探讨了钨铼热电偶在高温空气中的热电稳定性,得出如下规律性结论:

(1)钨铼热电偶在空气中,由于高温氧化,引起热电势突变而导致热电偶失效。其中,在1000℃时,热电势发生负漂;800℃和900℃时,热电势发生正漂。

(2)钨铼热电偶各极的稳定性是不同的:1000℃正极不稳定,首先发生热电势负漂;800℃和900℃时,负极不稳定,首先发生热电势负漂。

(3)钨铼热电偶的热电动势突然失效的原因,不是合金元素的选择性氧化所致,而是由于某一极合金丝完全氧化成氧化物,使材料性质发生了根本性改变。1000℃时是因其正极完全氧化引起钨铼热电偶突然失效;800℃和900℃时则是负极。

(4)钨铼热电偶突然失效时,热电势和体电阻同时突变。因而,可以通过电阻测量对其寿命进行预报。

(5)失效后的钨铼热电偶仍有热电势的假象,这是因其氧化产物氧化铼具有很高导电率的缘故。


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1.钨铼热电偶正、负极稳定性比较

钨铼热电偶在空气中氧化一定的时间后会发生热电势突变,而构成正、负极的钨-3%铼和钨-25%铼合金的氧化速度是不同的。因而可以预见,它们对热电偶的稳定性将产生不同的影响。从图1可以看出:钨铼热电偶正负极具有不同的稳定性。1000℃时,钨铼3极稳定性差,首先发生热电势的突变,而钨铼25极稳定性较好,稍后才发生突变。正负极稳定性的差异是与两种钨铼合金氧化行为相一致的。800、900℃时,随着铼含量的减少,钨铼合金的抗氧化能力增强。钨-3%铼因形成附着性相对较好的层状结构氧化膜而具有低于钨-25%铼的腐蚀速度;1000℃时,铼含量越高,合金的抗氧化性越强。钨-25%铼由于发生氧化层的烧结反应形成双层结构的氧化膜,外层是富钨少铼的氧化物薄层,内层是较致密的钨、铼氧化物混合层,与基体相比,铼有所富集。烧结反应使氧化膜变得较致密,提高了钨-25%铼在1000℃的抗氧化能力,腐蚀速率低于钨-3%铼。所以,钨铼3极在1000℃的稳定性较差,最先发生热电势的突变。因此,正负极稳定性变化的先后正是氧化速度高低的直接反映。

2.钨铼热电热偶热电势突变的原因

在进行正负极相对稳定性实验的同时,采用两根0·8mm的镍铬丝分别悬吊长2cm的钨-3%铼和钨-25%铼合金丝各一组,与热电偶的工作端同置于1000℃的恒温区中,当发生第一次热电势突变时取一组样品,第二次突变时再取出另一组样品,分别进行电子探针分析。结果表明:第一次热电势突变时刻,正极钨-3%铼合金已经完全氧化,而负极钨-25%铼合金丝心部仍有合金相。第二次热电势发生突变时,负极的合金相则也已全部氧化〔1〕。由此可见,钨铼热电偶的热电势突变是由于正负极的氧化所致。

为了进一步确认上述现象,在进行整体热电偶稳定性实验时,取出突变时刻的热电偶,将其工作端制成金相试样。根据我们对1000℃钨铼热电偶刚刚发生电势突变时刻工作端金相形貌所作的分析,热电偶电势突变不是合金元素选择性氧化导致成分变化引起的,而是热电偶的某一极因氧化而由原来的钨铼合金完全变成了氧化物。这是一种成分的质变,即由合金变成了氧化物,这种现象是与钨铼合金的高温氧化行为相一致的。在实验条件下,由于铼和钨氧化物的挥发,导致钨铼合金灾难性氧化而遵循一种开裂线性氧化规律。氧化过程中形成开裂、疏松的氧化物层,对氧的扩散难以构成阻力,使氧化反应发生在金属/氧化层界面上;由于铼对氧的亲和力远小于钨,且其生成的氧化物具有较大的蒸汽因而钨铼合金在氧化过程中不会发生铼的选择性氧化,它的氧化层均是由钨和铼的氧化物混合而成。因而,在氧化气氛下,不存在选择性氧化引起金属阳离子的扩散而导致的合金成分的逐渐改变。这样,随着氧化过程的进行,合金丝的截面不断收缩,但成分未变,直到最终完全氧化成氧化物时,材料的性质发生了根本改变,与之密切相关的热电性质也完全改变,从而导致了钨铼热电偶热电势的突变。通过上述实验,首次揭示了钨铼热电偶电势突变的本质。另外,由于钨铼合金氧化后生成的三氧化铼具有很高的导电率,致使已经失效的钨铼热电偶回路中仍然出现热电势的假象,这就解决了长期以来悬而未决的难题。

3.钨铼热电偶的防氧化技术与抗氧化钨铼热电偶

钨铼热电偶在空气中影响热电势不稳定的主要因素是氧化,而为了替代铂铑热电偶又只能在氧化性气氛中工作,因此可采用如下防氧化技术:①涂层保护法;②抽空密封保护法;③抽空充气密封保护法;④充填密封保护法。

涂层保护法在技术上尚存在一定问题，而抽空或充填密封保护法则已通过批量试验,每年至少有千支以上抗氧化钨铼热电偶用于工业炉窑的温度测量。由于在保护管内人为地创造出适于钨铼热电偶工作的非氧化气氛,因此抗氧化钨铼热电偶的长期稳定性较好。作者采用专利技术生产的实体型抗氧化钨铼热电偶,经在鞍钢烧结厂球团加热炉(氧化性气氛)中使用7个月(5000h),取出后的检定结果表明,它性能稳定,精度达1%,并可继续使用。


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1.简介

注射器屏蔽件是由钨合金为原料制成的是用于医疗注射放射性药物时起保护作用的医疗器械。

2.运用原理

注射器屏蔽件是利用高致密钨合金对放射性粒子的屏蔽作用。钨合金密度可达16.5-19.0g/cm3，对放射性粒子有很好的屏蔽效益。

3.应用

钨合金注射器屏蔽件在医疗中常用作同位素示踪法来监测药物的功效的注射仪器。同位素示踪法是利用放射性核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法。利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以用核探测器随时追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等，稳定性同位素虽然不释放射线，但可以利用它与普通相应同位素的质量之差，通过质谱仪，气相层析仪，核磁共振等质量分析仪器来测定。如果放射性物质照射人体或者进入人体，会使细胞发生病变，严重的会危害人的生命。钨合金屏蔽针管在使用放射性物质时可以保护人体免受伤害。

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钨合金手机振子是手机振动装置中的重要部件，和其他材料相比，钨合金在密度、硬度、耐磨性等方面具有显著优势。当手机振动时，会有偏心运动，这是由振动部 件中的偏心马达引起的。由于重心偏移了，而不是在马达转子中，这样手机就开始振动。这样，有良好抗磨损以及高重力的机械部件就很需要。钨合金的密度很大，最大密度达18.6g/cm3。密度大可在相同重量下表现出的体积比其他材料更小。而这种产品就是需要很大的重量以及很小的体积，比如 手机振动，钟的振动部件等。钨合金材料正好能满足这类产品的需求。与其他材料相比，钨合金振子有精确重量以及无磁性，耐高温，抗氧化，耐腐蚀等优点。

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