Среди двух категорий контактных и бесконтактных продуктов контактные термопары с большим количеством и широким ассортиментом быстро развиваются в развитии современных технологий. Увеличение срока службы и значительное снижение затрат за счет использования новых материалов.
1. Текущая ситуация
К защитной трубке промышленной термопары предъявляются высокие требования для продления срока службы термодатчика и повышения точности измерения температуры: воздухонепроницаемость (малая пористость), достаточная механическая прочность, стабильные физико-химические свойства, хорошая теплопроводность.
Материал, выбранный в качестве высокотемпературной защитной трубки, должен обладать комплексными свойствами устойчивости к высоким температурам и термостойкости из-за суровых условий работы (высокая теплопроводность, небольшое тепловое расширение и хорошая механическая прочность при высоких температурах), чтобы он мог выдерживать быстрое охлаждение и быстрый нагрев. В дополнение к вышеупомянутым свойствам материал защитной трубки для измерения температуры расплавленной стали также должен быть устойчивым к коррозии и эрозии расплавленного металла и стального шлака. Материал защитной трубки используется в средах с сильной коррозией, таких как кислота, щелочные и солевые ванны, в дополнение к вышеперечисленным свойствам. , также должны быть устойчивы к коррозии в определенных средах.
1.1. МеталлЗащитныйМатериал оболочки
(1) Титановый сплав: температура использования обычно находится в диапазоне низких температур ниже 250 ° C, особенно коррозионная стойкость морской воды хорошая;
(2) Медь и медный сплав: этот тип материала в основном используется при температуре ниже 300-500 °C без агрессивной атмосферы. Обладает хорошей теплопроводностью и воздухонепроницаемостью, а также хорошими технологическими характеристиками. Медь легко окисляется, поэтому ее поверхность часто покрывают никелем или хромом;
(3) Низкоуглеродистая жаропрочная сталь: в основном используется в окислительных средах с температурой около 600°C, с плохой стойкостью к окислению и общей коррозионной стойкостью. Для коррозионной стойкости необходимо провести модификацию поверхности, например, никелирование поверхности;
(4) Нержавеющая сталь: существует множество разновидностей нержавеющей стали с широким спектром применения. Температура колеблется от 800 до 1000°С. Обладает хорошей кислотостойкостью и коррозионной стойкостью, а также хорошей механической прочностью. Но из-за плохой жаропрочности при высоких температурах его высокая износостойкость оставляет желать лучшего. Для снижения стоимости защитной трубки секцию, вводимую в измеряемую среду, обычно изготавливают из нержавеющей стали или жаропрочной нержавеющей стали, а остальную часть - из обычной углеродистой стали, причем обе сваривают между собой;
(5) Суперсплав на основе никеля: существует много разновидностей, максимальная рабочая температура составляет 1250 ° C, а общее применение широко. Из-за высокого содержания никеля стоимость материала также высока. Этот тип стали имеет лучшую стойкость к высокотемпературному окислению и лучшую термическую прочность;
(6) Коррозионно-стойкий сплав на основе железа: серия Fe-Cr, которую можно использовать при температуре 1000 °C. Эта серия сплавов обладает хорошей коррозионной стойкостью к коррозии алюминия и жидкостей из алюминиевых сплавов, а также имеет хорошую коррозионную стойкость к некоторым органическим веществам;
(7) Материалы из драгоценных металлов в основном используются в тугоплавких металлических материалах, таких как платина, тантал, ниобий, вольфрам и вольфрамовые сплавы, в окислительных средах в диапазоне температур 1400-2000 ° C и в основном используются в высокотемпературных измерениях при восстановлении. атмосферы.
1.2. КерамикаЗащитныйМатериал оболочки
(1) Кварцевая трубка: основным компонентом является SiO2, который обычно используется при температуре ниже 1100°C. Обладает хорошей термостойкостью, воздухонепроницаемостью и коррозионной стойкостью. При использовании при температуре выше 1100°C вызывает рекристаллизацию кварца и снижает механическую прочность. Подходит для окисления при использовании в атмосфере, после длительного использования при высокой температуре прозрачность кварца постепенно исчезнет, а также уменьшится механическая прочность и он станет легко ломким;
(2) Основным компонентом фарфоровой трубки является Al2O3+SiO2, максимальная рабочая температура может достигать 1500 °C, и ее можно использовать в течение длительного времени при температуре ниже 1200 °C. Износостойкость, коррозионная стойкость, жаропрочность и электроизоляционные характеристики этого материала хорошие, но воздухонепроницаемость и стойкость к тепловому удару плохие;
(3) Корундовая трубка представляет собой широко используемый защитный материал для труб. Чем выше его чистота, тем лучше его устойчивость к высокотемпературному окислению. Его можно использовать в более высоком диапазоне температур 1800 °C в окислительных и восстановительных средах. Он имеет хорошие характеристики электроизоляции при высоких температурах и механическую прочность, высокую теплопроводность, низкий коэффициент теплового расширения. Не работает с воздухом, водяным паром, водородом, окисью углерода и азотом при температуре выше 1700°С;
(4) Оксид магния можно использовать при температуре до 1800°C. Обладает хорошими изоляционными характеристиками при высоких температурах. Высокая теплопроводность и изоляционные характеристики, превосходящие глинозем, коррозионная стойкость к неорганическим солям и окислительным средам. Плохая стойкость к тепловому удару делает его непригодным для температур выше 1700°C в восстановительной атмосфере. Длительное использование. Он подвергается коррозии в атмосфере галогенов и серы при температуре выше 1800°C, легко гидролизуется влагой, что снижает сопротивление изоляции и снижает механическую прочность;
(5) Цирконий можно использовать при высокой температуре около 2000 °C. Его удельное сопротивление и теплопроводность очень малы, и он нестабилен в галогеновой, серосодержащей и углеродсодержащей атмосферах при высоких температурах. Однако он все еще стабилен до 2400°C в окислительной атмосфере. Подвержен коррозии щелочными оксидами, другие характеристики при высоких температурах лучше;
(6) Силицидный материал обладает хорошей устойчивостью к высоким температурам и может использоваться в диапазоне 1600-1800°C. Его термическая прочность, стойкость к окислению, термостойкость, износостойкость при высоких температурах хорошие;
(7) Графит обычно используется при температуре ниже 2000°C. Обладает хорошей теплопроводностью и стойкостью к тепловому удару. Сильная коррозионная стойкость, обычно используется при измерении расплавленного металла. Недостатком является то, что он легко окисляется и образует вокруг себя восстановительную атмосферу. При измерении температуры легко вызвать загрязнение термоэлектрода некоторыми свободными ионами углерода и изменить термоэлектрические характеристики термопары. Кроме того, графит имеет плохую механическую прочность и низкое сопротивление изоляции.
1.3. КомпозитныйЗащитныйОболочка
(1) Металлокерамическая композитная защитная трубка
Защитные трубки для термопар, изготовленные из металлокерамических материалов, обладают хорошей теплопроводностью, высокой термостойкостью, термостойкостью и износостойкостью. Как правило, они подходят для использования в жидких металлах, таких как расплавленный чугун, расплавленная сталь и расплавы цветных металлов;
(2) Защитная оболочка со специальным композитным покрытием
Оболочка из композитного материала может сочетать в себе характеристики двух разных материалов, металлической и керамической оболочки.
2. Новая технология покрытия материалов
Различные материалы могут быть объединены для модификации поверхности материала, а также могут быть получены материалы покрытия с различными функциями.
2.1. Защитная оболочка с интерметаллическим покрытием
Высокотемпературная коррозия в основном включает высокотемпературную газовую коррозию, высокотемпературную коррозию расплавленной соли, высокотемпературную коррозию жидкого металла и т. д. Основной причиной выхода из строя защитной оболочки термопары является разрушение поверхности из-за высокотемпературной коррозии и износа. Увеличение срока службы термопары в основном заключается в увеличении срока службы защитной оболочки термопары. Упорядоченный интерметаллический высокотемпературный материал представляет собой новый тип структуры на основе металла, который обладает рядом превосходных свойств благодаря своей упорядоченной кристаллической структуре и сосуществованию металлических и ковалентных связей.
Во-первых, он обладает отличной коррозионной стойкостью, хорошей стойкостью к окислению, особенно сильной устойчивостью к сероводороду; во-вторых, обладает отличной износостойкостью, а покрытие обладает характеристиками высокой температуры и высокой твердости интерметаллических соединений, в-третьих, обладает отличной термостойкостью, в-четвертых, вместо высококачественных материалов можно использовать обычные материалы, и в-пятых, низкая стоимость при условии обеспечения производительности.
2.2. Функциональный градиентПокрытиеМатериалТермопараЗащитаОболочка
Японские ученые впервые предложили концепцию функциональных градиентных материалов (FGM) в 1984 году. Интерметаллическое соединение обладает хорошей коррозионной стойкостью и термостойкостью, в то время как тонкая керамика не только обладает коррозионной стойкостью и термостойкостью, но также обладает выдающейся износостойкостью и выдающимися антипригарными свойствами. .
2.3. НанокерамикаПокрытиеМатериалТермопараЗащитаОболочка
Наноматериал имеет большое количество интерфейсов, а расположение атомов интерфейса хаотично. Когда атомы деформируются внешней силой, они легко мигрируют и диффундируют, проявляя превосходную пластичность, ударную вязкость, пластичность и коэффициент диффузии, в два раза превышающий коэффициент диффузии крупных кристаллов. Эффект малого размера делает теплоемкость и скорость рассеяния наноматериалов выше, чем у других подобных материалов, а его температура плавления и температура спекания значительно снижаются. По сравнению с традиционными покрытиями для термического напыления наноструктурированные покрытия будут иметь значительные улучшения в прочности, ударной вязкости, коррозионной стойкости, износостойкости, термическом барьере, сопротивлении термической усталости и т. д., и одно покрытие может одновременно обладать вышеупомянутыми свойствами.
Поддерживается сеть IPv6