用于快速测温的铂铑热电偶微细丝材料及制备方法

摘要

本发明涉及一种用于快速测温的铂铑热电偶微细丝材料及制备方法，该材料包括包括正极PtRh30材料和负极PtRh6材料，所述正极PtRh30材料各组分的重量份为：铂69.9～70.4；铑29.6～30.1；钇0～0.003；锆0～0.003；铈0～0.003；所述负极PtRh6材料各组分的重量份为：铂93.8～94.1；铑5.9～6.2；钇0～0.003；锆0～0.003；铈0～0.003；所述的钇、锆、铈以氧化物形式细小弥散分布在材料中。上述氧化物均以其含锆、钇或铈的重量份表示。所述材料制备成铂铑偶丝时，其最小直径为

说明书

技术领域

本发明属于贵金属材料领域，特别涉及一种用于快速测温的铂铑热电偶微细 丝材料及制备方法。

背景技术

在冶炼工业中，钢液测温的要求是快速、准确、稳定，只有达到以上要求 才能实现钢铁冶炼和加工关键工艺的精确控制。钢液测温所使用材料属于快速 消耗型热电偶材料(简称快偶材料)，该材料主要是铂铑系列热电偶微细丝，铂 铑偶丝的热响应时间与丝材直径成反比，偶丝直径越细反应时间越快。目前， 国内钢水测温用微细铂铑偶丝直径通常为不能更快速、准 确、稳定地测温，影响钢铁冶炼的工艺控制。同时，制备铂铑偶丝时，丝材越 细，因强度及平直度差不易控制，其成品率越低。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种用于快速测温的铂铑热 电偶微细丝材料，所述材料制备成铂铑偶丝时，其最小直径为使用 范围为具有测温快速、准确、稳定，以及高可靠性、高强 度等性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

用于快速测温的铂铑热电偶微细丝材料，包括正极PtRh30材料和负极PtRh6 材料，

所述正极PtRh30其各组分的重量份为：

所述负极PtRh6材料各组分的重量份为：

正、负极中的钇、锆、铈以经高温氧化处理得到的细小氧化物弥散分布在 材料基体中，氧化锆、氧化钇、氧化铈均以其含锆、钇或铈的重量份表示。

所述氧化锆、氧化钇、氧化铈的金属氧化率大于99.5％。

用于快速测温的铂铑热电偶微细丝材料的制备方法，有以下步骤：

1)按照上述正负极各物质的配比配料；

2)高真空中频熔炼：

步骤1)所述将正极各物料配料在氩气保护条件下，真空度为1×10^-3～1× 10^-5Pa，熔炼温度为1900～1980℃，熔炼，各物料完全熔化后，磁搅拌均匀并保 温2～5分钟，快速浇铸得到正极铸锭；

步骤1)所述将负极各物质配料在氩气保护条件下，真空度为1×10^-3～1× 10^-5Pa，熔炼温度为1800～1880℃，熔炼，材料完全熔化后进行中频磁搅拌均匀 并保温2～5分钟，快速浇铸得到负极铸锭；

3)热加工：

步骤2)所述的正极铸锭放置在热处理炉中，1350～1500℃下退火处理30～ 60分钟；热锻，始锻温度为1350～1500℃，始锻5～10次，终锻温度为1300～ 1400℃，终锻5～10次；随后在1250～1350℃下均匀化热处理0.5～2小时，多 次轧制得到的合金坯条；在1250～1350℃下均匀化热处理15～30分钟， 去应力退火；

将步骤2)所得负极铸锭放置在热处理炉中，1250～1350℃下退火处理30～ 60分钟，热锻，始锻温度为1250～1350℃，始锻5～10次，终锻温度为1100～ 1250℃，终锻5～10次，随后在1100～1250℃下均匀化热处理0.5～2小时，多 次轧制得到的合金坯条，在1000～1100℃下进行均匀化热处理15～30分 钟去应力退火；

4)初丝拉拔：

将步骤3)所述的正负极合金坯条分别拉拔，每道次变形量为5％～12％， 拉拔至得到正负极丝材；

5)正负极丝材高温氧化处理：

高温氧化温度为700～1000℃；氧压为10²～10⁵Pa；丝材丝径Φ2mm时高温 氧化5～10小时，丝径Φ0.2mm时，高温氧化8～40小时；

6)细丝拉拔：

经高温氧化处理的正负极丝材拉拔，按照道次变形量为5％～10％，拉拔至 最小直径达到微细丝，得到成卷正负极丝材；

7)微细丝去应力退火：

步骤6)所述的成卷正极丝材退火，温度500～700℃，绕线速度为30～70r/m， 成卷负极丝材退火，温度350～500℃，绕线速度为30～70r/m。

在步骤7)的去应力退火过程中施加一后张力装置使丝材绷直，其效果是既 降低退火温度，同时又能保证较好的强度和较好的平直度，便于快偶加工制作。 正极丝材所施加的后张力为3～20N，负极丝材所施加的后张力为3～15N。

本发明所述材料与现有技术中的铂铑30-铂铑6热电偶微细丝相比，通过添 加微量锆、钇、铈一种或者几种，进行高温氧化处理，使锆、钇、铈在高温氧 化处理过程中形成均匀分布在铂铑合金中的强化相氧化锆或/和氧化钇或/和氧 化铈，大大提高了材料的抗拉强度及加工性能，同时显著提高材料微细化制备 成品率，减少铂、铑贵重金属的用量，大幅度降低成本，满足钢铁、冶金等行 业中钢液测温快速、准确、有效、稳定等要求。

本发明所述材料制备成铂铑偶丝时，其直径可达使用范围为 具有高可靠性，高强度的性能。

本发明所述重量份的单位为克、千克。

铂、铑、锆、钇、铈的金属含量均为99.99％。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所 述的实施例范围之中。

实施例1至3的用于快速测温的铂铑热电偶微细丝材料各组分的配比见表1

表1铂铑30-铂铑6热电偶材料组分表

取表1实施例1-3所述的各物料，分别按照下述方法制备用于快速测温的铂铑 热电偶微细丝材料：

(1)、高真空中频熔炼：

步骤1中配好的正极各组分原料放入高真空中频中，在真空度为1×10^-3～1 ×10^-5Pa，熔炼温度为1900～1980℃，同时充入氩气保护，在材料完全熔化后进 行中频磁搅拌均匀并保温2～5分钟，获得的液态金属快速浇铸于水冷铜模中得 到正极铸锭。

步骤1配好的负极各组分原料放入高真空中频中，在真空度为1×10^-3～1× 10^-5Pa，熔炼温度为1800～1880℃，同时充入氩气保护，在材料完全熔化后进行 中频磁搅拌均匀并保温2～5分钟，获得的液态金属快速浇铸于水冷铜模中得到 负极铸锭；

(2)、热加工：将步骤1所述的中正极铸锭放置在热处理炉中，1350～1500 ℃下退火处理30～60分钟；热锻，始锻温度为1350～1500℃，始锻5～10次， 终锻温度为1300～1400℃，终锻5～10次；随后在1250～1350℃下均匀化热处 理0.5～2小时，多次轧制得到的合金坯条；在1250～1350℃下均匀化热 处理15～30分钟，去应力退火；将步骤1中负极铸锭放置在热处理炉中，1250～ 1350℃下退火处理30～60分钟，然后在250Kg的空气锤上进行热锻，始锻温度 为1250～1350℃，始锻5～10次，终锻温度为1100～1250℃，终锻5～10次， 经热锻后的铂铑锭在1100～1250℃下进行均匀化热处理0.5～2小时，在轧条机 上多次均匀变形轧制得到的合金坯条，在1000～1100℃下进行均匀化热处 理15～30分钟去应力退火；

(3)、初丝拉拔：将步骤2的合金坯条在绳式拉拔机上进行冷变形拉拔加 工，按照道次变形量为5％～12％，拉拔至获得成卷丝材；

(4)、高温氧化处理：高温氧化温度为700～1000℃；氧压为10²～10⁵Pa；丝 材丝径Φ2mm时高温氧化5～10小时，丝径Φ0.2mm时，高温氧化8～40小时；

(5)、细丝拉制：经高温氧化处理的丝材在水箱拉丝机上进行拉制，按照 道次变形量为5％～10％，拉拔至最小直径达到微细丝，获得单筒重 量达到100g以上的成卷丝材；

(6)、微细丝去应力退火：所述的快速测温用新型铂铑热电偶微细丝正极 丝材在复绕机上进行细丝退火，温度500～700℃，绕线速度为30～70r/m，负极 丝材在复绕机上进行细丝退火，温度350～500℃，绕线速度为30～70r/m。正极 丝材所施加的后张力为3～20N，负极丝材所施加的后张力为3～15N，得到用于 快速测温的铂铑30-铂铑6热电偶微细丝材料。

性能测试：

经检测，实施例1至3所述的材料室温抗拉强度值和高温持久性能较普通 偶丝提高了30％以上。熱电势测试按照国标GB/T1598-2010对于B型 PtRh30-PtRh6热电偶丝热电势要求，在不同温度下测试其熱电势满足国标要求。 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技 术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述 的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会 有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明 要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。