摘要: 文章研究了鉑銠熱電偶絲在等幅載荷下的疲勞壽命并得到了具體的疲勞壽命數(shù)據(jù)，也發(fā)現(xiàn)了影響鉑銠偶絲疲勞壽命的因素。結(jié)果表明: 隨著偶絲銠含量的增加，偶絲的疲勞壽命降低; 隨著偶絲線徑的變粗，偶絲的疲勞壽命降低; 真空熔煉爐制造的偶絲疲勞壽命優(yōu)于高頻熔煉爐; 水冷銅模鑄造的偶絲疲勞壽命優(yōu)于石墨模鑄造。

現(xiàn)代世界制造工業(yè)和研究實(shí)驗(yàn)室中，每小時(shí)都要發(fā)生成千上萬(wàn)次測(cè)溫。在當(dāng)代溫度測(cè)量中，鉑—鉑銠熱電偶無(wú)疑是最精確、最穩(wěn)定、測(cè)量溫度范圍最大和應(yīng)用領(lǐng)域最廣泛的測(cè)量工具［1］。鉑和鉑銠熱電偶絲是功能材料，首先是保證測(cè)溫的精度，其次是保證材料的壽命。在各專業(yè)文獻(xiàn)中，關(guān)于鉑和鉑銠偶絲的疲勞壽命的研究很少，本單位作為鉑和鉑銠偶絲的主要生產(chǎn)單位之一，在這方面做了一些基礎(chǔ)研究。

1 實(shí)驗(yàn)
1. 1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器
試驗(yàn)樣品用鉑、鉑銠6、鉑銠10、鉑銠13、鉑銠15、鉑銠20、鉑銠30，為更真實(shí)的反應(yīng)實(shí)際情況，特意增加了樣品種類，即把鉑銠15 和鉑銠20 也看做是某種非標(biāo)偶絲。掃描電鏡，用于鉑銠偶絲斷面形貌分析; 自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，用于等幅載荷疲勞壽命研究。
1. 2 實(shí)驗(yàn)方法
將鉑銠偶絲夾持到自制設(shè)備，研究偶絲線徑、銠含量、坩堝、熔煉方法對(duì)鉑銠偶絲的影響。圖1是自制設(shè)備示意圖。其中A 表示振動(dòng)部分，B 表示偶絲，C 表示幅度限位部分，D 表示夾持部分。采用對(duì)稱循環(huán)方式，即σm = ( σmax + σmin) /2 = 0。

2 結(jié)果與討論
2. 1 銠含量對(duì)偶絲疲勞壽命的影響
試驗(yàn)偶絲采用高頻熔煉方式，澆鑄采用水冷銅模，偶絲線徑為Φ1. 0 mm。如圖2 所示，隨著銠含量的增加鉑銠偶絲的疲勞壽命減少，鉑銠30可承受的循環(huán)次數(shù)僅為6 次。

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以很明顯看出，鉑銠偶絲在等幅載荷下的疲勞壽命和銠含量成簡(jiǎn)單線性關(guān)系。可得出經(jīng)驗(yàn)公式:
N = － 10 × C + 214( C≤10) ( 1)
N = － 5. 5 × C + 171( 10 ＜ C≤30) ( 2)
式中，N 代表循環(huán)次數(shù)，即疲勞壽命; C 代表銠含量，即銠在鉑銠合金中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是隨著銠的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的增加，鉑銠合金的硬度是增加的。硬度的增加導(dǎo)致偶絲的疲勞壽命下降。而根據(jù)文獻(xiàn)【Benner L S，Suzuki T，Meguro K，et al. Precious metalsSLKience and technology ［M］． Austin in USA: The International Precious Metals Institute，1991.】記載，Ｒh 對(duì)鉑金硬度的影響在很大范圍內(nèi)是呈現(xiàn)線性的，如圖3 所示。

2. 2 線徑對(duì)偶絲疲勞壽命的影響
試驗(yàn)偶絲采用高頻熔煉方式，澆鑄采用水冷銅模，以鉑銠10 和鉑銠13 為研究對(duì)象。如圖4 所示，隨著偶絲線徑的增加，偶絲疲勞壽命降低。一般認(rèn)為，材料的應(yīng)力梯度是造成疲勞尺寸效應(yīng)的原因，即尺寸不同的材料，在受力條件相同時(shí)，危險(xiǎn)點(diǎn)峰值應(yīng)力相等，因此大尺寸材料由于應(yīng)力梯度小而疲勞強(qiáng)度低。圖5 是鉑銠偶絲典型斷口的電鏡照片，從電鏡圖片可以很明顯看出，該斷口具有光亮的疲勞源、光滑的貝紋線以及粗糙的瞬斷區(qū)。

2. 3 澆鑄模對(duì)偶絲疲勞壽命的影響
試驗(yàn)偶絲采用高頻熔煉方式，偶絲線徑為Φ1. 0 mm，以鉑銠15 為研究對(duì)象。如表1 所示，水冷銅模澆鑄的偶絲疲勞壽命大大優(yōu)于石墨模澆鑄。

產(chǎn)生的原因如圖6 所示，石墨模中的碳使鉑銠偶絲中出現(xiàn)了大量的缺陷與夾雜。

2. 4 熔煉方法對(duì)偶絲疲勞壽命的影響
試驗(yàn)偶絲線徑Φ1. 0 mm，水冷銅模澆鑄，以鉑銠15 為研究對(duì)象。如表2 所示，真空熔煉能提高偶絲的疲勞壽命。

產(chǎn)生的原因可能是真空熔煉鑄錠中的氣體量遠(yuǎn)小于高頻熔煉。而氣體的存在，使材料的脆性增大，從而使偶絲疲勞壽命降低。

3 結(jié)論
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得到以下結(jié)論:
( 1) 鉑銠偶絲的疲勞壽命和銠的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)有很大關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，銠含量越高鉑銠偶絲的疲勞壽命越低。因此在偶絲使用過(guò)程中，因受周期性彎折時(shí)，正極更容易斷絲。在實(shí)際有分度號(hào)的三類偶絲當(dāng)中，S、Ｒ 兩種型號(hào)差距不大，B 型的正極疲勞壽命極低，基本彎折10 次以內(nèi)就會(huì)斷裂。
( 2) 偶絲的線徑對(duì)疲勞壽命有影響。一般來(lái)說(shuō)，偶絲越粗，偶絲的疲勞壽命越差。因此在工業(yè)生產(chǎn)中，可以選擇合適線徑的偶絲。比如，在鉑銠玻纖漏板上使用的偶絲如果用Φ0. 8 mm 取代傳統(tǒng)的Φ1. 0 mm 可以大大減少偶絲在漏板澆筑時(shí)斷絲的概率。
( 3) 水冷銅模鑄造的偶絲疲勞壽命高于石墨模鑄造。
( 4) 真空熔煉方式制作的偶絲疲勞壽命高于高頻爐制作。