[发明专利]一种具有高抗热震性能的钨铼热电偶抗氧化涂层及其应用

说明书

本发明属于温度测量技术领域，更具体地，涉及一种具有高抗热震性能的钨铼热电偶抗氧化涂层及其应用，该抗氧化涂层包括过渡层以及位于过渡层表面的氧阻挡层，氧阻挡层中掺入增韧第二相材料以增加抗氧化涂层的抗热震性能，通过向钨铼热电偶抗氧化涂层的氧阻挡层中掺入增韧第二相材料，通过颗粒的蠕动消耗热应力或相变引起裂纹尖端应力松弛或晶须对裂纹的桥联偏转等方式使得钨铼热电偶表面涂层的附着力进一步提高，涂层在高温下的热损伤大大减小，即该涂层的抗热震性能大大增强；高温抗氧化能力、高温使用寿命均得到较大提高，由此解决2000℃以上超高温有氧环境下长时间接触式温度测量的问题。

技术领域

本发明属于温度测量技术领域，更具体地，涉及一种具有高抗热震性能的钨铼热电偶高温抗氧化涂层及其应用。

背景技术

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。

本发明提出了一种新型的具有高抗热震性能的钨铼热电偶的高温抗氧化涂层结构，其能实现2000℃以上超高温有氧环境下的长时间接触式测温。

发明内容