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什么是镍铬硅―镍硅热电偶
镍铬硅―镍硅热电偶(分度号为N)
Nicrosil-Nisil热电偶是70年代由澳大利亚的Burley等人首先研制出来的。它是一种新型镍基合金测温材料,也是国际上近20年来在贱金属热电偶合金材料研究方面取得唯一的重大成果。有可能取代其余四扎种贱金属热电偶,目前正在引起人们的高度重视。它的主要特点是,在1300℃以下,高温抗氧化能力强,热电动势的长期稳定性及短期热循环的复现性好,耐核辐射及耐低温性能也好。在-200~1300℃范围内,有全面取代贱金属热电偶与部分代替S热电偶的趋势。
N型热电偶的主要特性有以下五点:
1、高温抗氧化能力强,长期稳定性好。针对K型热电偶镍铬极中Cr,Si元素择优氧化引起合金沉成分不均匀、热电动势漂移等问题,在N型热电偶的正极中增加Cr,Si含量使镍铬合金的氧化模式由内氧化转变成外氧化,致使氧化反应仅在表面进行;又在负极中增添溶质元素Mg与Si,尽管Si含量增大要降低热电动势,但可使金属与氧化物间的钝化膜更加致密。并因Mg与Si择优氧化形成扩散势垒,阻止“绿蚀”现象向内部扩散,抑制进一步氧化发生。对在1200℃下经过1000h的K,N型热电偶的正极进行显微结构观察表明,K型热电偶的氧化层很厚,近1mm,而N型热电偶却几乎看不到氧化膜的成长。又因K型热电偶负极中含有Mn,虽有调整热电动势的作用,但却极大地影响了它的高温稳定性。为此,N型热电偶中不再添加Mn。因此,它的高温稳定性与使用寿命较K型热电偶明显提高。
2、在250~550℃范围内的短期热循环稳定性好。K型热电偶在上述温度范围内循环使用时,因其显微结构发生变化,形成短程有序结构(即所谓的K状态),致使其热电动势不稳定,而N型热电偶能消除此种短期不稳定性。在Ni-Cr二元合金中,Cr含量在5%~30%的范围内,存在着原子晶格结构的有序→无序转变,但在此成分范围内,有一个很小的区域,即Cr含量为14%~16%左右时,例如Cr含量为14.2%的镍铬硅合金,将不因结构上有序→无序的转变而引起热电动势值有较大的变化。实验结果也证明,无论是经退火或时效的N型热电偶样品,在250~550℃范围内的升降温过程中,热电动势的变化不超过10μV。
3、在250~550℃范围内抑制了磁性转变,不再出现热电动势明显地不规则变化。K型热电偶负极,约在170℃发生磁性转变,在Secheck系数与温度关系曲线上有拐点。为此,对N型热电偶的负极合金成分作了很大调整,基本上不含Mn,Al,Co元素,Si含量也有较大提高,从而抑制了新型合金的磁性转变,使其转变温度降到室温以下。因此,N型热电偶不会因磁性变化造成热电动势值偏离分度表。
4、在中子辐照环境下具有良好的稳定性。在中子积分通量小于1020/cm2的条件下,K型热电偶具有良好的耐辐照能力,而N型热电偶在K型热电偶的基础上,又取消了易蜕变元素Mn,Co等,因此,N型教K热电偶具有更好的耐核辐照的能力。
5、在400~1300℃范围内,N型热电偶热电特性的线性比K型好。在400~1300℃范围内,N型热电偶非线性误差仅占1300℃热电动势的0.4%,而K型热电偶在相同范围内的非线性误差占1300℃的1.75%,比N型热电偶大得多。当然N型热电偶与K型热电偶相比,在低温范围内(-200~400℃)的非线性误差较大,同时材料教硬,难于加工。
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