熱電偶保護(hù)管?chē)娡客繉?，其目的在與解決熱電偶使用過(guò)程中的耐高溫、耐腐蝕、耐磨、抗氧化等測(cè)溫難題，延長(zhǎng)熱電偶及熱電偶保護(hù)管使用壽命。昌暉儀表一直致力于高溫耐磨熱電偶的研發(fā)和生產(chǎn)，本文分享目前國(guó)內(nèi)新技術(shù)新材料熱電偶保護(hù)管涂層的技術(shù)情況，對(duì)熱電偶廠家和用戶解決熱電偶測(cè)溫難題有很好借鑒作用。
1、W涂層
用石墨做襯里或發(fā)熱體的熔爐，在1600℃以上的高溫常用Mo管保護(hù)的熱電偶測(cè)溫。由于在高溫下石墨的粉塵腐蝕使Mo保護(hù)管快速碳化，并結(jié)晶成孔狀，繼而鎢錸熱電偶也將發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，在熱循環(huán)過(guò)程中失效。國(guó)外現(xiàn)將Mo管涂上一層W，可將套管碳化過(guò)程降至最低限度，極大地延長(zhǎng)了熱電偶使用壽命。在2000℃下現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，有W涂層的Mo套管熱電偶可連續(xù)使用2個(gè)月，而沒(méi)有W涂層的壽命只有幾個(gè)小時(shí)。
2、金屬間化合物
雖然目前沒(méi)有見(jiàn)到用金屬間化合物做熱電偶保護(hù)管的報(bào)道，但是我國(guó)在研究金屬間化合物涂層技術(shù)取得了較好的效果。由金屬間化合物Ni-Al、Fe-Al利用等離子噴涂的方法，在以高溫合金為基體的熱電偶套管上獲得金屬間化合物特殊涂層。該金屬間化合物涂層可明顯提高熱電偶測(cè)溫時(shí)的耐熱溫度，具有高的抗氧化性和耐腐蝕性。
金屬間化合物涂層的熱電偶保護(hù)管具有以下全新的性能：
①優(yōu)異的抗腐蝕、抗氧化性能，特別是抗H2S腐蝕能力極強(qiáng)。
②涂層具有金屬間化合物高溫高硬度，因此耐磨性能優(yōu)異。
③優(yōu)異的耐熱性能，Ni-Al金屬間化合物使用溫度可達(dá)1250攝氏度。
④成本低廉。
在齊魯石化裂解爐中有體積分?jǐn)?shù)高達(dá)98%H2S氣體、溫度1300℃、強(qiáng)腐蝕的工況。國(guó)外進(jìn)口的熱電偶使用3個(gè)月，國(guó)內(nèi)采用GH3039套管的熱電偶?jí)勖鼮?天。鉑金套管壽命為1.5年，但每支套管價(jià)格為12萬(wàn)元，企業(yè)難以承受。采用金屬間化合物涂層的熱電偶保護(hù)管，使用壽命達(dá)5個(gè)月，越過(guò)了國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品性能。采用金屬間化合物涂層技術(shù)制作的熱電偶保護(hù)管。還應(yīng)用在沸騰爐、循環(huán)流化床、水泥窯等高溫耐磨環(huán)境，均獲得了滿意效果。
3、非晶態(tài)復(fù)合氧化物涂層
非晶態(tài)復(fù)合氧化物涂層是最近國(guó)內(nèi)針對(duì)惡劣高溫腐蝕環(huán)境研制的保護(hù)管涂層，適用于工作溫度1000攝氏度以下的二氧化硫、一氧化碳等腐蝕性氣體，以及氯化鈉、硫酸鈉等熔鹽，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、液態(tài)金屬等環(huán)境中測(cè)溫。
涂層經(jīng)燒結(jié)而成，與不銹鋼類(lèi)保護(hù)管結(jié)合力強(qiáng)。涂層的絕緣；耐沖擊與抗冷熱疲勞性能良好。涂層高溫防腐蝕性能優(yōu)越，在1000℃高溫氧化500h和700℃熔融NaCl 600h熱腐蝕測(cè)試后，涂層完好，基體未發(fā)現(xiàn)腐蝕痕跡，而傳統(tǒng)的滲鋁涂層壽命為20h。
4、梯度功能材料涂層
為了開(kāi)發(fā)能在高溫環(huán)境下使用具有緩和熱應(yīng)力功能的超耐熱型材料，1984年提出了梯度功能材料(Functionally Gadient Materials，簡(jiǎn)稱(chēng)FGM)的概念。由于具有均勻和復(fù)層材料所不具備的許多優(yōu)點(diǎn)，F(xiàn)GM的研究取得了進(jìn)展。
涂層技術(shù)應(yīng)用于熱電偶保護(hù)管、涂層和基體間，就必然存在一個(gè)熱應(yīng)力不相適應(yīng)的問(wèn)題。這樣FGM技術(shù)應(yīng)用在熱電偶保護(hù)管的涂層技術(shù)上非常適用。開(kāi)發(fā)出高溫時(shí)緩和熱應(yīng)力的材料，不僅可以提高保護(hù)管涂層的使用壽命，而且可以與金屬間化合物有效組合，形成效果更佳的保護(hù)管復(fù)合涂層。
我國(guó)已采用金屬間化合物加精細(xì)陶瓷FGM組成的復(fù)合涂層，用該涂層制備的熱電偶保護(hù)管用于玻璃行業(yè)測(cè)溫，使用效果更理想。這種FGM涂層的熱電偶保護(hù)管，除了高溫、耐蝕之外，更突出的時(shí)期耐磨性和不粘性。
5、納米陶瓷涂層
納米材料界面量大，界面源自排列混亂，原子在外力作用產(chǎn)生變形時(shí)，很容易遷移、擴(kuò)算，表現(xiàn)出甚佳的塑性、韌性、延展性和比粗晶高1016-1019倍的擴(kuò)散系數(shù)。這些高強(qiáng)度、高塑形的納米材料對(duì)材料表面改性具有特殊意義。
小尺寸效應(yīng)使納米材料的熱容和散射率比同類(lèi)其他材料大，其熔點(diǎn)和燒結(jié)溫度顯著下降，使得在常溫條件下加工陶瓷和合金成為可能。過(guò)去在熱電偶保護(hù)管表面涂覆一層耐熱陶瓷時(shí)，一般用等離子噴涂方法，在等離子體2×104K的高溫才能使陶瓷粉末充分熔化。而采用納米技術(shù)采用高速火焰噴涂方法就可獲得陶瓷涂層。
同傳統(tǒng)噴涂涂層相比，納米結(jié)構(gòu)涂層在強(qiáng)度、韌性、抗蝕、耐磨、熱障、抗熱疲勞等方面顯著改善，且一種涂層可同時(shí)具有多種性能。
熱電偶涂層質(zhì)量直接影響熱電偶使用壽命。對(duì)噴涂陶瓷涂層的質(zhì)量檢驗(yàn)可參照J(rèn)B/T 7703-1995《熱噴涂陶瓷層技術(shù)條件》以及ISO 17834-2003《熱噴涂抗高溫腐蝕和氧化保護(hù)涂層》執(zhí)行。
