專利名稱：火花塞用鉑基合金的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內燃發(fā)動機火花塞熾熱絲或放電電極用鉑基合金材料。
在內燃機火花塞工作時，無論是熾熱點火型的發(fā)熱絲，還是電火花點火法的放電電極，都要承受高溫和腐蝕性燃氣的浸蝕。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、壽命長的優(yōu)點。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，晶粒長大加快，氧化損失速率加大，同時高溫燃氣會沿晶界進行異常浸蝕，產生裂紋，從而導致材料強度大幅度降低。日本專利特公昭61-30014公開了一種火花塞用電極材料，它是在PtIr25合金基礎上的一種改進。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。此種合金的晶粒長大溫度高于1000℃。雖然，同PtIr25合金相比，此種合金在晶粒長大起始溫度、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、抗燃氣腐蝕能力強、使用壽命更長的火花塞用鉑基合金。
本發(fā)明的目的是通過在Pt-Ir合金中加入少量稀土或混合稀土元素進行強化而實現(xiàn)的。這些稀土元素具有強烈的凈化和強化作用。它們能同合金中的有害雜質生成復雜的耐熱性化合物，這些化合物在金屬熔體開始凝固前就已凝結，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的彌散分布能有效地抑制晶粒的生長，提高晶粒長大起始溫度，降低晶界的腐蝕速率，從而提高材料的高溫強度和使用壽命。
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，還可在上述化學成分基礎上再添加Rh0～20Wt·%，其余組成相同，以進一步提高合金的高溫強度和抗腐蝕性能。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，Ir、Rh的加入確實能大大提高純鉑的強度，并顯著提高其高溫抗化學腐蝕性能;但若Ir含量超過30%，或(Ir+Rh)的含量超過50%，則合金加工性能變差。另外，由于Rh的價格比Pt昂貴得多，Rh含量過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，當稀土或混合稀土元素含量小于0.02%時，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，當稀土元素在合金中的含量超過2%時，會形成較多的脆性金屬互化物和氧化物，從而導致合金加工性能劣化，焊接性能變差，在高溫燃氣浸蝕條件下易斷裂。
同現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點1、晶粒長大溫度高，一般均高于1100℃，合金可在1000～1150℃內工作。
2、抗燃氣腐蝕性能更好。
3、使用壽命長。
下面通過實例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1按照表1所示的編號為No1～No20的合金組分，分別采用高頻感應爐在真空充氬條件下熔煉得到合金鑄錠。再通過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，直接觀測晶粒開始明顯長大的溫度。結果如表1所示。從表1可以看出，試樣No、4、5因加工性能差，實用價值不大，本發(fā)明包括的試樣No.6～20，加工性能良好，晶粒開始粗化的溫度均在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。
實施例2鑒于電火花點火電極的壽命試驗周期太長，而實驗證明對于同一種材料來說，若用作點火熾熱絲的壽命越長，則它用作點火電極的壽命相應也越長，故在該實施例中，僅列舉了熾熱點火型發(fā)熱絲的例子。
采用實施例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，點焊在塞座上。實驗用氣缸容積為3.5毫升，發(fā)動機裝于在水中航行的航海模型竟速艇上，轉速為28000～30000轉/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，本實施例僅列舉了用Ce和Gd作為置換元素的情況。對于其它稀土元素來說，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。試驗結果如表2所示。由表2可見，本發(fā)明成分范圍內的合金在高溫燃氣浸蝕條件下均具有較穩(wěn)定的晶體狀態(tài)，使用壽命均較長，其中No.7、12、28樣品有特別長的壽命，與參比合金No.2、3相比，先進性是明顯的。同時，這些合金都有與Pt75Ir25合金相近的可加工性能和可熔焊性，都可實際使用。
表1
表權利要求
1.火花塞用鉑基合金，其特征在于，所說的鉑基合金含有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.如權利要求1的鉑基合金，其特征在于在所說的鉑基合金中還可添加Rh0～20Wt.%。
3.如權利要求2的鉑基合金，其特征在于，所說的鉑基合金含有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上添加Rh0-20wt.％，以進一步提高合金的高溫強度和抗燃氣侵蝕能力。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H01T13/39GK1035323SQ8810723
公開日1989年9月6日 申請日期1988年10月14日 優(yōu)先權日1988年10月14日
發(fā)明者張康候, 陳藜莉 申請人:中國有色金屬工業(yè)總公司昆明貴金屬研究所