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鉑銠10-鉑熱電偶的脆斷失效方法
閱讀：1014 發(fā)布時(shí)間：2020-8-20描 述：
對(duì)在還原性氣氛使用下的鉑銠10－鉑熱電偶（以下簡(jiǎn)稱鉑銠熱電偶）發(fā)生的偶絲脆斷現(xiàn)象進(jìn)行分析。運(yùn)用金相顯微鏡和電子探針對(duì)鉑銠熱電偶的偶絲焊點(diǎn)及偶絲斷口進(jìn)行檢測(cè)后認(rèn)為:脆斷失效的根本原因在于Si與Pt作用形成Pt5Si2低熔點(diǎn)共晶物，使偶絲因局部熔點(diǎn)降低而熔化，隨之發(fā)生脆斷。
鉑銠10－鉑熱電偶已經(jīng)有100多年的使用歷史了，目前它仍然是熱電偶中測(cè)溫精度*，穩(wěn)定性*，產(chǎn)量*的一種貴金屬熱電偶。鉑銠熱電偶在氧化性和中性氣氛等沒(méi)有污染介質(zhì)的環(huán)境中其長(zhǎng)期使用溫度上限可以達(dá)到1400℃，其各性能指標(biāo)穩(wěn)定。但是當(dāng)鉑銠10－鉑熱電偶應(yīng)用在H2、CO等還原性氣氛中時(shí)，常因偶絲發(fā)生脆斷而造成熱電偶的失效。
1實(shí)驗(yàn)方法
重慶儀表材料研究所為某冶煉企業(yè)提供的鉑銠熱電偶在使用過(guò)程出現(xiàn)了由于偶絲斷裂造成熱電偶失效的情況，經(jīng)過(guò)和該企業(yè)的技術(shù)人員交流得知，該企業(yè)使用鉑銠熱電偶主要是用于測(cè)量鉛鋅還原過(guò)程中的工作溫度。熱電偶的內(nèi)層保護(hù)管為剛玉保護(hù)管，外層采用碳化硅保護(hù)管。實(shí)驗(yàn)用的脆斷偶絲樣本是從已經(jīng)失效的鉑銠熱電偶上取得，該失效的鉑銠熱電偶使用環(huán)境是在鉛鋅等還原過(guò)程中，取樣部位為:偶絲焊點(diǎn)、偶絲斷口和偶絲表面。使用儀器:OLYMPUS－GX51金相顯微鏡，JCXA－733電子探針。
2結(jié)果與討論
2．1斷裂的熱電偶絲的宏觀表象
如圖1所示，圖1中的熱電偶絲斷裂成5mm到30mm不等的小節(jié)，偶絲表面也失去原有的光潔、平整。同時(shí)，可看到偶絲出現(xiàn)了明顯的偶絲熔融粘結(jié)在一起的現(xiàn)象。純鉑的熔點(diǎn)為1769℃，鉑銠10的熔點(diǎn)更是高達(dá)1847℃。而鉛鋅還原反應(yīng)過(guò)程中的溫度是在900～1000℃，遠(yuǎn)低于偶絲的熔點(diǎn)。在相對(duì)于偶絲熔點(diǎn)的較低溫度下，發(fā)生偶絲的熔融應(yīng)該是由于偶絲使用環(huán)境中存在對(duì)偶絲污染的因素造成的。
2．2斷裂偶絲焊點(diǎn)的表面形貌
取完好的鉑銠10－鉑熱電偶的偶絲焊點(diǎn)，進(jìn)行對(duì)比觀察:好偶絲焊點(diǎn)表面光滑，觀察不到晶界及顆粒相存在，形貌如圖2a所示。斷裂偶絲經(jīng)清洗后放入JCXA－733電子探針試樣室，進(jìn)行表面檢測(cè)，在焊點(diǎn)上能觀察到明顯的晶界，表面遍布有顆粒相，并且焊點(diǎn)表面已經(jīng)能夠看見(jiàn)破損開(kāi)裂的情形，其表面形貌如圖2b所示。在圖2c中，焊點(diǎn)表面的晶界已融化，變深變寬。焊點(diǎn)表面分布的顆粒相物質(zhì)也是清晰可見(jiàn)，并且在由于晶界融化形成的深槽處，顆粒相物質(zhì)明顯富集。經(jīng)過(guò)對(duì)顆粒相物質(zhì)的定性分析，其主要成分是硅元素。如圖2d中所示。
2．3偶絲斷口及偶絲表面的形貌
在圖3a中，偶絲斷口表面出現(xiàn)貫穿整個(gè)表面的深凹槽，在圓圈處有一明顯是融化后形成的空穴。從Pt－Si合金相圖可知［1］:低熔點(diǎn)共晶鉑硅化合物Pt5Si2的熔點(diǎn)只有830℃，而剛玉管、碳化硅保護(hù)管等耐火材料就含有SiO2。這些事實(shí)可以認(rèn)為:在這樣的一種高溫、還原性的氣氛下，耐火材料中的SiO2被還原成單質(zhì)Si，Si再與Pt作用，生成低熔點(diǎn)共晶物Pt5Si2，Pt5Si2熔化后在斷口處留下空穴。在圖3b中偶絲表面出現(xiàn)凸起的晶界，偶絲表面也是分布有顆粒相。
2．4金相檢驗(yàn)
取偶絲制成金相試樣觀察發(fā)現(xiàn)偶絲破壞主要沿晶界向內(nèi)部擴(kuò)展，形貌如圖4所示。
3 結(jié) 論
(1) 本斷裂 S 型偶絲從表面形貌觀察，該偶絲被嚴(yán)重污染，整個(gè)斷口表面均已形成第二相。
(2) 經(jīng)電子探針對(duì)第二相分析，該相含有較多為 Si 元素。
(3) 根據(jù)合金相圖，Si 元素與 Pt 會(huì)形成比純 Pt及鉑銠合金熔點(diǎn)低很多的合金相。
(4) 如果在偶絲表面覆以優(yōu)質(zhì)的 Al 2 O 3 ·Y 2 O 3涂層(Sol － Gel － Dip － Coating 工藝就可以做到)，就可以在還原性氣氛下有效隔絕 Si 與 Pt 的作用，避免鉑銠 10 － 鉑熱電偶在還原性氣氛中的脆斷失效問(wèn)題 。