Проволока вольфрам-рениевая ВР5/20

Вольфрам-рениевая проволока ВР5/20 — термоэлектродный материал для изготовления высокотемпературных термопар типа ТВР. Пара сплавов ВР5 и ВР20 является единственной отечественной системой термоэлектродов, стандартизованной для длительного измерения температур выше 1500°C в восстановительных и нейтральных средах.

Состав и марки: ВР5 и ВР20

Термопара ТВР состоит из двух проволок разного состава, каждая из которых является самостоятельной маркой:

Марка	W, %	Re, %	Роль в термопаре
ВР5	95	5 ± 0,5	Положительный термоэлектрод
ВР20	80	20 ± 0,5	Отрицательный термоэлектрод

Содержание рения в обеих марках нормируется с допуском ±0,5%. Содержание примесей также нормируется техническими условиями — суммарно не более 0,1%.

Почему именно 5% и 20% рения

Выбор концентраций не произвольный. Добавка 5% Re в положительный электрод решает конкретную задачу: чистый вольфрам хрупок после рекристаллизации, и его проволока не выдерживает технологических операций и эксплуатационных нагрузок. Рений повышает температуру рекристаллизации вольфрама и возвращает ему пластичность в рекристаллизованном состоянии (эффект рениевого упрочнения).

В отрицательном электроде задача иная: обеспечить максимальную термо-ЭДС пары. С ростом содержания рения термо-ЭДС системы W–Re увеличивается, однако при концентрации выше ~32% в твёрдом растворе W–Re при температурах выше 1100°C начинают выделяться интерметаллидные σ-фазы. Сплав становится неоднородным, термо-ЭДС снижается и теряет стабильность. Концентрация 20% Re в отрицательном электроде — оптимальный баланс между высокой термо-ЭДС и стабильностью сплава при температурах до 2200°C.

Вариант ВАР5/20

Помимо базовых марок ВР5 и ВР20, выпускается модификация ВАР5/20, в которую введены кремний-щелочные присадки (SiO₂, Al₂O₃, KCl — каждой не более 0,5%). Такое легирование увеличивает стабильность термо-ЭДС при температурах до 2000°C в 2–3 раза по сравнению с нелегированными ВР-сплавами. ВАР5/20 применяется там, где требуется длительная эксплуатация при температурах 1800–2000°C без периодической замены термоэлектродов.

Технология изготовления термоэлектродной проволоки

Производство ведётся методами порошковой металлургии в несколько этапов:

1. Перренат аммония (NH₄ReO₄) восстанавливают водородом до металлического порошка рения.
2. Порошок рения смешивают с порошком вольфрама в заданном соотношении.
3. Смесь прессуют в штабики и спекают в водородной атмосфере.
4. Заготовку ротационно куют и многократно волочат через алмазные фильеры до нужного диаметра.
5. Готовую проволоку отжигают для снятия деформационных напряжений.

Отжиг — обязательная операция: он переводит проволоку в состояние, при котором термо-ЭДС соответствует номинальной статической характеристике (НСХ). Без отжига термоэлектродные характеристики нестабильны. После отжига каждая партия проходит градуировку — проверку соответствия НСХ.

Диаметры и форма поставки

По ГОСТ 6616-94 диаметр термоэлектродной проволоки из вольфрам-рениевых сплавов находится в диапазоне 0,1–0,5 мм. Типовые диаметры: 0,10; 0,15; 0,20; 0,25; 0,35; 0,50 мм. Проволока поставляется намотанной на катушки. Намотка должна быть плотной и равномерной, обеспечивать свободное сматывание без узлов и петель.

При диаметрах от 1800°C и выше для повышения надёжности измерения рекомендуется применять проволоку большего диаметра: более толстые термоэлектроды медленнее испаряются и дольше сохраняют геометрию спая.

Нормативная документация

Проволока ВР5/20 применяется в составе термоэлектрических преобразователей типа ТВР по ГОСТ 6616-94 «Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия». Термопары ТВР выпускаются с градуировками А-1, А-2 и А-3.

Номинальные статические характеристики (НСХ) преобразования — зависимость термо-ЭДС от температуры — установлены в ГОСТ Р 8.585-2001 «Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования». НСХ типа А для вольфрам-рениевых термопар включена в международный стандарт МЭК 60584-1 (редакция 2013 года).

Градуировка	Диапазон длительного применения	Кратковременный предел
А-1	0–2200°C	до 2500°C
А-2	0–1800°C	—
А-3	0–1800°C	—

Допустимые рабочие среды и ограничения

Это один из важнейших эксплуатационных параметров, который нередко игнорируется при выборе термопары.

Допустимые среды: вакуум, аргон, гелий, сухой азот, чистый сухой водород.

Недопустимые среды:

• Воздух и любая кислородсодержащая атмосфера при температуре выше 300°C — вольфрам интенсивно окисляется, проволока разрушается.
• Влажный водород — образует гидроксиды, нарушающие состав поверхности.
• Углеродсодержащие среды — карбидизация вольфрама изменяет термо-ЭДС и делает проволоку хрупкой.

При кратковременных замерах температуры расплавленных металлов в окислительных условиях термоэлектроды защищают специальным чехлом из термостойкой керамики, выдерживающим многократные термоудары. Без защитного чехла применение ВР5/20 на воздухе при высоких температурах недопустимо.

Требование к совместимости электродов: серийность поставки

Разные партии термоэлектродной проволоки имеют разброс термо-ЭДС — до 50 мкВ в пределах одной бухты при температурах до 1500°C. Это обусловлено допустимым отклонением содержания рения ±0,5% и неизбежной неоднородностью по длине проволоки.

По этой причине категорически запрещается изготовление термопар из проволоки разных серий (партий), даже если сертификатные характеристики обоих электродов совпадают. Положительный и отрицательный электроды одной термопары должны быть из одной партии. Несоблюдение этого требования приводит к систематической погрешности, которую невозможно устранить при калибровке.

Области применения вольфрам-рениевой проволоки ВР5/20

Термоэлектродная проволока ВР5/20 применяется в качестве термочувствительного элемента в следующих производственных условиях:

• Вакуумные и водородные электрические печи для спекания, термообработки тугоплавких металлов, твёрдых сплавов и керамики.
• Металлургия: кратковременные замеры температуры расплавленной стали и цветных металлов (с защитным чехлом).
• Газотурбинные двигатели и МГД-генераторы: измерение температуры газовых потоков.
• Атомная энергетика: высокотемпературные зоны реакторов в нейтральных и восстановительных средах.
• Авиационная и аэрокосмическая промышленность: контроль температуры при производстве и испытаниях композитных материалов, тугоплавких конструкций.

Вольфрам-рениевые термопары ТВР — единственный контактный метод измерения температуры в диапазоне 1500–2200°C в промышленных условиях. Альтернативные бесконтактные методы (пирометрия) уступают им по точности при работе в закрытых полостях, запылённых средах и при наличии оптических помех.

Подробнее о других формах поставки вольфрам-рениевого проката — на странице проволока вольфрам-рений ВР. Технические характеристики близкого по применению материала — лантанированного вольфрама — приведены на странице лантанированный вольфрам ВЛ.

Поставка

Поставляем термоэлектродную проволоку ВР5 и ВР20 диаметром 0,1–0,5 мм на катушках. Проволока градуированная, поставляется с документацией на партию. Заявку направляйте через форму на сайте или по контактам, указанным в разделе «Контакты».