铂铑偶丝的熔炼方法
阅读说明：本技术 铂铑偶丝的熔炼方法 (Smelting method of platinum-rhodium couple wire ) 是由 王志江 施卫锋 耿怀亮 周佳磊 李雪娇 冯永强 于 2021-09-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种铂铑偶丝的熔炼方法,包括如下步骤：步骤1,烧结：将铑进行烧结,控制烧结的温度和时间,烧结的过程中通入氧气；步骤2,熔化：停止通氧气,加入铂,升高温度将物料全部熔化；步骤3,排气：物料全部熔化后逐渐降低温度使合金溶液缓慢冷却凝固,保持凝固状态30s～60s再升高温度重新熔化,该过程重复至少3次,排气过程中通入氧气及氩气；步骤4,精炼：停止通氧及氩,加入精炼剂精炼；步骤5,浇铸：将合金溶液的温度降低,然后浇铸到水冷铜模中制得铂铑合金铸锭；步骤6,将铂铑合金铸锭加工成铂铑偶丝,本发明制得的铂铑铸锭表面光滑,缩孔较浅,内部基本无缩松,且成分均匀,制成的铂铑偶丝成品率高、测温准确。(The invention provides a smelting method of a platinum-rhodium thermocouple wire, which comprises the following steps: step 1, sintering: sintering rhodium, controlling the sintering temperature and time, and introducing oxygen in the sintering process; step 2, melting: stopping introducing oxygen, adding platinum, and raising the temperature to completely melt the materials; and step 3, exhausting: gradually reducing the temperature after the materials are completely melted to slowly cool and solidify the alloy solution, keeping the solidification state for 30-60 s, raising the temperature to re-melt, repeating the process for at least 3 times, and introducing oxygen and argon in the exhaust process; and 4, refining: stopping introducing oxygen and argon, and adding a refining agent for refining; step 5, casting: reducing the temperature of the alloy solution, and then casting the alloy solution into a water-cooled copper mold to prepare a platinum-rhodium alloy cast ingot; and step 6, processing the platinum-rhodium alloy ingot into a platinum-rhodium coupling wire, wherein the prepared platinum-rhodium ingot has smooth surface, shallow shrinkage cavity, no shrinkage porosity basically in the interior, uniform components, high finished product rate and accurate temperature measurement.)
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种铂铑偶丝的熔炼方法。
背景技术
铂铑合金由于其优异的高温性能和热电性能，被用来制作各种测温元件，包括热电偶丝和热电阻等，广泛应用于钢铁、玻璃、特种金属、航天等领域的温度测量，其中热电偶丝是最常见的一类。
由于贵金属行情的持续走高，铂铑热电偶丝的线径要求越来越细，这导致铂铑合金铸锭中的铑元素偏析及缩松将对热电偶丝的加工和热电性能造成更大的影响，使得成品率下降和测温不准。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种铂铑偶丝的熔炼方法。采用本方法制得的铂铑铸锭表面光滑，缩孔较浅，内部基本无缩松，且成分均匀，制成的铂铑偶丝成品率高、测温准确。
本发明提供了一种铂铑偶丝的熔炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，烧结：将纯度大于99.95％的铑进行烧结，烧结温度为 1000℃～1300℃，烧结时间为20min～60min，烧结的过程中通入氧气；
步骤2，熔化：烧结结束后停止氧气的通入，加入纯度大于99.99％的铂，升高温度至1900℃～2300℃，将物料全部熔化成合金溶液，其中，物料中铂和铑的质量百分比为：铑0％～30％，铂70％～100％；
步骤3，排气：物料全部熔化后逐渐降低温度至1300℃～1600℃，使合金溶液缓慢冷却凝固，保持凝固状态30s～60s后，再升高温度至1900℃～2300℃重新熔化，该过程重复至少3次，排气过程中通入氧气和氩气；
步骤4，精炼：排气结束后，停止氧气和氩气的通入，往合金溶液中加入精炼剂，精炼1min～2min；
步骤5，浇铸：精炼结束后，将合金溶液的温度降低到1800℃～ 2100℃，然后将合金溶液浇铸到水冷铜模中制得铂铑合金铸锭，浇铸速度为150g/s～170g/s；
步骤6，将铂铑合金铸锭加工成铂铑偶丝。
进一步，在本发明提供的铂铑偶丝的熔炼方法中，还可以具有这样的特征：所述铑为海绵铑，所述铂为铂块。
进一步，在本发明提供的铂铑偶丝的熔炼方法中，还可以具有这样的特征：步骤1中，将铑放入高频感应熔炼炉的坩埚中进行烧结，烧结过程中通入的纯氧流量为2L/min～3L/min。
进一步，在本发明提供的铂铑偶丝的熔炼方法中，还可以具有这样的特征：所述坩埚为氧化钇稳定氧化锆坩埚或氧化钙稳定氧化锆坩埚。
进一步，在本发明提供的铂铑偶丝的熔炼方法中，还可以具有这样的特征：步骤3中，氧气流量为0.01L/min～0.1L/min，氩气的流量为4L/min～5L/min。
进一步，在本发明提供的铂铑偶丝的熔炼方法中，还可以具有这样的特征：所述精炼剂选自CaB6、CaC2、SiC中的一种或几种。
进一步，在本发明提供的铂铑偶丝的熔炼方法中，还可以具有这样的特征：所述水冷铜模包括：底座、安装在所述底座上的外套、安装在所述外套内的铜模以及接头，所述铜模与所述外套之间形成有流水空间，所述底座上设置有进水口，所述进水口与所述流水空间连通，所述外套为中空的柱状，所述外套的中空结构的两端分别与所述流水空间和所述接头连通，所述铜模设置有用于形成铸锭的凹槽，所述铜模的外侧壁上设置有螺纹，所述铜模的螺纹的牙顶与所述外套的内侧壁接触，使得冷却水从所述进水口进入所述流水空间后从所述铜模的底部向开口方向螺旋流动。
进一步，在本发明提供的铂铑偶丝的熔炼方法中，还可以具有这样的特征：所述铜模的外侧壁上设置的螺纹为矩形螺纹，矩形螺纹的牙底宽度为6mm～8mm。
进一步，在本发明提供的铂铑偶丝的熔炼方法中，还可以具有这样的特征：所述水冷铜模的接头进水压力为1.5kgf/mm2～3.5kgf/mm2。本发明具有如下优点：
本发明所涉及的铂铑偶丝的熔炼方法，通过熔炼工艺的控制和独特的水冷铜模设计，得到表面光滑，缩孔较浅，内部基本无缩松的铂铑合金铸锭，且具有成分均匀，即铑元素无偏析的优点，采用值得的铂铑合金铸锭制备的铂铑偶丝成品率高、测温准确。
附图说明
图1是本发明的实施例1中铸锭CT检测图。
图2是本发明的实施例中水冷铜模的局部剖视图。
其中，图中箭头为冷却水的流向。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的铂铑偶丝的熔炼方法作具体阐述。
<实施例1>
铂铑6热电偶丝的熔炼方法包括以下步骤：
步骤1，烧结：将120g纯度大于99.95％的海绵铑放入高频感应熔炼炉氧化钙稳定氧化锆坩埚中进行烧结，烧结温度为1100℃，烧结时间为20min，烧结的过程中以2L/min的流量通入氧气。
步骤2，熔化：烧结结束后停止氧气的通入，加入1880g纯度大于99.99％的铂块，升高温度至2000℃，将物料全部熔化成合金溶液。
步骤3，排气：物料全部熔化后逐渐降低温度至1400℃，使合金溶液缓慢冷却凝固，保持凝固状态40s后，再升高温度至2000℃重新熔化，该过程重复6次，排气过程中全程通入0.01L/min的纯氧气及4L/min的氩气；
步骤4，精炼：排气结束后，停止氧气和氩气的通入，往合金溶液中加入CaB6，精炼1min。
步骤5，浇铸：精炼结束后，将合金溶液的温度降低到1950℃，然后倾斜坩埚将合金溶液以161g/s的浇铸速度浇铸到水冷铜模中制得铂铑合金铸锭，水冷铜模的接头进水压力为1.5kgf/mm2。
如图2所示，水冷铜模包括：底座10、外套20、铜模30、接头 40。外套20安装在底座10上，铜模30安装在外套20内。铜模30 与外套20之间形成有流水空间50，底座10上设置有进水口11，进水口11与流水空间50连通，外套20为中空的柱状，外套20的中空结构的两端分别与流水空间50和接头40连通。铜模30设置有用于形成铸锭的凹槽31，铜模30的外侧壁上设置有螺纹32，铜模的螺纹 32的牙顶与外套20的内侧壁接触，使得冷却水从进水口11进入流水空间50后从铜模30的底部向开口方向螺旋流动。具体地，铜模 30的外侧壁上设置的螺纹32为矩形螺纹，矩形螺纹的牙底宽度为 6mm～8mm。使用时，合金溶液倒入铜模30的凹槽31内，冷却水从进水口11进入，从铜模30的底部向开口方向螺旋流动然后进入外套 20的中空部分，再从接头40流出。
步骤6，将铂铑合金铸锭加工成铂铑偶丝。
检测：使用工业CT对铸锭进行检测，发现铸锭表面光滑，整体致密，无缩孔、缩松，铸锭CT检测图像如图1所示；将铸锭加工至φ0.5mm的丝材，按照GB/T 18034-2000检测不均匀热电动势≤4μV；将φ0.5mm的丝材继续加工至φ0.030mm，统计其成品率≥80％，证明铸锭内部确实无缩松等缺陷。
<实施例2>
铂铑10热电偶丝的熔炼方法包括以下步骤：
步骤1，烧结：将200g纯度大于99.95％的海绵铑放入高频感应熔炼炉氧化钙稳定氧化锆坩埚中进行烧结，烧结温度为1000℃，烧结时间为30min，烧结的过程中以2.5L/min的流量通入氧气。
步骤2，熔化：烧结结束后停止氧气的通入，加入1800g纯度大于99.99％的铂块，升高温度至1900℃，将物料全部熔化成合金溶液。
步骤3，排气：物料全部熔化后逐渐降低温度至1300℃，使合金溶液缓慢冷却凝固，保持凝固状态40s后，再升高温度至1900℃重新熔化，该过程重复5次，排气过程中全程通入0.05L/min的纯氧气及4L/min的氩气；
步骤4，精炼：排气结束后，停止氧气和氩气的通入，往合金溶液中加入CaC2，精炼1.5min。
步骤5，浇铸：精炼结束后，将合金溶液的温度降低到1800℃，然后倾斜坩埚将合金溶液以150g/s的浇铸速度浇铸到水冷铜模中制得铂铑合金铸锭，水冷铜模的接头进水压力为2.1kgf/mm2。
如图2所示，水冷铜模包括：底座10、外套20、铜模30、接头 40。外套20安装在底座10上，铜模30安装在外套20内。铜模30 与外套20之间形成有流水空间50，底座10上设置有进水口11，进水口11与流水空间50连通，外套20为中空的柱状，外套20的中空结构的两端分别与流水空间50和接头40连通。铜模30设置有用于形成铸锭的凹槽31，铜模30的外侧壁上设置有螺纹32，铜模的螺纹 32的牙顶与外套20的内侧壁接触，使得冷却水从进水口11进入流水空间50后从铜模30的底部向开口方向螺旋流动。具体地，铜模30的外侧壁上设置的螺纹32为矩形螺纹，矩形螺纹的牙底宽度为 6mm～8mm。使用时，合金溶液倒入铜模30的凹槽31内，冷却水从进水口11进入，从铜模30的底部向开口方向螺旋流动然后进入外套 20的中空部分，再从接头40流出。
步骤6，将铂铑合金铸锭加工成铂铑偶丝。
检测：使用工业CT对铸锭进行检测，发现铸锭表面光滑，整体致密，无缩孔、缩松；将铸锭加工至φ0.5mm的丝材，按照GB/T 18034-2000检测不均匀热电动势≤4μV；将φ0.5mm的丝材继续加工至φ0.030mm，统计其成品率≥81％，证明铸锭内部确实无缩松等缺陷。
<实施例3>
步骤1，烧结：将260g纯度大于99.95％的海绵铑放入高频感应熔炼炉氧化钇稳定氧化锆坩埚中进行烧结，烧结温度为1300℃，烧结时间为30min，烧结的过程中以3L/min的流量通入氧气。
步骤2，熔化：烧结结束后停止氧气的通入，加入1740g纯度大于99.99％的铂块，升高温度至2300℃，将物料全部熔化成合金溶液。
步骤3，排气：物料全部熔化后逐渐降低温度至1400℃，使合金溶液缓慢冷却凝固，保持凝固状态40s后，再升高温度至2300℃重新熔化，该过程重复3次，排气过程中全程通入0.1L/min的纯氧气及4.5L/min的氩气；
步骤4，精炼：排气结束后，停止氧气和氩气的通入，往合金溶液中加入SiC，精炼1min。
步骤5，浇铸：精炼结束后，将合金溶液的温度降低到2100℃，然后倾斜坩埚将合金溶液以162g/s的浇铸速度浇铸到水冷铜模中制得铂铑合金铸锭，水冷铜模的接头进水压力为3.5kgf/mm2。
如图2所示，水冷铜模包括：底座10、外套20、铜模30、接头 40。外套20安装在底座10上，铜模30安装在外套20内。铜模30 与外套20之间形成有流水空间50，底座10上设置有进水口11，进水口11与流水空间50连通，外套20为中空的柱状，外套20的中空结构的两端分别与流水空间50和接头40连通。铜模30设置有用于形成铸锭的凹槽31，铜模30的外侧壁上设置有螺纹32，铜模的螺纹 32的牙顶与外套20的内侧壁接触，使得冷却水从进水口11进入流水空间50后从铜模30的底部向开口方向螺旋流动。具体地，铜模 30的外侧壁上设置的螺纹32为矩形螺纹，矩形螺纹的牙底宽度为 6mm～8mm。使用时，合金溶液倒入铜模30的凹槽31内，冷却水从进水口11进入，从铜模30的底部向开口方向螺旋流动然后进入外套 20的中空部分，再从接头40流出。
步骤6，将铂铑合金铸锭加工成铂铑偶丝。
检测：使用工业CT对铸锭进行检测，发现铸锭表面光滑，整体致密，无缩孔、缩松；将铸锭加工至φ0.5mm的丝材，按照GB/T 18034-2000检测不均匀热电动势≤4μV；将φ0.5mm的丝材继续加工至φ0.030mm，统计其成品率≥81％，证明铸锭内部确实无缩松等缺陷。
<实施例4>
步骤1，烧结：将600g纯度大于99.95％的海绵铑放入高频感应熔炼炉氧化钇稳定氧化锆坩埚中进行烧结，烧结温度为1200℃，烧结时间为60min，烧结的过程中以2L/min的流量通入氧气。
步骤2，熔化：烧结结束后停止氧气的通入，加入1400g纯度大于99.99％的铂块，升高温度至2150℃，将物料全部熔化成合金溶液。
步骤3，排气：物料全部熔化后逐渐降低温度至1600℃，使合金溶液缓慢冷却凝固，保持凝固状态60s后，再升高温度至2150℃重新熔化，该过程重复6次，排气过程中全程通入0.1L/min的纯氧气及5L/min的氩气；
步骤4，精炼：排气结束后，停止氩气和氧气的通入，往合金溶液中加入CaB6，精炼2min。
步骤5，浇铸：精炼结束后，将合金溶液的温度降低到1980℃，然后倾斜坩埚将合金溶液以170g/s的浇铸速度浇铸到水冷铜模中制得铂铑合金铸锭，水冷铜模的接头进水压力为3.0kgf/mm2。
步骤6，将铂铑合金铸锭加工成铂铑偶丝。
如图2所示，水冷铜模包括：底座10、外套20、铜模30、接头 40。外套20安装在底座10上，铜模30安装在外套20内。铜模30 与外套20之间形成有流水空间50，底座10上设置有进水口11，进水口11与流水空间50连通，外套20为中空的柱状，外套20的中空结构的两端分别与流水空间50和接头40连通。铜模30设置有用于形成铸锭的凹槽31，铜模30的外侧壁上设置有螺纹32，铜模的螺纹 32的牙顶与外套20的内侧壁接触，使得冷却水从进水口11进入流水空间50后从铜模30的底部向开口方向螺旋流动。具体地，铜模 30的外侧壁上设置的螺纹32为矩形螺纹，矩形螺纹的牙底宽度为6mm～8mm。使用时，合金溶液倒入铜模30的凹槽31内，冷却水从进水口11进入，从铜模30的底部向开口方向螺旋流动然后进入外套 20的中空部分，再从接头40流出。
检测：使用工业CT对铸锭进行检测，发现铸锭表面光滑，整体致密，无缩孔、缩松；将铸锭加工至φ0.5mm的丝材，按照GB/T 18034-2000检测不均匀热电动势≤4μV；将φ0.5mm的丝材继续加工至φ0.030mm，统计其成品率≥78％，证明铸锭内部确实无缩松等缺陷。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
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