CN101550499B

CN101550499B - 复合稀土铱合金电极材料以及使用该电极材料的火花塞

Info

Publication number: CN101550499B
Application number: CN2009100942990A
Authority: CN
Inventors: 周川; 周勇; 马梦一; 杨喜昆
Original assignee: KUNMING FULLROLLING TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: KUNMING FULLROLLING TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2029-04-08
Also published as: CN101550499A

Abstract

本发明公开了一种复合稀土铱合金电极材料，是含Ir的贵金属合金，所述贵金属合金含有99.5～99.9wt％的Ir和0.10～0.50wt％的X；所述的X为La、Nd、Pr、Y、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ce中的某种或几种的混合物；所述贵金属合金还可以含有同时添加的Th和Al。本发明还公开了一种复合稀土铱合金火花塞，包括中心电极和至少一个侧电极，所述中心电极和/或侧电极的点火尖端是所述的贵金属合金。本发明的电极材料耐高温、高温抗腐蚀能力强、性价比优越；带有此种电极材料的火花塞，即使是发动机在极高转速的高温、高压下，依然能提供准时、强劲的火花。

Description

复合稀土铱合金电极材料以及使用该电极材料的火花塞

技术领域

本发明涉及内燃机的火花塞，具体地说，本发明涉及一种火花塞电极材料以及使用该电极材料的火花塞。

背景技术

火花塞是内燃机的重要元件，它的产品性能在很大程度上取决于火花塞电极材料。在内燃机火花塞工作时，无论是炽热点火型的发热丝，还是电火花点火法的放电电极，放电时电极都要产生火花造成的损耗以及高温燃烧下的酸化腐蚀损耗。纯铱金属火花塞在一般道路行驶10万公里后基本上没有损耗，具有良好的抗火花损耗性能。但是，纯铱金属火花塞在高温下的耐腐蚀性较差，特别是在高负荷行驶时，会发生氧化形成酸性物质腐蚀造成的异常损耗。此外，通过拉伸测试表明纯铱的延展性是有限的，其热加工的变形温度区间窄，极容易因加工阶段及加工工艺的变化使加工温度过高导致晶粒快速长大而失去高温强度，或因加工温度过低而沿晶界产生裂纹而导致材料的脆性。即使加入Ni，W，Ta或Ni-Al能改变晶向从而改变其断裂模式，但是在压缩和延展性方面却没有明显的改进。因此需通过加入合适的元素来改变其高温性能和延展性。Osamura等人的No.6,094,000美国专利和公布的英国专利申请GB 202,302,367公开了一种铱一铑合金，铑含量为1-60wt％。在No.5,998,913美国专利中，Matsutani公开了一种铱一铑一铼或钌合金，以降低合金中铑的含量，通过加入含量至多达17wt％铼或钌，铑含量可降到仅0.1wt％。但上述材料对加工性能的改善程度并不显著，且材料成本较高，与铂基火花塞电极相比，难予体现价格优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种复合稀土铱合金火花塞电极材料以及使用该电极材料的火花塞，该电极材料耐高温、高温抗腐蚀能力强、性价比优越。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：

提供了一种复合稀土铱合金火花塞电极材料，是含Ir的贵金属合金，所述贵金属合金含有99.5～99.9wt％的Ir和0.10～0.50wt％的X；所述的X为La、Nd、Pr、Y、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ce中的某种或几种的混合物。

作为优选，所述贵金属合金还可以含有同时添加的Th和Al，两组分的重量百分数均为大于0且小于或等于0.01wt％。

作为优选，所述贵金属合金中所述的X为大于0且小于或等于0.26wt％的La和大于0且小于或等于0.12wt％的Ce。

作为优选，所述贵金属合金中所述的X为大于0且小于或等于0.37wt％的La和大于0且小于或等于0.08wt％的Y。

作为优选，所述贵金属合金中所述的X为大于0且小于或等于0.32wt％的La和大于0且小于或等于0.11wt％的Ce，还含有大于0且小于或等于0.006wt％的Th和大于0且小于或等于0.005wt％的Al。

本发明还提供了一种复合稀土铱合金火花塞，包括中心电极和至少一个侧电极，所述中心电极和/或侧电极的点火尖端是上述技术方案中所述的任意一种贵金属合金。

纯铱金属是面心立方结构，拉伸时容易沿晶界断裂，是一种加工到成品很困难的材料，其具有在900℃～1200℃(火花塞工作温度区间)温度下产生酸性腐蚀物质的特性。本发明通过在纯铱中加入少量稀土或混合稀土元素，从而实现强化晶界和细化晶粒，提高铱的高温持久强度，增强材料的耐热性，改善铱的高温加工性能和高温耐酸化腐蚀性能。这些稀土元素具有强烈的净化和强化作用，它们能同铱中的有害杂质生成复杂的耐热性化合物，这些化合物在金属熔化开始凝固前就已凝结，在金属中或呈球状分布，或浮于金属表面成渣排出。有害杂质的去除，能提高铱的综合性能；而球状颗粒在铱晶界及晶粒内的弥散分布能有效地抑制晶粒的生长，提高晶粒长大起始温度，降低晶界的腐蚀速率，从而提高材料的高温持久强度和高温耐酸化腐蚀性。

本发明的有益效果是：强化晶界和细化晶粒，提高了电极材料的高温持久强度、耐热性，并使铱的高温加工性能和高温耐酸化腐蚀性能得到加强，性价比优越；带有此种电极材料的火花塞，点火尖端具有高熔点、高硬度、耐高温、高温抗腐蚀能力强等优点，即使是发动机在极高转速的高温、高压下，依然能提供准时、强劲的火花。

附图说明

图1为实施例1中电极材料丝材截面的扫描电镜图。

图2为实施例2中电极材料丝材截面的扫描电镜图。

图3为实施例3中电极材料丝材截面的扫描电镜图。

图4为实施例4中电极材料丝材截面的扫描电镜图。

图5为实施例5中电极材料丝材截面的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

各实施例中的稀土元素及其含量按下表进行配制(余量为Ir)：

复合稀土铱合金成分(wt.％)

实施例	1	2	3	4	5
						稀土量	0.26La0.12Ce	0.37La0.08Y	0.32La0.11Ce	0.22La0.11Ce	0.25La
Th、Al	0	0	0.006Th0.005Al	0.006Th0.002Al	0

所述贵金属合金中所述的X为La和Ce，其中La≤0.26wt％、Ce≤0.12wt％。

作为优选，所述贵金属合金中所述的X为La和Y，其中La≤0.37wt％、Y≤0.08wt％。

作为优选，所述贵金属合金中所述的X为La、Ce，还含有Th、Al，其中La≤0.32wt％、Ce≤0.11wt％、Th≤0.006wt％、Al≤0.005wt％。

将Ir和稀土元素以及Th和Al的粉料按上表配制后充分混合均匀，用熔炼法或粉末冶金法制备杂质含量小、较少或根本没有内部孔隙的合金熔锭；再通过热锻、热轧以及反复热拉拨，拉制成Φ0.5×0.8mm的丝材，然后对合金试样进行扫描电镜及能谱分析、抗拉强度和表面硬度的测试。从以下实施例可看出，在铱中添加不同成分及含量的稀土元素以及Th和Al，对材料的机械性能均有不同影响，在晶界析出的氧、钙、碳等杂质成分含量也有较大的差别。

实施例1：

(1)本实施例获得的电极材料成品丝材表面硬度为150～160Hv(Φ0.5mm)，抗拉强度为2250～2550N/mm²，伸长率为5％。

(2)拉伸断口以沿晶界断裂为主，能谱检测显示沿晶界断裂处含有一定量的氧、钙、碳。如图1所示，在显微组织中有明显的氧化物颗粒析出，颗粒粒径较小。

本实施例中的火花塞，其中心电极和侧电极的点火尖端是本实施例中的上述丝材合金。

实施例2：

(1)本实施例获得的电极材料成品丝材表面硬度为160～170Hv(Φ0.5mm)，抗拉强度为2050～2250N/mm²，伸长率为3％。

(2)拉伸断口以沿晶界断裂为主，能谱检测显示沿晶界断裂处氧含量较高。如图2所示，在显微组织中有明显的氧化物颗粒析出，由于稀土元素的添加量较多，因此析出的氧化物颗粒也较多。

实施例3：

(1)本实施例获得的电极材料成品丝材表面硬度为150～160Hv(Φ0.5mm)，抗拉强度为2250～2550N/mm²，伸长率为8％。

(2)拉伸断口以沿晶界断裂为主，能谱检测显示沿晶界断裂处含有一定量的氧。如图3所示，随着Th、Al元素的添加，可清晰的看到有亮白色的金属元素在晶界处析出并沿晶界分布，这有利于晶界的强化，说明了在本实施中所获得的复合稀土铱合金，添加适量的稀土元素及微量的金属元素，可消除杂质，提高材料的物理和加工性能。

本实施例中的火花塞，其中心电极的点火尖端是本实施例中的上述丝材合金。

实施例4：

(1)本实施例获得的电极材料成品丝材表面硬度为150～160Hv(Φ0.5mm)，抗拉强度为2250～2550N/mm²，伸长率为10％。

(2)拉伸断口以沿晶界断裂为主，能谱检测显示沿晶界断裂处未检测到其它杂质元素。如图4所示，有亮白色的金属元素在晶界处析出并沿晶界分布。

本实施例中的火花塞，其侧电极的点火尖端是本实施例中的上述丝材合金。

实施例5：

(1)本实施例获得的电极材料成品丝材表面硬度为160～170Hv(Φ0.5mm)，抗拉强度为1760～1860N/mm²，伸长率为6％。

(2)材料的物理性能测试表明，添加两种及以上的复合稀土金属较添加单一稀土金属的铱合金相比，有较高的抗拉强度及材料延伸率，说明复合稀土铱合金电极材料与单一稀土铱合金电极材料相比，有较高的加工性能。

(3)对比添加单一稀土金属的铱合金(如图5)与添加两种及以上的复合稀土金属(如图1)两者的显微组织，可发现添加两种及以上的复合稀土金属的结晶组织粒径较小。

Claims

1.一种复合稀土铱合金电极材料，是含Ir的贵金属合金，其特征在于：所述贵金属合金含有99.5～99.9wt％的Ir和0.10～0.50wt％的X；所述的X为La、Nd、Pr、Y、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ce中的某种或几种的混合物；所述贵金属合金还含有同时添加的Th和Al，两组分的重量百分数均为大于0且小于或等于0.01wt％。

2.一种复合稀土铱合金电极材料，是含Ir的贵金属合金，其特征在于：所述贵金属合金含有99.5～99.9wt％的Ir和X；所述的X为大于0且小于或等于0.26wt％的La和大于0且小于或等于0.12wt％的Ce；所述贵金属合金还含有同时添加的Th和Al，两组分的重量百分数均为大于0且小于或等于0.01wt％。

3.一种复合稀土铱合金电极材料，是含Ir的贵金属合金，其特征在于：所述贵金属合金含有99.5～99.9wt％的Ir和X；所述的X为大于0且小于或等于0.37wt％的La和大于0且小于或等于0.08wt％的Y；所述贵金属合金还含有同时添加的Th和Al，两组分的重量百分数均为大于0且小于或等于0.01wt％。

4.一种复合稀土铱合金电极材料，是含Ir的贵金属合金，其特征在于：所述贵金属合金含有99.5～99.9wt％的Ir和X；所述的X为大于0且小于或等于0.32wt％的La和大于0且小于或等于0.11wt％的Ce，还含有大于0且小于或等于0.006wt％的Th和大于0且小于或等于0.005wt％的Al。

5.一种复合稀土铱合金火花塞，包括中心电极和至少一个侧电极，其特征在于：所述中心电极和/或侧电极的点火尖端是权利要求1至4所述的任意一种贵金属合金。