鎢錸熱電偶作為一種性能優良的高溫測量用傳感器，最高使用溫度可以達到2800℃，是目前可測得1800℃以上的較好的接觸式工業熱電偶，被廣泛應用于航空發動機的尾焰探測、石油化工的重油裂解爐、煤氣化爐、冶金氣氛爐、核電反應堆堆芯溫度的測量等。
鎢錸熱電偶絲在惰性氣和干燥的氫氣中熱電性能穩定，但在氧化氣氛下極易氧化，在不同的氧分壓下呈線性氧化規律，當某一極完全氧化而導致材料性質發生質變時，就會引發其熱電性質的根本改變。為了能使鎢錸偶絲應用于氧化氣氛中，國內外學者進行了大量的研究，采用各種防氧化技術使其能應用于氧化氣氛，例如，涂層保護法、抽空密封保護法、抽空充氣密封保護法、填充密封保護法(昌暉儀表生產的鎢錸熱電偶就是使用這種方法)等等。但是關于鎢錸熱電偶絲在氮氣、高溫含碳環境中的穩定性研究尚未見報導，本文通過對現場失效的鎢錸熱電偶進行分析，討論在氮氣、高溫含碳環境中，鎢錸熱電偶失效的原因，具有明顯的理論意義與實用價值。
鎢錸熱電偶失效實驗
本試樣中的鎢錸熱電偶主要用于鋼鐵廠含釩鈦鋼渣的熔煉爐中，熔液偏堿性，鎢錸熱電偶長期使用溫度1600-1700℃，短期使用溫度1800℃。鎢錸熱電偶結構如圖1所示，鎢錸熱電偶絲穿入兩孔的剛玉絕緣管中，剛玉絕緣管與剛玉保護管中間填充石英砂，最外層用石墨作保護管。現場實驗表明，鎢錸熱電偶工作一段時間后，顯示儀表溫度顯示出現異常，爐子處于明顯升溫狀態時，顯示儀表溫度恒定、下降或斷路。取出此熱電偶后其外層的石墨保護管沒有破損，敲碎保護管，在鎢錸熱熱電偶絲的工作部位取樣，其形貌如圖2所示。把樣品制備成金相試驗，進行SEM-EDS分析。
圖1 鎢錸熱電偶結構 圖2 失效后的鎢錸合金絲
經試驗和數據分析表明(本文省去了復雜的數據處理和分析過程，直接給出試驗結果)，在鎢錸熱電偶的裝配過程中，如果石英砂或者鎢：錸合金絲表面被石墨污染，石英砂漏入進絕緣管中污染鎢錸合金絲，當熱電偶在1600-1800℃溫度工作時，由于石墨和剛玉管生產工藝的特點，在高溫時其材質不致密，氮氣會通過石墨管和剛玉管，在其中進行流通，SiO2、C和N2就會發生反應，生成的SiC和Si3N4會牢牢地附著在鎢錸合金絲表面，阻礙鎢錸合金絲的自由伸縮。情況嚴重時，當溫度降低，鎢錸合金絲收縮時，鎢錸合金絲就會被拉斷，使鎢錸熱電偶失效，顯示儀表溫度顯示為斷路狀態，而原本充當保護氣氛的氮氣，在反應中卻起到了促進反應進行的作用。
鎢在室溫條件下化學性質比較穩定，與硫酸、鹽酸、硝酸、苛性堿、惰性氣體、氮氣、氫氣都不發生反應，但溫度＞100℃，鎢將與酸堿發生反應；當溫度＞1200℃碳與W發生反應；當溫度＞900℃硅與W發生反應；當溫度＞1300℃碳化硅與W發生反應；當溫度＞700℃水蒸氣與W發生反應；當溫度＞300℃空氣與W發生反應；應避免這些物質與鎢接觸。
經多次試驗論證后，重慶材料研究院有限公司通過試驗得到以下結論，供生產鎢錸熱電偶廠家和鎢錸熱電偶使用者參考借鑒：
①當溫度＞1544℃時，SiO2、C和N2就會發生明顯反應，生成的SiC、Si3N4會牢牢地附著在鎢錸合金絲表面，阻礙鎢錸合金絲的白由伸縮。
②SiC室溫下能與W發生反應，生成硅化鎢和碳化鎢，高溫時反應變得比較明顯。不宜用SiC做鎢錸熱電偶的絕緣管材料。
③當溫度在1600-1800℃時，SiC和WSi2可能分解，生成氣態Si向鎢錸合金絲的內部擴散，影響鎢錸熱電偶的機械性能和熱電性能。
④在鎢錸熱電偶的裝配過程中，特別是用石墨作外保護管，石英砂作為中間填充物，氮氣作為保護氣氛時，盡量避免石墨、石英砂、鎢錸合金絲之間的交叉污染。
作者：重慶材料研究院有限公司 陽浩、陳德茂、劉奇、辛學軍、楊曉亮、於舟
