CN102994807A - 一种镍钇合金火花塞电极材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍钇合金火花塞电极材料，该镍钇合金火花塞电极材料由95.0wt.%~97.3wt.%的Ni、0.2wt.%-0.6wt.%的Y、0.8wt.%-2.0wt.%的Si、0.2wt.%-1.3wt.%的Al、0.2wt.%-2.0wt.%的Ti和余量杂质元素组成，并且上述各成分的含量之和为100wt.%；所述的杂质元素对C、S、Cu和Fe的含量要求为

。该合金电极材料的室温拉伸强度为506-578MPa，延伸率为33%-38%，表面硬度为126-135HV₁₀。采用该镍钇合金材料制作火花塞中心极和侧电极，相对普通的NiCrMnSi合金火花塞中心极和侧电极，具有更优越的抗拉强度、延伸率和抗高温氧化性能。因此采用本发明材料制作火花塞中心极和侧电极可以大大提高火花塞使用寿命。

Description

一种镍钇合金火花塞电极材料及其制备方法

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种镍钇合金火花塞电极材料及其制备方法。

背景技术

火花塞是发动机的点火装置，其工作稳定性和使用寿命与火花塞电极材料密切相关。由于火花塞通常处在高温、高压环境中工作，火花塞电极材料在这种极为恶劣的工作环境中易发生烧蚀和腐蚀。如果产生侵蚀，将导致电极间隙变大，从而使电极间跳火所必须的放电电压上升，随着火花塞运行时间增加，所需的放电电压不断上升，并越来越接近点火线圈所提供的极限电压，于是点火越来越困难，并最终发生断火。普通火花塞一般采用镍锰合金作为电极材料，使用寿命较短，当发动机在极高转速的高温、高压下，普通火花塞使用时可能发出不稳定、不准时的火花，从而造成工作性能不稳定、故障率增加。为保证高性能发动机长时间、高转速运转，火花塞电极材料的耐高温性能、抗高温氧化性以及耐高温腐蚀性能必须进一步提高。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题，而提供一种镍钇合金火花塞电极材料及其制备方法。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的：

一种镍钇合金火花塞电极材料，其特征在于：该镍钇合金火花塞电极材料由95.0wt.%~97.3wt.%的Ni、0.2wt.%-0.6wt.%的Y、0.8wt.%-2.0wt.%的Si、0.2wt.%-1.3wt.%的Al、0.2wt.%-2.0wt.%的Ti和余量杂质元素组成，并且上述各成分的含量之和为100wt.%。

所述的镍钇合金火花塞电极材料，其特征在于：所述的杂质元素中对C、S、Cu和Fe的含量要求为C<0.05wt.%、S<0.005wt.%、Cu<0.10wt.%、Fe<0.30wt.％。

所述的镍钇合金火花塞电极材料的制备方法，其制备步骤如下：

①以纯镍块、电解铝、纯结晶硅、海绵钛和纯钇为原料，用常规的方法在50kg中频感应电炉中熔炼得到液态镍钇合金，该液态镍钇合金的成分为：95.0wt.%~97.3wt.%的Ni、0.2wt.%-0.6wt.%的Y、0.8wt.%-2.0wt.%的Si、0.2wt.%-1.3wt.%的Al、0.2wt.%-2.0wt.%的Ti和余量杂质；其中杂质元素中对C、S、Cu和Fe的含量要求为C<0.05wt.%、S<0.005wt.%、Cu<0.10wt.%、Fe<0.30wt.%；

②将步骤①熔炼得到的液态镍钇合金浇注到金属铸型中，凝固得到铸件，浇注温度为1450-1500℃；

③将步骤②的铸件冷却后进行车光，然后进行锻造、热轧和盘条；

④采用粗拔、中拔和细拔多道拔丝工艺将步骤③得到的盘条拉拔成表面光滑的Ф1.7mm的细丝，并700℃退火2小时，以此镍钇合金材料制作火花塞中心电极和侧电极；

⑤从步骤④所述的退火细丝上截取试样，测试该镍钇合金火花塞电极材料的机械性能：室温拉伸强度为506-578MPa、延伸率为33%-38%、表面硬度为126-135HV₁₀；

⑥进行900℃环境下、50小时的高温氧化试验，采用步骤④所述的镍钇合金电极材料制成的火花塞中心极和侧电极的氧化层增重仅为19.0801g/m²~20.4932g/m²。

本发明与现有的普通的NiCrMnSi合金火花塞中心极和侧电极相比，具有以下的有益效果：

本发明获得的镍钇合金火花塞电极材料在室温时拉伸强度为506-578MPa，延伸率为33%-38%，表面硬度为126-135HV₁₀，经过900℃、50小时高温氧化，氧化增重为19.0801~20.4932g/m²。现有的普通NiCrMnSi火花塞电极材料（成分为：≥95.0wt.%的Ni、1.4wt.%~1.8wt.%的Cr、1.3wt.%-1.8wt.%的Mn、0.4wt.%-0.65wt.%的Si和余量杂质）在室温时拉伸强度为487.5MPa，延伸率为28.5%，表面硬度为147.6HV₁₀，经过900℃、50小时高温氧化，氧化增重为32.6776g/m²

采用本发明的镍钇合金材料制作火花塞中心极和侧电极，相对现有的普通的NiCrMnSi合金火花塞中心极和侧电极，具有明显更优越的抗拉强度、延伸率和抗高温氧化性能，其拉伸强度提高3.8%~18.6%、延伸率提高15.8%~33.3％，抗氧化能力是普通NiCrMnSi的1.6~1.7倍，采用本发明的镍钇合金材料制作火花塞中心电极和侧电极可以大大提高火花塞的使用寿命。

具体实施方式

实施例1：一种制备镍钇合金火花塞电极材料的方法，其制备方法步骤如下：

①以纯镍块、电解铝、纯结晶硅、海绵钛和纯钇为原料，用常规的方法在50kg中频感应电炉中熔炼得到液态镍钇合金，该液态镍钇合金的成分为：95.0wt.%Ni、0.6wt.%Y、0.2wt.%Al、2.0wt.%Ti、2.0wt.%Si和余量杂质；其中杂质元素中对C、S、Cu和Fe的含量要求为C为0.028wt.%、S<0.002wt.%、Cu<0.05wt.%、Fe<0.14wt.%；

②将步骤①熔炼得到的液态镍钇合金浇注到金属铸型中，凝固得到铸件，浇注温度为1450-1500℃；

③将步骤②的铸件冷却后进行车光，然后进行锻造、热轧和盘条；

④采用粗拔、中拔和细拔多道拔丝工艺将步骤③得到的盘条拉拔成表面光滑的Ф1.7mm的细丝，并700℃退火2小时，以此镍钇合金材料制作火花塞中心电极和侧电极；

⑤从步骤④所述的退火细丝上截取试样，测试该镍钇合金火花塞电极材料的机械性能：室温拉伸强度为506-507MPa、延伸率为33%-34%、表面硬度为132-135HV₁₀；

⑥进行900℃环境下、50小时的高温氧化对比试验，采用步骤④所述的镍钇合金电极材料制成的火花塞中心极和侧电极的氧化层增重仅为19.0801g/m²，而成分为：≥95.0wt.%的Ni、1.4wt.%~1.8wt.%的Cr、1.3wt.％-1.8wt.%的Mn、0.4wt.%-0.65wt.%的Si和余量杂质元素的NiCrMnSi合金火花塞中心极和侧电极的氧化层增重为32.6776g/m²。

实施例2：一种制备镍钇合金火花塞电极材料的方法，其制备方法步骤如下：

①以纯镍块、电解铝、纯结晶硅、海绵钛和纯钇为原料，用常规的方法在50kg中频感应电炉中熔炼得到液态镍钇合金，该液态镍钇合金的成分为：96.2wt.%Ni、0.4wt.%Y 0.8wt.%Al、1.0wt.%Ti、1.4wt.%Si和余量杂质；其中杂质元素中对C、S、Cu和Fe的含量要求为C为0.021wt.%、S<0.002wt.%、Cu<0.04wt.%、Fe<0.16wt.%；

②将步骤①熔炼得到的液态镍钇合金浇注到金属铸型中，凝固得到铸件，浇注温度为1450-1500℃；

③将步骤②的铸件冷却后进行车光，然后进行锻造、热轧和盘条；

④采用粗拔、中拔和细拔多道拔丝工艺将步骤③得到的盘条拉拔成表面光滑的Ф1.7mm的细丝，并700℃退火2小时，以此镍钇合金材料制作火花塞中心电极和侧电极；

⑤从步骤④所述的退火细丝上截取试样，测试该镍钇合金火花塞电极材料的机械性能：室温拉伸强度为559-561MPa、延伸率为37%-38%、表面硬度为133-134HV₁₀；

⑥进行900℃环境下、50小时的高温氧化对比试验，采用步骤④所述的镍钇合金电极材料制成的火花塞中心极和侧电极的氧化层增重仅为20.5678g/m²，而成分为：≥95.0wt.%的Ni、1.4wt.%～1.8wt.%的Cr、1.3wt.%-1.8wt.%的Mn、0.4wt.%-0.65wt.%的Si和余量杂质元素的NiCrMnSi合金火花塞中心极和侧电极的氧化层增重为32.6776g/m²。

实施例3：一种制备镍钇合金火花塞电极材料的方法，其制备方法步骤如下：

①以纯镍块、电解铝、纯结晶硅、海绵钛和纯钇为原料，用常规的方法在50kg中频感应电炉中熔炼得到液态镍钇合金，该液态镍钇合金的成分为：97.3wt.%Ni、0.2wt.%Y 1.3wt.%Al、0.2wt.%Ti、0.8wt.%Si和余量杂质；其中杂质元素中对C、S、Cu和Fe的含量要求为C为0.023wt.%、S<0.002wt.%、Cu<0.03wt.%、Fe<0.17wt.%；

②将步骤①熔炼得到的液态镍钇合金浇注到金属铸型中，凝固得到铸件，浇注温度为1450-1500℃；

③将步骤②的铸件冷却后进行车光，然后进行锻造、热轧和盘条；

④采用粗拔、中拔和细拔多道拔丝工艺将步骤③得到的盘条拉拔成表面光滑的Ф1.7mm的细丝，并700℃退火2小时，以此镍钇合金材料制作火花塞中心电极和侧电极；

⑤从步骤④所述的退火细丝上截取试样，测试该镍钇合金火花塞电极材料的机械性能：室温拉伸强度为576-578MPa、延伸率为33%-34%、表面硬度为126-129HV₁₀；

⑥进行900℃环境下、50小时的高温氧化对比试验，采用步骤④所述的镍钇合金电极材料制成的火花塞中心极和侧电极的氧化层增重仅为20.4932g/m²，而成分为：≥95.0wt.%的Ni、1.4wt.%～1.8wt.%的Cr、1.3wt.%-1.8wt.%的Mn、0.4wt.%-0.65wt.%的Si和余量杂质元素的NiCrMnSi合金火花塞中心极和侧电极的氧化层增重为32.6776g/m²。

Claims (3)

1.一种镍钇合金火花塞电极材料，其特征在于：该镍钇合金火花塞电极材料由95.0wt.%~97.3wt.%的Ni、0.2wt.%-0.6wt.%的Y、0.8wt.%-2.0wt.%的Si、0.2wt.%-1.3wt.%的Al、0.2wt.%-2.0wt.%的Ti和余量杂质元素组成，并且上述各成分的含量之和为100wt.%。

2.根据权利要求1所述的镍钇合金火花塞电极材料，其特征在于：所述的杂质元素中对C、S、Cu和Fe的含量要求为C<0.05wt.%、S<0.005wt.%、Cu<0.10wt.%、Fe<0.30wt.%。

3.一种制备权利要求1所述的镍钇合金火花塞电极材料的方法，其特征在于制备方法步骤如下：

①以纯镍块、电解铝、纯结晶硅、海绵钛和纯钇为原料，用常规的方法在50kg中频感应电炉中熔炼得到液态镍钇合金，该液态镍钇合金的成分为：95.0wt.%~97.3wt.%的Ni、0.2wt.%-0.6wt.%的Y、0.8wt.%-2.0wt.%的Si、0.2wt.%-1.3wt.%的Al、0.2wt.%-2.0wt.%的Ti和余量杂质；其中杂质元素中对C、S、Cu和Fe的含量要求为C<0.05wt.%、S<0.005wt.%、Cu<0.10wt.%、Fe<0.30wt.%；

②将步骤①熔炼得到的液态镍钇合金浇注到金属铸型中，凝固得到铸件，浇注温度为1450-1500℃；

③将步骤②的铸件冷却后进行车光，然后进行锻造、热轧和盘条；

④采用粗拔、中拔和细拔多道拔丝工艺将步骤③得到的盘条拉拔成表面光滑的Ф1.7mm的细丝，并700℃退火2小时，以此镍钇合金材料制作火花塞中心电极和侧电极；

⑤从步骤④所述的退火细丝上截取试样，测试该镍钇合金火花塞电极材料的机械性能：室温拉伸强度为506-578MPa、延伸率为33%-38%、表面硬度为126-135HV₁₀；

⑥进行900℃环境下、50小时的高温氧化试验，采用步骤④所述的镍钇合金电极材料制成的火花塞中心极和侧电极的氧化层增重仅为19.0801g/m²~20.4932g/m²。