專利名稱：高溫耐磨快速響應(yīng)熱電偶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種高熱響應(yīng)速度的高耐磨性熱電偶產(chǎn)品，可作為電力、冶金、化工、環(huán)保等企業(yè)監(jiān)測高速兩相流流體溫度變化的測量元件，工作溫度范圍20-500℃。
技術(shù)背景以燃煤電廠為例通過精確、即時(shí)測量磨煤機(jī)出口及輸粉管道風(fēng)、粉混合溫度，可保證制粉系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及各煤粉管道煤粉濃度的均勻性，并有效地防止輸煤管道的堵塞。但由于熱電偶在煤粉高速沖刷環(huán)境及較高的溫度下工作，煤粉中某些雜質(zhì)的硬度高達(dá)HV1100，遠(yuǎn)高于普通合金的硬度。用普通金屬外殼的鎧裝熱電偶磨損嚴(yán)重，例如直徑為φ8的鎧裝熱電偶的運(yùn)行壽命僅一個(gè)月左右?；痣姀S的大修周期一般在4年左右，在非大修期頻繁更換熱電偶將會嚴(yán)重影響電廠的安全運(yùn)行。為了延長熱電偶套管的壽命，人們采取了加大套管直徑、選用耐磨陶瓷套管或耐磨合金的方法。上述方法雖然可以延長熱電偶的使用壽命，但保護(hù)管加粗后或采用陶瓷套管會導(dǎo)致熱電偶響應(yīng)速度顯著降低，例如加裝了陶瓷套管后熱電偶的溫度測量穩(wěn)定時(shí)間長達(dá)3分鐘以上，無法滿足運(yùn)行監(jiān)測及機(jī)組自動控制的需要，給鍋爐安全運(yùn)行帶來極大的隱患。因此，如何提高熱響應(yīng)速度又延長使用壽命這一矛盾，是特定使用條件下仍未解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的發(fā)明目的是提供一種高壽命、高熱響應(yīng)速度的鎧裝熱電偶。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下包括熱電偶保護(hù)管，保護(hù)管內(nèi)設(shè)有熱電偶，保護(hù)管后端設(shè)有外殼，外殼前端設(shè)有固定螺栓，在外殼和保護(hù)管之間設(shè)有耐高溫密封墊，關(guān)鍵是保護(hù)管的外露部分表面直接超高速噴涂高硬度的耐磨涂層。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，關(guān)鍵是直接涂覆具有超細(xì)晶組織的高硬度與保護(hù)管1基體達(dá)到冶金結(jié)合的涂層，使具有耐磨涂層的保護(hù)管(其直徑最小為5毫米)無需套裝耐磨陶瓷管，也遠(yuǎn)小于常規(guī)的耐磨合金保護(hù)管直徑，可使熱電偶的熱響應(yīng)時(shí)間提高到5～10秒，同時(shí)使用壽命長達(dá)4年以上，可完全適應(yīng)燃煤廠磨煤機(jī)出口及輸粉管道風(fēng)、粉混合溫度的監(jiān)測，可顯著提高電廠的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型的保護(hù)管的斷面放大結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
請參見圖1～圖2，本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
如下，包括熱電偶保護(hù)管1，其為普通的合金材料，達(dá)到一定的硬度和剛度即可，保護(hù)管1內(nèi)設(shè)有熱電偶，保護(hù)管1后端設(shè)有外殼2，外殼2前端設(shè)有固定螺栓3，其是為安裝和常規(guī)保護(hù)需要而設(shè)置的，在外殼2和保護(hù)管1之間設(shè)有耐高溫密封墊4，關(guān)鍵是在于保護(hù)管1的外露部分表面直接超高速噴涂涂覆有一層耐磨涂層5，該耐磨層具有較好的高溫耐磨性；由于本實(shí)用新型的使用環(huán)境相當(dāng)惡劣，在保持涂層5具有良好的耐磨性和良好的熱傳導(dǎo)性的同時(shí)，還應(yīng)保持涂層5與保護(hù)管1的表面具有良好的結(jié)合力，這樣才能使本實(shí)用新型具有良好的熱響應(yīng)速度和足夠長的壽命，為達(dá)到此目的，在涂層5和保護(hù)管1之間有一冶金結(jié)合過渡層6，該過渡層6的實(shí)質(zhì)是涂層5的材料在噴涂過程中以離子注入的形式擴(kuò)散到保護(hù)管1的壁面內(nèi)的一定深度，即過渡層6是金屬或合金材料5和保護(hù)管1的材料的混合區(qū)，該混合區(qū)使涂層與基體形成一種冶金結(jié)合的過渡層，使結(jié)合強(qiáng)度大為提高，可達(dá)數(shù)百M(fèi)Pa。
上述過渡層6的形成是利用電熱爆炸超高速定向噴涂方法原理，合金絲或箔在電爆炸時(shí)，金屬微粒(包括金屬離子)高速連續(xù)沖擊保護(hù)管1的外表面，同時(shí)形成過渡層6和涂層5。
由于實(shí)用新型的使用場合為高溫二相流環(huán)境，涂層5和保護(hù)管1的材料不同，熱膨脹系數(shù)也不相同，則會影響使用壽命，因此通過上述的電爆炸方法，對保護(hù)管1進(jìn)行多次的電熱爆炸超高速噴涂，形成的合金層5為兩種金屬(或合金)交替組成的復(fù)合涂層，例如涂層5為WC-Co-司太立6交替組成的復(fù)合涂層(當(dāng)涂層厚度為200微米時(shí)，需要交替噴涂上述兩種材料共8次)，保護(hù)管1的材料為Cr12、Mn13或1Cr18Ni9Ti鋼等(保護(hù)管材料硬度不得低于HV200)，形成的復(fù)合涂層5的硬度在HV1600-2200范圍；或者為金屬鉬-金屬鎳交替組成的復(fù)合涂層，涂層5的顯微硬度在HV1300～1500范圍。選擇上述復(fù)合涂層材料是為了使涂層的熱膨脹系數(shù)均與鋼接近，以減少涂層的熱應(yīng)力。
上述的涂層5(包括復(fù)合的二層或多層式的涂層)厚度一般在80～400微米，過渡層6的厚度一般在5～30微米，實(shí)質(zhì)上上述的涂層是一種超細(xì)晶組織(平均晶粒直徑一般小于300μm)或納米晶組織(平均晶粒直徑小于100μm)的高性能涂層，由于晶粒細(xì)化，可使涂層5的硬度和韌性顯著提高；保護(hù)管1的直徑可為5～10mm，最佳為7～8mm左右。
權(quán)利要求1.一種高溫耐磨快速響應(yīng)熱電偶，包括熱電偶保護(hù)管(1)，保護(hù)管(1)內(nèi)設(shè)有熱電偶，保護(hù)管(1)后端設(shè)有外殼(2)，外殼(2)前端設(shè)有固定螺栓(3)，在外殼(2)和保護(hù)管(1)之間設(shè)有耐高溫密封墊(4)，其特征是在于保護(hù)管(1)的外露部分表面直接超高速噴涂覆耐磨涂層(5)。
2.按權(quán)利要求1所述的高溫耐磨快速響應(yīng)熱電偶，其特征在于所述的涂層(5)和保護(hù)管(1)之間有一冶金結(jié)合的過渡層(6)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的高溫耐磨快速響應(yīng)熱電偶，其特征在于所述的涂層(5)可為由兩種金屬或合金交替復(fù)合組成的復(fù)合涂層。
4.按權(quán)利要求3所述的高溫耐磨快速響應(yīng)熱電偶，其特征在于所述的復(fù)合涂層(5)為WC-Co-司太立6交替組合。
5.按權(quán)利要求3所述的高溫耐磨快速響應(yīng)熱電偶，其特征在于所述的復(fù)合涂層(5)為金屬鉬-金屬鎳交替組合。
6.按權(quán)利要求1或2或4或5所述的高溫耐磨快速響應(yīng)熱電偶，其特征在于所述的涂層(5)的厚度為80～400微米。
7.按權(quán)利要求6所述的高溫耐磨快速響應(yīng)熱電偶，其特征在于所述的冶金結(jié)合過渡層(6)的厚度在5～30微米。
8.按權(quán)利要求6所述的高溫耐磨快速響應(yīng)熱電偶，其特征在于保護(hù)管(1)的直徑為5～10mm。
9.按權(quán)利要求8所述的高溫耐磨快速響應(yīng)熱電偶，其特征在于保護(hù)管(1)的直徑為7～8mm左右。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高壽命、高熱響應(yīng)速度的鎧裝熱電偶。包括熱電偶保護(hù)管，保護(hù)管內(nèi)設(shè)有熱電偶，保護(hù)管后端設(shè)有外殼，外殼前端設(shè)有固定螺栓，在外殼和保護(hù)管之間設(shè)有耐高溫密封墊，關(guān)鍵是保護(hù)管的外露部分表面直接超高速噴涂高硬度的耐磨涂層。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，關(guān)鍵是直接涂覆具有超細(xì)晶組織的高硬度與保護(hù)管1基體達(dá)到冶金結(jié)合的涂層，使具有耐磨涂層的保護(hù)管(其直徑最小為5毫米)無需套裝耐磨陶瓷管，也遠(yuǎn)小于常規(guī)的耐磨合金保護(hù)管直徑，可使熱電偶的熱響應(yīng)時(shí)間提高到5～10秒，同時(shí)使用壽命長達(dá)4年以上。
文檔編號G01K7/02GK2723969SQ20042008787
公開日2005年9月7日 申請日期2004年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月23日
發(fā)明者劉宗德, 袁偉 申請人:華北電力大學(xué), 杭州華電電力試驗(yàn)研究所