专利名称：高温耐磨快速响应热电偶的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种高热响应速度的高耐磨性热电偶产品，可作为电力、冶金、化工、环保等企业监测高速两相流流体温度变化的测量元件，工作温度范围20-500℃。
技术背景以燃煤电厂为例通过精确、即时测量磨煤机出口及输粉管道风、粉混合温度，可保证制粉系统安全、经济运行及各煤粉管道煤粉浓度的均匀性，并有效地防止输煤管道的堵塞。但由于热电偶在煤粉高速冲刷环境及较高的温度下工作，煤粉中某些杂质的硬度高达HV1100，远高于普通合金的硬度。用普通金属外壳的铠装热电偶磨损严重，例如直径为φ8的铠装热电偶的运行寿命仅一个月左右。火电厂的大修周期一般在4年左右，在非大修期频繁更换热电偶将会严重影响电厂的安全运行。为了延长热电偶套管的寿命，人们采取了加大套管直径、选用耐磨陶瓷套管或耐磨合金的方法。上述方法虽然可以延长热电偶的使用寿命，但保护管加粗后或采用陶瓷套管会导致热电偶响应速度显著降低，例如加装了陶瓷套管后热电偶的温度测量稳定时间长达3分钟以上，无法满足运行监测及机组自动控制的需要，给锅炉安全运行带来极大的隐患。因此，如何提高热响应速度又延长使用寿命这一矛盾，是特定使用条件下仍未解决的技术难题。
发明内容
本实用新型的发明目的是提供一种高寿命、高热响应速度的铠装热电偶。
本实用新型的技术解决方案如下包括热电偶保护管，保护管内设有热电偶，保护管后端设有外壳，外壳前端设有固定螺栓，在外壳和保护管之间设有耐高温密封垫，关键是保护管的外露部分表面直接超高速喷涂高硬度的耐磨涂层。
本实用新型的结构相当简单，关键是直接涂覆具有超细晶组织的高硬度与保护管1基体达到冶金结合的涂层，使具有耐磨涂层的保护管(其直径最小为5毫米)无需套装耐磨陶瓷管，也远小于常规的耐磨合金保护管直径，可使热电偶的热响应时间提高到5～10秒，同时使用寿命长达4年以上，可完全适应燃煤厂磨煤机出口及输粉管道风、粉混合温度的监测，可显著提高电厂的安全、经济运行水平。
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的保护管的断面放大结构图。
具体实施方式
请参见图1～图2，本实用新型的具体实施方式
如下，包括热电偶保护管1，其为普通的合金材料，达到一定的硬度和刚度即可，保护管1内设有热电偶，保护管1后端设有外壳2，外壳2前端设有固定螺栓3，其是为安装和常规保护需要而设置的，在外壳2和保护管1之间设有耐高温密封垫4，关键是在于保护管1的外露部分表面直接超高速喷涂涂覆有一层耐磨涂层5，该耐磨层具有较好的高温耐磨性；由于本实用新型的使用环境相当恶劣，在保持涂层5具有良好的耐磨性和良好的热传导性的同时，还应保持涂层5与保护管1的表面具有良好的结合力，这样才能使本实用新型具有良好的热响应速度和足够长的寿命，为达到此目的，在涂层5和保护管1之间有一冶金结合过渡层6，该过渡层6的实质是涂层5的材料在喷涂过程中以离子注入的形式扩散到保护管1的壁面内的一定深度，即过渡层6是金属或合金材料5和保护管1的材料的混合区，该混合区使涂层与基体形成一种冶金结合的过渡层，使结合强度大为提高，可达数百MPa。
上述过渡层6的形成是利用电热爆炸超高速定向喷涂方法原理，合金丝或箔在电爆炸时，金属微粒(包括金属离子)高速连续冲击保护管1的外表面，同时形成过渡层6和涂层5。
由于实用新型的使用场合为高温二相流环境，涂层5和保护管1的材料不同，热膨胀系数也不相同，则会影响使用寿命，因此通过上述的电爆炸方法，对保护管1进行多次的电热爆炸超高速喷涂，形成的合金层5为两种金属(或合金)交替组成的复合涂层，例如涂层5为WC-Co-司太立6交替组成的复合涂层(当涂层厚度为200微米时，需要交替喷涂上述两种材料共8次)，保护管1的材料为Cr12、Mn13或1Cr18Ni9Ti钢等(保护管材料硬度不得低于HV200)，形成的复合涂层5的硬度在HV1600-2200范围；或者为金属钼-金属镍交替组成的复合涂层，涂层5的显微硬度在HV1300～1500范围。选择上述复合涂层材料是为了使涂层的热膨胀系数均与钢接近，以减少涂层的热应力。
上述的涂层5(包括复合的二层或多层式的涂层)厚度一般在80～400微米，过渡层6的厚度一般在5～30微米，实质上上述的涂层是一种超细晶组织(平均晶粒直径一般小于300μm)或纳米晶组织(平均晶粒直径小于100μm)的高性能涂层，由于晶粒细化，可使涂层5的硬度和韧性显著提高；保护管1的直径可为5～10mm，最佳为7～8mm左右。
权利要求1.一种高温耐磨快速响应热电偶，包括热电偶保护管(1)，保护管(1)内设有热电偶，保护管(1)后端设有外壳(2)，外壳(2)前端设有固定螺栓(3)，在外壳(2)和保护管(1)之间设有耐高温密封垫(4)，其特征是在于保护管(1)的外露部分表面直接超高速喷涂覆耐磨涂层(5)。
2.按权利要求1所述的高温耐磨快速响应热电偶，其特征在于所述的涂层(5)和保护管(1)之间有一冶金结合的过渡层(6)。
3.按权利要求1或2所述的高温耐磨快速响应热电偶，其特征在于所述的涂层(5)可为由两种金属或合金交替复合组成的复合涂层。
4.按权利要求3所述的高温耐磨快速响应热电偶，其特征在于所述的复合涂层(5)为WC-Co-司太立6交替组合。
5.按权利要求3所述的高温耐磨快速响应热电偶，其特征在于所述的复合涂层(5)为金属钼-金属镍交替组合。
6.按权利要求1或2或4或5所述的高温耐磨快速响应热电偶，其特征在于所述的涂层(5)的厚度为80～400微米。
7.按权利要求6所述的高温耐磨快速响应热电偶，其特征在于所述的冶金结合过渡层(6)的厚度在5～30微米。
8.按权利要求6所述的高温耐磨快速响应热电偶，其特征在于保护管(1)的直径为5～10mm。
9.按权利要求8所述的高温耐磨快速响应热电偶，其特征在于保护管(1)的直径为7～8mm左右。
专利摘要本实用新型公开了一种高寿命、高热响应速度的铠装热电偶。包括热电偶保护管，保护管内设有热电偶，保护管后端设有外壳，外壳前端设有固定螺栓，在外壳和保护管之间设有耐高温密封垫，关键是保护管的外露部分表面直接超高速喷涂高硬度的耐磨涂层。本实用新型的结构相当简单，关键是直接涂覆具有超细晶组织的高硬度与保护管1基体达到冶金结合的涂层，使具有耐磨涂层的保护管(其直径最小为5毫米)无需套装耐磨陶瓷管，也远小于常规的耐磨合金保护管直径，可使热电偶的热响应时间提高到5～10秒，同时使用寿命长达4年以上。
文档编号G01K7/02GK2723969SQ20042008787
公开日2005年9月7日 申请日期2004年8月23日 优先权日2004年8月23日
发明者刘宗德, 袁伟 申请人:华北电力大学, 杭州华电电力试验研究所