况下Cr2O3挥发严重，保护性有限；而附3%51则难以形成保护性氧化膜，高温氧化往往是K型热电偶失效的主要原因[参见文献谌立新，郭卫芳，陈东，镍铬-镍硅热电偶老化失效机理初探，功能材料，42(2011) 1166-1168]。另外，择优氧化的发生引起合金成分改变，Cr含量的改变导致关系到热电偶稳定性的赛贝壳系数(Seebeck coefficient)发生改变,亦即引发热电偶的热电势漂移，对温度的测量带来误差[参见文献N. A. Burley, Solute depletion andthermo-E. M. F. drift in nickel-base thermocouple alloys, Journal of the Instituteof Metals, 97 (I 969)252-254]。对K型热电偶进行改进的N型热电偶同样具有较高的 氧化速率[参见文献K. C. Sloneker，Life Expectancy Study of Small Diameter TypeEj Kj and NMineral-Insulated Thermocouples Above I 000° C in Air, InternationalJournal of Thermophysics, 32(20 11)537-547]。为延长K或N型热电偶的寿命，通常的做法是釆用大直径O Φ3πιιη)的偶丝，但这一措施对其高温漂移的问题未能起到作用；而且在航空发动机内等存在高速气流的场合下，要求热电偶能够作高速响应，小直径甚至薄膜热电偶无疑更能满足这一要求[参见文献D. Lieske, D. Way, Thermocouples nearly 200 years old, stillgetting better, Industrial Heating, 76 (2009) 57-60; S. K. Mukher jee，P. K. Barhaij S.Srikanth，Comparative evaluation of corrosion behaviour of type Kthin filmthermocouple and its bulk counterpart, Corrosion Science, 5 3(2011)2881-2893]。这种高速响应与长寿命以及高稳定性要求之间的矛盾在传统K或N型热电偶身上突出的表现了出来。对此，N. A. Burley[参见文献N. A. Burley, Thermocouples of enhancedstability, USPatent :US4834807, 1989]对K和N型热电偶采用低氧压处理以在偶丝表面形成选择性氧化膜的方法在一定程度上改善了抗氧化性，但对高温下热电偶寿命的提高作用有限。工业界迫切需要一种抗高温氧化性能更好同时稳定性更高的低成本高温热电偶[参见文献D. A. Barberree, The next generation of thermocouples for the turbineengine industry, Proceedings of the 48thAnnual International InstrumentationSymposium, ISA 420 (2002)·，SanDiego, CA]。本专利技术通过对传统K或N型热电偶进行渗铝处理获得优异的抗高温氧化性能，并通过后续氧化处理可获得热电势的高稳定性，进而得到一种高稳定性低成本的高温热电偶。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决当前通用的低成本K或N型热电偶稳定性低以及高温(>900° C)寿命短的问题，按本方明所述方法可获得一种高稳定性、低成本的高温热电偶的制作方法。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。一种高稳定性、低成本的高温热电偶的制作方法，其特征在于所述的高稳定性、低成本的高温热电偶的制作方法，是对K或N型热电偶表面进行渗铝处理，对K或N型热电偶进行渗铝处理获得Ni-Al合金相后，进一步作高温稳定化处理，处理温度为900 1200 ° C，时间为5 100h，气氛为空气或含氧气氛。所述渗铝处理工艺包括CVD、PVD、料浆法以及粉末包埋渗等常规渗铝方法。渗铝处理工艺后在K或N型热电偶表面形成的主要Ni-Al合金相包括Y’-Ni3Al、β -NiAl和δ -Ni2Al3的其中一种或多种。本专利技术优点本专利技术具体提出的高稳定性、低成本的高温热电偶的制作方法，可解决现有通用的低成本K或N型热电偶稳定性低以及高温寿命短的问题，成本较低，并适于规模化生产。附图说明下面结合附图及实施方式对本专利技术作进一步详细的说明图I为原始K型热电偶和经渗铝+高温稳定化处理后的热电势-温度关系测试结果Ia示意图；图2为原始K型热电偶和经渗铝+高温稳定化处理后的热电势-温度关系测试结果Ib示意图；图3为原始K型热电偶和经渗铝+高温稳定化处理后的热电势-时间关系测试结果a示意图；图4为原始K型热电偶和经渗铝+高温稳定化处理后的热电势-时间关系测试结果b示意图；其中，图I中I a示意图为氧化80h内的结果，图2中Ib示意图为氧化80h及以上的结果；图3中a示意图和图4中b示意图分别为S型标准热电偶热电势分别为9mV即957。C 和 IOmV 即 1044。C 的情况。具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高稳定性、低成本的高温热电偶的制作方法，其特征在于：所述的高稳定性、低成本的高温热电偶的制作方法，是对K或N型热电偶表面进行渗铝处理，对K或N型热电偶表面进行渗铝处理获得Ni？Al合金相后，进一步作高温稳定化处理，处理温度为900~1200oC，时间为5~100h，气氛为空气或含氧气氛。

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性、低成本的高温热电偶的制作方法，其特征在于所述的高稳定性、低成本的高温热电偶的制作方法，是对K或N型热电偶表面进行渗铝处理，对K或N型热电偶表面进行渗铝处理获得Ni-Al合金相后，进一步作高温稳定化处理，处理温度为90(Tl200oC，时间为5 100h，气氛为空气或含氧气氛。2.按照权利要求I所述的高稳定...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈明礼，朱圣龙，王福会，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：