Entre las dos categorías de productos de contacto y sin contacto, los termopares de contacto con una gran cantidad y una amplia gama se han desarrollado rápidamente en el desarrollo de la tecnología moderna. Aumento de la vida útil y reducción significativa de los costos mediante el uso de nuevos materiales.
1. Situación actual
El tubo de protección del termopar industrial tiene altos requisitos para prolongar la vida útil del termodo y mejorar la precisión de la medición de temperatura: estanqueidad al aire (pequeña porosidad), suficiente resistencia mecánica, propiedades físicas y químicas estables, buena conductividad térmica.
El material seleccionado como tubo de protección contra altas temperaturas debe tener propiedades integrales de resistencia a altas temperaturas y resistencia al choque térmico debido a las duras condiciones de trabajo (alta conductividad térmica, pequeña expansión térmica y buena resistencia mecánica a altas temperaturas), para que pueda soportar enfriamiento rápido y calentamiento rápido. Además de las propiedades mencionadas anteriormente, también se requiere que el material del tubo de protección para la medición de temperatura del acero fundido sea resistente a la corrosión y erosión del metal fundido y la escoria de acero. baño de álcali y sal, además de las propiedades antes mencionadas. , también debe ser resistente a la corrosión por medios específicos.
1.1. Material de la cubierta protectora de metal
(1) Aleación de Ti: la temperatura de uso generalmente está en el rango de baja temperatura por debajo de 250 °C, especialmente la resistencia a la corrosión del agua de mar es buena;
(2) Cobre y aleación de cobre: este tipo de material se utiliza principalmente en un entorno por debajo de 300-500 °C sin atmósfera corrosiva. Tiene buena conductividad térmica y estanqueidad al aire, y buen rendimiento de procesamiento. El cobre es fácil de oxidar, por lo que a menudo se recubre con níquel o cromo en la superficie;
(3) Acero resistente al calor con bajo contenido de carbono: se utiliza principalmente en entornos oxidantes con temperaturas de alrededor de 600 °C, con poca resistencia a la oxidación y resistencia general a la corrosión. Para la resistencia a la corrosión, se debe realizar una modificación de la superficie, como el niquelado en la superficie;
(4) Acero inoxidable: existen muchas variedades de acero inoxidable con una amplia gama de aplicaciones. La temperatura oscila entre 800 y 1000°C. Tiene buena resistencia a los ácidos ya la corrosión y buena resistencia mecánica. Pero debido a su pobre resistencia al calor a alta temperatura, su alta resistencia al desgaste es pobre. Para reducir el costo del tubo protector, la sección insertada en el medio medido generalmente está hecha de acero inoxidable o acero inoxidable resistente al calor, y el resto está hecho de acero al carbono común, y los dos están soldados entre sí;
(5) Superaleación a base de níquel: existen muchas variedades, la temperatura máxima de servicio es de 1250 °C y la aplicación general es amplia. Debido a su alto contenido de níquel, el costo del material también es alto. Este tipo de acero tiene mejor resistencia a la oxidación a alta temperatura y mejor resistencia térmica;
(6) Aleación resistente a la corrosión a base de hierro: serie Fe-Cr, que se puede utilizar a 1000 °C. Esta serie de aleación tiene buena resistencia a la corrosión por la corrosión del aluminio y los líquidos de aleación de aluminio, y tiene buena resistencia a la corrosión por algunas sustancias orgánicas;
(7) Los materiales de metales preciosos se utilizan principalmente en materiales de metales refractarios como platino, tantalio, niobio, tungsteno y aleaciones de tungsteno en atmósferas oxidantes en el rango de temperatura de 1400-2000°C, y se utilizan principalmente en mediciones de alta temperatura en la reducción atmósferas.
1.2. Material de la cubierta protectora de cerámica
(1) Tubo de cuarzo: el componente principal es SiO2, que generalmente se usa por debajo de 1100°C. Tiene buena resistencia al choque térmico, estanqueidad al aire y resistencia a la corrosión. Cuando se usa por encima de 1100°C, provocará la recristalización del cuarzo y reducirá la resistencia mecánica. Es adecuado para la oxidación cuando se usa en una atmósfera, después de un uso prolongado a alta temperatura, la transparencia del cuarzo desaparecerá gradualmente y la resistencia mecánica también disminuirá y será fácilmente quebradizo;
(2) El componente principal del tubo de porcelana es Al2O3+SiO2, la temperatura máxima de servicio puede alcanzar los 1500 °C y puede usarse durante mucho tiempo por debajo de los 1200 °C. La resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión, la resistencia a altas temperaturas y el rendimiento del aislamiento eléctrico de este material son buenos, pero la estanqueidad al aire y la resistencia al choque térmico son deficientes;
(3) El tubo de corindón es un material de tubo protector que se usa ampliamente. Cuanto mayor sea su pureza, mejor será su resistencia a la oxidación a alta temperatura. Se puede utilizar en un rango de temperatura superior a 1800 °C en atmósferas oxidantes y reductoras. Tiene buen rendimiento de aislamiento eléctrico a alta temperatura y resistencia mecánica, alta conductividad térmica, baja tasa de expansión térmica. No funciona con aire, vapor de agua, hidrógeno, monóxido de carbono y nitrógeno por encima de 1700°C;
(4) El óxido de magnesio se puede utilizar a una temperatura de hasta 1800°C. Tiene un buen rendimiento de aislamiento a alta temperatura. Alta conductividad térmica y rendimiento de aislamiento, superando a la alúmina, resistencia a la corrosión por sales inorgánicas y atmósferas oxidativas. La escasa resistencia al choque térmico hace que no sea adecuado para temperaturas superiores a 1700 °C en atmósferas reductoras Uso a largo plazo. Está corroído por atmósferas de halógeno y azufre por encima de 1800 °C, y es fácil de hidrolizar por la humedad, lo que reducirá la resistencia del aislamiento y la mala resistencia mecánica;
(5) La zirconia se puede utilizar a una temperatura alta de aproximadamente 2000 °C. Su resistividad y conductividad térmica son muy pequeñas, y es inestable en atmósferas halógenas, que contienen azufre y carbono a altas temperaturas. Sin embargo, todavía es estable hasta 2400°C en una atmósfera oxidante. Susceptible a la corrosión por óxidos alcalinos, otros rendimientos a altas temperaturas son mejores;
(6) El material de siliciuro tiene buena resistencia a altas temperaturas y puede usarse en el rango de 1600-1800°C. Su resistencia térmica, resistencia a la oxidación, resistencia al choque térmico, resistencia al desgaste a altas temperaturas son buenas;
(7) El grafito generalmente se usa por debajo de 2000°C. Tiene buena conductividad térmica y resistencia al choque térmico. Fuerte resistencia a la corrosión, comúnmente utilizada en la medición de metales fundidos. La desventaja es que es fácil de oxidar y formar una atmósfera reductora a su alrededor. Al medir la temperatura, es fácil que algunos iones de carbono libres contaminen el electrodo térmico y cambien las características termoeléctricas del termopar. Además, el grafito tiene poca resistencia mecánica y baja resistencia de aislamiento.
1.3. Funda protectora compuesta
(1) Tubo de protección compuesto de metal y cerámica
Los tubos de protección de termopar hechos de materiales cermet tienen las características de buena conductividad térmica, fuerte resistencia al choque térmico, resistencia al calor y resistencia al desgaste. Por lo general, son adecuados para su uso en metales líquidos, como hierro fundido, acero fundido y fundidos de metales no ferrosos;
(2) Funda protectora con revestimiento compuesto especial
La funda fabricada en material compuesto puede combinar las características de dos materiales distintos, funda metálica y cerámica.
2. Nueva tecnología de recubrimiento de materiales
Se pueden combinar diferentes materiales para modificar la superficie del material, y también se pueden obtener materiales de revestimiento con diferentes funciones.
2.1. Funda protectora con revestimiento intermetálico
La corrosión a alta temperatura incluye principalmente la corrosión por gas a alta temperatura, la corrosión por sal fundida a alta temperatura, la corrosión por metal líquido a alta temperatura, etc. Mejorar la vida útil del termopar es principalmente para mejorar la vida útil de la vaina de protección del termopar. El material de alta temperatura compuesto intermetálico ordenado es un nuevo tipo de estructura a base de metal, que tiene una serie de excelentes propiedades debido a su estructura cristalina ordenada y la coexistencia de enlaces metálicos y enlaces covalentes.
Primero, tiene una excelente resistencia a la corrosión, buena resistencia a la oxidación, especialmente una fuerte resistencia al sulfuro de hidrógeno; segundo, tiene una excelente resistencia al desgaste, y el recubrimiento tiene las características de alta temperatura y alta dureza de los compuestos intermetálicos, el tercero es que tiene una excelente resistencia al calor, el cuarto es que se pueden usar materiales ordinarios en lugar de materiales de alta calidad, y el quinto es que el costo sea bajo bajo la premisa de asegurar el desempeño.
2.2. Gradiente funcionalRecubrimientoMaterialTermoparProtecciónRevestimiento
Los científicos japoneses propusieron por primera vez el concepto de materiales de gradiente funcional (FGM) en 1984. El compuesto intermetálico tiene buena resistencia a la corrosión y al calor, mientras que las cerámicas finas no solo tienen resistencia a la corrosión y al calor, sino que también tienen una excelente resistencia al desgaste y excelentes propiedades antiadherentes. .
2.3. Nano-cerámicaRecubrimientoMaterialTermoparProtecciónRevestimiento
El nanomaterial tiene una gran cantidad de interfaz y la disposición de los átomos de la interfaz es caótica. Cuando los átomos son deformados por una fuerza externa, son fáciles de migrar y difundir, mostrando excelente plasticidad, tenacidad, ductilidad y un coeficiente de difusión dos veces mayor que el de los cristales gruesos. El efecto de tamaño pequeño hace que la capacidad calorífica y la tasa de dispersión de los nanomateriales sean más grandes que otros materiales similares, y su punto de fusión y temperatura de sinterización descienden significativamente. En comparación con los recubrimientos de rociado térmico tradicionales, los recubrimientos nanoestructurados tendrán mejoras significativas en resistencia, tenacidad, resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste, barrera térmica, resistencia a la fatiga térmica, etc., y un recubrimiento puede tener las propiedades mencionadas anteriormente al mismo tiempo.
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