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O que é um tubo de ródio de platina?

O que é um tubo de ródio de platina?

2023-09-14

Um tubo de platina-ródio é platina ligada com ródio e trefilada ou fabricada em uma seção oca. A adição de ródio eleva o ponto de fusão, enrijece o metal e mantém a superfície estável no ar a temperaturas onde a maioria dos metais já está reagindo. A forma de tubo é escolhida quando o material precisa manter uma forma naquela temperatura, com o processo de um lado da parede e a atmosfera do forno do outro.

Platinum rhodium tubes as supplied, packaged in clear protective sleeves with the mill label and the end caps fitted

Observe o que essa descrição não diz. É a mesma liga que é trefilada em fio, e a seção oca é a única coisa que mudou. Essa única diferença move o material para um conjunto diferente de decisões, e essas decisões são sobre o que o resto desta página trata.

As Classes e os Dois Elementos de Liga

Os produtos que a DLX lista nesta família são platina pura, platina-irídio e platina-ródio, nas composições abaixo. O ponto de fusão e a densidade são os valores publicados para esta linha de produtos.

Material Ponto de fusão Densidade
Pt Pura (99,99 %) 1.772 °C 21,45 g/cm³
Pt-Rh 5 % 1.830 °C 20,70 g/cm³
Pt-Rh 10 % 1.860 °C 19,80 g/cm³
Pt-Ir 5 % 1.790 °C 21,49 g/cm³
Pt-Ir 10 % 1.800 °C 21,53 g/cm³
Pt-Ir 20 % 1.840 °C 21,81 g/cm³
Pt-Ir 25 % 1.840 °C 21,70 g/cm³
Pt-Ir 30 % 1.850 °C 22,15 g/cm³
Rh Pura (99,99 %) 1.963 °C 12,44 g/cm³

Duas adições fazem trabalhos diferentes, e a linha é dividida entre elas por esse motivo. O irídio mantém a densidade e endurece o metal, que é para o que uma pequena peça que não deve deformar é comprada. O ródio eleva o ponto de fusão e é a adição usada onde a peça precisa funcionar no topo da linha, que é por que a classe de 10% de ródio é aquela em torno da qual este produto é construído.

O peso da liga vale a pena notar antes de qualquer outra coisa. A aproximadamente 20 g/cm³, um tubo tem cerca de duas vezes a densidade de um tubo de aço inoxidável de mesmas dimensões, então uma lista de materiais escrita por volume subestimará o metal necessário por um fator de cerca de dois.

A Propriedade Que Decide a Escolha, e Uma Que É Frequentemente Citada Erroneamente

A platina-ródio é comprada pela estabilidade em temperatura, não pela condução. Dados publicados para a liga de 10% de ródio fornecem uma condutividade térmica de 38 W/m·K a 23 °C, que é um valor baixo para um metal. A mesma liga conduz eletricidade com uma resistividade de 18,4 a 19,2 µΩ·cm, que é alta em comparação com o cobre.

Descrever o material como um excelente condutor de calor ou eletricidade inverte a razão para usá-lo. O que ele realmente oferece é inércia química e estabilidade da saída termelétrica ao longo de longos períodos em alta temperatura, e essas são as propriedades que importam nas funções para as quais é comprado.

Propriedade Valor publicado para Pt-Rh 10 %
Condutividade térmica a 23 °C 38 W/m·K
Resistividade elétrica 18,4 a 19,2 µΩ·cm
Densidade 19,97 g/cm³
Faixa de fusão 1.830 a 1.855 °C
Resistência à tração 320 a 620 MPa
Alongamento na ruptura abaixo de 35 %
Dureza, Brinell 90 a 165
Coeficiente de temperatura 0,0017 K-1
O Que a Forma de Tubo Adiciona ao Fio

A mesma liga é fornecida como fio, e os dois não são intercambiáveis. Um fio é comprado por diâmetro e comprimento. Um tubo é comprado por diâmetro externo, espessura da parede, comprimento e retilinidade, e a parede é o que o separa de um fio da mesma liga.

Dimensão O que decide
Diâmetro externo Se o tubo se encaixa no acessório, no furo ou na cabeça de proteção em que está entrando
Espessura da parede A queda de temperatura através da parede e quanto tempo o tubo dura antes que a parede seja consumida
Diâmetro interno O que passa por ele e se o tubo é um conduto ou uma bainha
Comprimento Se o tubo é um componente curto ou uma bainha de proteção de comprimento total
Retilinidade Se o tubo pode ser selado ou encaixado em um furo sem ser endireitado, o que o endurece
Concentricidade da parede A resistência da peça acabada, pois uma parede descentralizada é uma parede fina de um lado
Forma de fornecimento Comprimentos retos ou enrolados, o que decorre do diâmetro e da liga

O tubo tem duas superfícies e ambas estão em serviço. Em uma bainha de proteção, o exterior fica voltado para a atmosfera do forno e o interior abriga o termopar e seu isolamento. Em um componente de fusão de vidro, o interior carrega a massa fundida e o exterior é aquecido. Essa é a diferença de um fio ou uma barra, onde apenas o exterior é exposto, e é a razão pela qual a espessura da parede aparece na linha do pedido como uma propriedade, não simplesmente como uma dimensão.

O Que é Especificado no Pedido
Item Valor ou requisito Onde é confirmado
Material Platina pura, platina-irídio ou platina-ródio, com o teor de ródio ou irídio A análise do lote, no documento de inspeção
Classe de metal refinado ASTM B561 cobre platina refinada nas classes 99.95 e 99.99, e ASTM B616 cobre ródio refinado O certificado do metal de entrada
Material de grau termopar ASTM E1159 cobre materiais de termopar em ligas de platina-ródio e platina, e estabelece o teor de ródio da classe 10% em 10,00 ± 0,05 % A análise, onde o tubo é comprado como material de termopar
Diâmetro externo, parede, comprimento Por desenho, cotado contra a tolerância entregue Registro de inspeção do lote
Têmpera ou dureza Conforme fornecido, pois a conformação endurece a liga Resultado mecânico no documento de inspeção
Documento de inspeção EN 10204 3.1 Emitido com o lote

As dimensões publicadas para este produto no site da DLX são um diâmetro externo de 0,2 mm a 20 mm e uma espessura de parede de 0,015 mm a 2 mm, a partir de 10 mm de comprimento e conforme desenho. Acima disso, não há figura de catálogo para citar: a análise e os resultados mecânicos são confirmados no documento de inspeção do lote de onde o material veio, que é a mesma posição de qualquer outro produto desta família sem dados de catálogo.

Onde É Usado

As aplicações se dividem em dois grupos, e a divisão segue a escolha da liga, não o nome do produto.

Aplicação Forma que o material assume Por que platina-ródio
Bocais de fibra de vidro Uma placa perfurada com muitos tubos pequenos, mantida em temperatura enquanto o vidro fundido é puxado através dela A liga mantém sua forma e resiste à massa fundida na temperatura em que o vidro precisa ser mantido
Bobinas de fornos de alta temperatura e elementos de aquecimento Fio e fita, na mesma atmosfera do tubo Estabilidade da resistência a temperaturas acima de 1.800 °C
Crisóis e equipamentos de fusão para metais preciosos e vidro Recipientes abertos e tubos Inércia em relação à massa fundida, sem contaminação da carga
Proteção de termopar e equipamentos de laboratório Tubo usado como bainha ou componente Inércia no ar em alta temperatura
Faixas de marcação radiopaca, anéis eletrodos, dispositivos de ritmo cardíaco e cateteres Pequenas peças usinadas ou trefiladas A extremidade de metal precioso desta linha, onde a radiopacidade e a biocompatibilidade são o requisito

A última linha merece uma nota, pois é a linha nesta lista de produtos que parece pertencer a um produto diferente. A listagem para o tubo de Pt-Rh nomeia marcação radiopaca, anéis eletrodos, dispositivos de gerenciamento de ritmo cardíaco e cateteres como suas aplicações, enquanto o título do produto nomeia equipamentos de laboratório e produção de termopares. Ambos são usos reais da família, mas as peças médicas são a extremidade platina-irídio da linha, onde a densidade e a dureza são o ponto, e as classes de ródio são a extremidade de alta temperatura. Um comprador que precisa de uma banda marcadora e um comprador que precisa de uma bainha de forno não devem ler a mesma linha, e as duas consultas são cotadas separadamente.

O Que Ataca a Platina em Temperatura

A liga é inerte em relação a muitos ambientes até que um contaminante específico esteja presente, e a falha que se segue é silenciosa.

Contaminante ou condição O que acontece O que fazer a respeito
Silício, fósforo, enxofre e arsênico, incluindo seus vapores de isolantes e refratários Eles se ligam à platina e a tornam quebradiça; a peça pode falhar na linha de grão muito antes de o ponto de fusão ser atingido Mantenha o tubo longe desses materiais e procure aconselhamento antes de inseri-lo em um forno existente, em vez de assumir que a classificação de temperatura o resolve
Uma atmosfera redutora ou carbono em temperatura A reação superficial muda e a saída termelétrica se afasta da curva original Confirme a atmosfera, pois o mesmo tubo que funciona no ar pode não manter sua leitura em um gás redutor
Impurezas vestigiais captadas de isolantes A saída de EMF flutua, o que se manifesta como um erro de medição, sem nada visivelmente danificado O Tipo B tem platina-ródio em ambas as pernas, portanto é menos sensível à captação de impurezas vestigiais do que os Tipos R ou S, que é uma das razões pelas quais é escolhido em fornos contaminados
Trabalho mecânico em serviço, incluindo endireitamento A liga endurece com o trabalho e a peça se torna menos tolerante a novas conformações Peça o comprimento e a retilinidade para que não seja necessário endireitar no local
Vapor de um processo vizinho A contaminação não precisa vir de dentro do forno Verifique o que mais está na mesma câmara antes que o tubo seja comprometido
Os Tipos de Termopar Que Este Material Atende

Quando o tubo é comprado como material de termopar, a escolha da liga corresponde às designações de letras, e o mapeamento é fixo pelos padrões.

Tipo Perna positiva Perna negativa Nota
Tipo S Pt-Rh 10 % Platina pura A classe de 10% de ródio nesta listagem
Tipo R Pt-Rh 13 % Platina pura Um teor de ródio diferente da classe listada acima
Tipo B Pt-Rh 30 % Pt-Rh 6 % Ambas as pernas são ligas de platina-ródio, razão pela qual tolera fornos contaminados melhor do que os outros dois
Perguntas Que Compradores Fazem
Para que serve um tubo de platina-ródio?

Dois grupos de funções. Na indústria, é usado onde uma forma precisa se manter em alta temperatura no ar: bocais de fibra de vidro, bobinas e suportes de forno, crisóis e equipamentos de fusão, e bainhas de proteção de termopar. Em dispositivos médicos, a mesma família fornece pequenos componentes como bandas marcadoras radiopacas, anéis eletrodos e peças de cateter, que ficam na extremidade platina-irídio da linha.

Por que a platina é ligada com ródio?

Para elevar o ponto de fusão e manter a superfície estável no ar em alta temperatura. A faixa de fusão publicada para a liga de 10% de ródio é de 1.830 a 1.855 °C, contra 1.772 °C para platina pura. O ródio também estabiliza a saída termelétrica ao longo de longos períodos, razão pela qual a liga é a escolha padrão para termopares usados como instrumentos de referência.

A platina-ródio é um bom condutor de calor?

Não, e este é o ponto mais frequentemente relatado incorretamente. A condutividade térmica publicada da liga de 10% de ródio é de 38 W/m·K a 23 °C, que é um valor baixo para um metal, e sua resistividade é maior que a do cobre. A liga é escolhida pela inércia e estabilidade em temperatura, não pela condução.

Que dimensões estão disponíveis para este tubo?

Este produto é listado de 0,2 mm a 20 mm de diâmetro externo com uma parede de 0,015 mm a 2 mm, cortado a partir de 10 mm de comprimento e fornecido conforme desenho. Como a espessura da parede define a vida útil da peça e o diâmetro externo define o ajuste, ambos devem estar na consulta, não apenas um deles.

Como a análise é confirmada?

No documento de inspeção emitido com o lote. A ASTM B561 cobre platina refinada nas classes 99.95 e 99.99 e a ASTM B616 cobre ródio refinado, portanto o metal de entrada é certificado antes da fabricação da liga, e a ASTM E1159 estabelece o teor de ródio da classe 10% em 10,00 ± 0,05 % onde o tubo é comprado como material de termopar. O documento é emitido no formato EN 10204 3.1.

O teor de ródio é o mesmo para todos os tubos de platina-ródio?

Não. O Tipo S opera com 10% de ródio e o Tipo R com 13%, e os padrões definem cada um. Um tubo encomendado para uma junção Tipo R e fornecido de acordo com a classe 10% não produzirá a saída esperada pelo instrumento, e o erro aparece como um desvio de calibração, sem nada visivelmente quebrado, razão pela qual o número do tipo pertence ao pedido junto com a liga.

Resumo

O tubo de platina-ródio é uma forma de alta temperatura da platina, e as duas decisões que o moldam são o elemento de liga e a parede. O ródio eleva o ponto de fusão e estabiliza a saída; o irídio eleva a densidade e a dureza para peças pequenas. Em comparação com o fio, o tubo adiciona um diâmetro externo, uma parede, um comprimento e uma retilinidade, e a parede é o que define a duração da peça. O que o material oferece é inércia e estabilidade, não condutividade, e seu limite é a contaminação, não a temperatura.

Desde 2002, a fábrica em Changzhou, Jiangsu, fabrica produtos de níquel e ligas de níquel, e esta linha é produzida juntamente com eles em uma fábrica de 12.000 m² trabalhando com ISO 9001 com auditorias SGS. Tubos de platina pura, platina-irídio e platina-ródio estão disponíveis de 0,2 mm a 20 mm de diâmetro externo: envie a liga, o diâmetro externo, a parede e a aplicação para uma cotação confirmada.

Referências
  1. ASTM B561, especificação padrão para platina refinada. Fonte para as classes de metal refinado 99.95 e 99.99 nomeadas no pedido.
  2. ASTM B616, especificação padrão para ródio refinado. Fonte para a classe de entrada de ródio.
  3. ASTM E1159, especificação padrão para materiais de termopar, ligas de platina-ródio e platina. Fonte para o teor de ródio da classe 10% e para o mapeamento de tipo.
  4. ASTM E230 e IEC 60584-1, tabelas de temperatura-EMF para termopares padronizados e as especificações e tolerâncias de EMF. Fonte para as designações de letras e suas composições de perna.
  5. Dados de material publicados pela Goodfellow para platina-ródio Pt90/Rh10, conforme veiculado pela AZoM. Fonte para a condutividade térmica, resistividade, densidade, faixa de fusão e valores mecânicos na tabela de propriedades, e para a correção da alegação de condutividade.
  6. ASM Handbook, materiais de termopar. Fonte para o comportamento comparativo do Tipo B em relação aos Tipos R e S na presença de impurezas vestigiais, e para os mecanismos de contaminação.
  7. Trabalho publicado sobre bocais de Pt-Rh e equipamentos de platina para fusão de vidro. Fonte para as aplicações em bocais e equipamentos de vidro.
  8. Dados do produto mantidos pela DLX Alloy. Fonte para a lista de materiais, os valores de ponto de fusão e densidade por classe, a faixa de diâmetro externo de 0,2 mm a 20 mm, a parede de 0,015 mm a 2 mm e as aplicações listadas.

Os valores de propriedade acima são valores publicados para as ligas nomeadas e não são limites de aceitação. Um lote de platina-ródio é aceito de acordo com a liga, dimensões e têmpera encomendadas, e os resultados de análise e mecânicos são confirmados no documento de inspeção do lote de onde o material veio.