專利名稱:火花塞用鉑基合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)火花塞熾熱絲或放電電極用鉑基合金材料。
在內(nèi)燃機(jī)火花塞工作時(shí),無(wú)論是熾熱點(diǎn)火型的發(fā)熱絲,還是電火花點(diǎn)火法的放電電極,都要承受高溫和腐蝕性燃?xì)獾慕g。目前廣泛使用的材料,主要是鎳基合金和鉑基合金。鉑基合金同鎳基合金相比,具有消耗少、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。目前廣泛使用的主要是含Ir5~30Wt·%的鉑基含金,典型的合金為含Ir10%的P
Ir25合金和含Ir25%的Pt75Ir35合金。這些合金在1000℃以上工作時(shí),晶粒長(zhǎng)大加快,氧化損失速率加大,同時(shí)高溫燃?xì)鈺?huì)沿晶界進(jìn)行異常浸蝕,產(chǎn)生裂紋,從而導(dǎo)致材料強(qiáng)度大幅度降低。日本專利特公昭61-30014公開(kāi)了一種火花塞用電極材料,它是在PtIr25合金基礎(chǔ)上的一種改進(jìn)。其成份為Ir15~25%,Ni2.1~5%和/或Mo、Rh、Ru、Co、Fe、Mn0.5~5%中選擇的至少一種,余量為Pt。此種合金的晶粒長(zhǎng)大溫度高于1000℃。雖然,同PtIr25合金相比,此種合金在晶粒長(zhǎng)大起始溫度、使用壽命等方面均有所改善,但其改善程度并不顯著,且主要用作放電電極,若用作熾熱式的發(fā)熱絲,其壽命要縮短。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有合金材料之不足,提供一種耐高溫、抗燃?xì)飧g能力強(qiáng)、使用壽命更長(zhǎng)的火花塞用鉑基合金。
本發(fā)明的目的是通過(guò)在Pt-Ir合金中加入少量稀土或混合稀土元素進(jìn)行強(qiáng)化而實(shí)現(xiàn)的。這些稀土元素具有強(qiáng)烈的凈化和強(qiáng)化作用。它們能同合金中的有害雜質(zhì)生成復(fù)雜的耐熱性化合物,這些化合物在金屬熔體開(kāi)始凝固前就已凝結(jié),在金屬中或呈球狀分布,或浮于金屬表面成渣排出。有害雜質(zhì)的去除,能提高合金的綜合性能;而球狀顆粒在合金晶界及晶內(nèi)的彌散分布能有效地抑制晶粒的生長(zhǎng),提高晶粒長(zhǎng)大起始溫度,降低晶界的腐蝕速率,從而提高材料的高溫強(qiáng)度和使用壽命。
本發(fā)明的鉑基合金含有Ir10~30Wt·%,以及從La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y中選擇的至少一種元素,且每種選擇元素的含量或一種以上選擇元素的含量之和均為0.02~2.0Wt·%,余量為Pt。在本發(fā)明的鉑基合金中,還可在上述化學(xué)成分基礎(chǔ)上再添加Rh0~20Wt·%,其余組成相同,以進(jìn)一步提高合金的高溫強(qiáng)度和抗腐蝕性能。優(yōu)先推薦的合金成分是Ir10~20Wt·%,Rh5~15Wt·%,以及從La,Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y中選擇的至少一種元素,且每種選擇元素的含量或一種以上選擇元素的含量之和均為0.05~1.0Wt·%,余量為Pt。
在本發(fā)明中,限定Ir的含量為10~30%,Rh的含量為0~20%的原因是,在此范圍內(nèi),Ir、Rh的加入確實(shí)能大大提高純鉑的強(qiáng)度,并顯著提高其高溫抗化學(xué)腐蝕性能;但若Ir含量超過(guò)30%,或(Ir+Rh)的含量超過(guò)50%,則合金加工性能變差。另外,由于Rh的價(jià)格比Pt昂貴得多,Rh含量過(guò)高將使材料成本大為增高。限定每種稀土元素的含量或一種以上稀土元素的含量之和為0.02~2.0%的理由是,當(dāng)稀土或混合稀土元素含量小于0.02%時(shí),不能有效地防止晶粒粗化及提高合金的抗腐蝕能力。另一方面,由于稀土元素在Pt、Ir、Rh中的固溶度一般都很低,當(dāng)稀土元素在合金中的含量超過(guò)2%時(shí),會(huì)形成較多的脆性金屬互化物和氧化物,從而導(dǎo)致合金加工性能劣化,焊接性能變差,在高溫燃?xì)饨g條件下易斷裂。
同現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)1、晶粒長(zhǎng)大溫度高,一般均高于1100℃,合金可在1000~1150℃內(nèi)工作。
2、抗燃?xì)飧g性能更好。
3、使用壽命長(zhǎng)。
下面通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1按照表1所示的編號(hào)為No1~No20的合金組分,分別采用高頻感應(yīng)爐在真空充氬條件下熔煉得到合金鑄錠。再通過(guò)熱鍛和冷軋加工成厚度為0.5mm的薄片,拋光腐蝕表面制成金相樣品,放入高溫金相顯微鏡中,以10℃/分的速度連續(xù)升溫,直接觀測(cè)晶粒開(kāi)始明顯長(zhǎng)大的溫度。結(jié)果如表1所示。從表1可以看出,試樣No、4、5因加工性能差,實(shí)用價(jià)值不大,本發(fā)明包括的試樣No.6~20,加工性能良好,晶粒開(kāi)始粗化的溫度均在1100℃以上,其中添加重稀土元素的合金晶粒粗化溫度均在1150℃以上。
實(shí)施例2鑒于電火花點(diǎn)火電極的壽命試驗(yàn)周期太長(zhǎng),而實(shí)驗(yàn)證明對(duì)于同一種材料來(lái)說(shuō),若用作點(diǎn)火熾熱絲的壽命越長(zhǎng),則它用作點(diǎn)火電極的壽命相應(yīng)也越長(zhǎng),故在該實(shí)施例中,僅列舉了熾熱點(diǎn)火型發(fā)熱絲的例子。
采用實(shí)施例1所述的方法熔煉制備表2所列各組分的合金鑄錠,通過(guò)熱鍛、冷軋和冷拔等工序加工成直徑0.25mm的絲材,制成火花塞用熾熱絲,點(diǎn)焊在塞座上。實(shí)驗(yàn)用氣缸容積為3.5毫升,發(fā)動(dòng)機(jī)裝于在水中航行的航海模型竟速艇上,轉(zhuǎn)速為28000~30000轉(zhuǎn)/分。所用燃油成分為(Wt·%)甲醇82,蓖麻油13,硝基甲烷5。每種合金材料試驗(yàn)三次,取各次壽命的平均值為平均壽命。由于Ce和Gd分別是目前最便宜的輕稀土和重稀土元素,其特征有一定代表性,因此,本實(shí)施例僅列舉了用Ce和Gd作為置換元素的情況。對(duì)于其它稀土元素來(lái)說(shuō),La、Pr、Nd、Sm的情況與Ce相似;Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y的情況與Gd相似。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。由表2可見(jiàn),本發(fā)明成分范圍內(nèi)的合金在高溫燃?xì)饨g條件下均具有較穩(wěn)定的晶體狀態(tài),使用壽命均較長(zhǎng),其中No.7、12、28樣品有特別長(zhǎng)的壽命,與參比合金No.2、3相比,先進(jìn)性是明顯的。同時(shí),這些合金都有與Pt75Ir25合金相近的可加工性能和可熔焊性,都可實(shí)際使用。
表1
表權(quán)利要求
1.火花塞用鉑基合金,其特征在于,所說(shuō)的鉑基合金含有Ir10~30Wt.%和從La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y中選擇的至少一種元素,且每種選擇元素的含量或一種以上選擇元素的含量之和均為0.02~2Wt.%,余量為Pt。
2.如權(quán)利要求1的鉑基合金,其特征在于在所說(shuō)的鉑基合金中還可添加Rh0~20Wt.%。
3.如權(quán)利要求2的鉑基合金,其特征在于,所說(shuō)的鉑基合金含有Ir10~20Wt·%,Rh5~15Wt·%,以及從La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y中選擇的至少一種元素,且每種選擇元素的含量或一種以上選擇元素的含量之和均為0.05~1.0Wt·%。
全文摘要
火花塞用鉑基合金,其特征是,合金含有Ir10-30wt.%,和從La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y中選擇的至少一種元素,且其含量均為0.02-2.0wt.%,含量為Pt。合金還可在上述組成基礎(chǔ)上添加Rh0-20wt.%,以進(jìn)一步提高合金的高溫強(qiáng)度和抗燃?xì)馇治g能力。合金可用作火花塞的熾熱絲或中央放電電極,工作溫度1100℃左右。
文檔編號(hào)H01T13/39GK1035323SQ8810723
公開(kāi)日1989年9月6日 申請(qǐng)日期1988年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1988年10月14日
發(fā)明者張康候, 陳藜莉 申請(qǐng)人:中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司昆明貴金屬研究所