CN103282523A - 由含铱合金构成的金属线材 - Google Patents

Abstract

本发明是一种金属线材，该金属线材由铱或含铱合金构成，其特征在于，其截面上具有晶体取向在<100>方向上具有优先取向的织构的存在比例为50％以上的双轴取向性。本发明中，重要的是作为线材外周部的截面1/2圆的外侧的外周部的取向性，在该区域内，晶体取向在<100>方向上具有优先取向的织构的存在比例较好为50％以上。本发明的金属线材的目的是实现耐氧化损耗性的改善。

Description

由含铱合金构成的金属线材

技术领域

本发明涉及能在火花塞电极、各种传感器电极等用途中使用、能在高温氧化气氛中使用的由含铱合金构成的金属线材。

背景技术

作为火花塞的电极(中心电极、接地电极)和各种传感器的电极等中使用的金属线材，已知铱线材。火花塞用电极由于在燃烧室内暴露在高温氧化环境下，因此担心会因高温氧化而损耗。铱属于贵金属，高熔点，耐氧化性良好，因此即使在高温下也能长期使用。

另一方面，要求对高温氧化的耐久性更好的材料。作为改善铱线材的耐高温氧化特性的方法，作为构成材料的组成改良，一般将铑、铂、镍等添加元素适当地合金化。此外，最近也已知使用将两种材料组合而成的包层线材的例子(例如专利文献1)。Pt、Ir之类的贵金属都是高熔点材料，但如果严格地比较，则耐火花损耗性、耐氧化性不同，因此通过使用这些包层材料，可以充分利用各自的长处。

专利文献1：日本专利特开2002-359052号公报

然而，基于合金化中的组成调整的改善也存在极限，即使过分地增加添加元素量，也无法期望耐高温氧化特性的改善。此外，对于包层线材，无论加工技术如何进步，从制造效率的观点来看，将该复合材料制成均质的线材都存在障碍。

发明内容

发明所要解决的技术问题

于是，本发明的目的是提供一种针对铱或含有铱的金属线材、从与以往不同的观点来实现耐氧化损耗性的改善的金属线材，并提供该金属线材的制造方法。

解决技术问题所采用的技术方案

作为上述问题的解决方法，本发明人着眼于构成线材的金属晶体的取向性。本发明人认为，铱或含铱合金中，其因高温氧化而导致的损耗有着以晶界为起点、由此开始发展的倾向。而且，该倾向在相邻的晶体的晶体取向的差异大的状态(大角度晶界)下更为多见。

这里，如果从铱线材中的晶体的取向性来看，则现有的线材也不是具有完全无规的晶体取向的晶体的集合体，而是具有一定程度的取向性。这是因为，在多晶金属中，容易通过加工而显现的优先取向根据其晶体结构而存在，在铱等面心立方金属中，<100>方向为优先取向，因此在加工成线材后，具有沿着<100>方向取向的纤维织构的晶体比沿着其它方向取向的晶体更多地存在。然而，在常规的加工成线材的加工工序中，无法使金属晶体沿着<100>方向双轴取向(在下文中详述)。而且，在现有技术中，例如<111>取向这样的相对于<100>方向形成大角度晶界的晶体有时也会相邻存在，线材整体的耐氧化损耗性不会提高。

于是，基于上述见解，作为铱线材的耐氧化损耗性的改善方法，本发明人想到了提高沿着优选的<100>方向取向的晶体的存在比例的制造工序，从而想到了本发明。

即，本发明是一种金属线材，该金属线材由铱或含铱合金构成，其截面上具有晶体取向沿着<100>方向取向的晶体的存在比例为50％以上的双轴取向性。

本发明的金属线材以晶体取向沿着<100>方向双轴取向的晶体(以下记作双轴取向晶体)为主体构成。更详细地说，构成为优先取向为<100>的晶体在拉丝轴方向(长轴方向)和与轴方向垂直的方向上同时延伸的晶体，其截面上的<100>取向的晶体的存在比例高。之所以使该双轴取向晶体的存在比例在50％以上，是因为如果低于该值，则无法期望大角度晶界减少所带来的耐高温氧化特性的提高。此外，双轴取向晶体的存在比例的上限当然优选100％，如果考虑到线材这样的长条状的材料形状，则较好是将80％定为目标上限。

而且，该晶体的双轴取向性特别好是在线材的侧面部分得以确保。在火花塞的电极中，氧化气氛中的侵蚀从侧面的表面开始发生，因此在线材的侧面必须排除侵蚀因素。具体而言，在截面1/2圆的外侧的外周部，晶体沿着<100>方向双轴取向的晶体的存在比例较好为50％以上。

构成本发明的含铱合金可例举含铑、铂、镍的合金。具体可例举含有5重量％以下的铑、铂、镍，余分由铱构成的铱合金。此外，含有铱是条件，主成分也可以是铱以外的物质。而且，如果再加上高温氧化特性优异的条件，也优选以铂为主成分的含铱合金(铱为30重量％以下)。

接着，对本发明的线材的制造方法进行说明。如上所述，现有的铱线材中，较多地存在沿着作为加工优先取向的<100>取向的晶体。这里，作为常规的线材的制造工序，制造铸锭，通过锻造等热加工将其制成小直径的棒状体(第一工序)，对其进行拉丝加工，加工成目标线直径的线材(第二工序)。此外，在从铸锭到棒状体的加工途中，为了缓解通过加工而引入的加工应变所导致的材料硬化，在进行中间热处理的同时进行加工。该加工工序中，从铸锭加工成棒状体时的锻造加工和轧制(包括槽纹辊轧制)中，容易生成<100>取向的晶体，在后续的拉丝加工中，容易生成<111>取向的晶体。特别是在线材的外周部，由于工具和被加工材料之间的摩擦，容易生成<111>取向的晶体。

本发明的线材的制造工序也基本上与现有的线材加工工序相同，但如上所述，考虑到拉丝加工中的晶体取向的变化，在拉丝加工前的阶段，要得到<100>取向的晶体的存在比例比以往更高的原材料。

作为其具体方法，作为将铸锭加工成棒状体的第一工序中的加工方法，通过双轴加压进行加工，该双轴加压是利用正交的两个方向的压力同时或交替地将材料压缩。通过反复进行的双轴加工，能实现被加工材料的晶体的定向，能实现晶体取向的控制。作为该双轴加工，有热锻造、热轧、采用槽纹辊的热加工等。

另外，第一工序中的双轴取向晶体的存在比例增加方法是，使被加工材料中不残留过度的加工应变，并且进行中间热处理的温度控制。第一工序中，为了维持被加工材料的加工性而在进行用于减少加工应变的中间热处理的同时进行多次加工，但在引入了过度的加工应变的状态下，如果进行中间热处理，则会因为新的重结晶粒子的出现而发生晶体取向，有损由处于控制途中的加工所带来的双轴取向性。本发明中，通过限制加工应变的上限和中间热处理的温度范围，从而维持具有取向性的晶体组织并使其生长。

具体而言，本发明中，将第一工序中的被加工材料的硬度维持在550Hv以下，并且将中间热处理的温度控制在重结晶温度以下。之所以将被加工材料的硬度设定在550Hv以下，是因为硬度高达该值以上时，表示加工应变过度存在，即使适当地进行中间热处理，也无法充分减少应变，在后续的加工时还可能会以高应变部为起点发生开裂。之所以将中间热处理设为重结晶温度以下，是因为如果超过该温度，则会生成新的重结晶粒子，使通过加工而形成的优先织构发生变化。

这里的重结晶温度是与加工度相匹配的中间热处理时的温度。即，在第一工序中，在进行热锻造后进行热槽纹辊轧制，而在加工初期的热锻造中，因为加工应变的引入少，加工度低，所以处于重结晶温度高的状态(因此必须使被加工材料的硬度在550Hv以下)。另一方面，热锻造后的热槽纹辊轧制是作为第一工序的主体的加工工序，因为加工度高，所以重结晶温度降低。因此，作为第一工序中的中间热处理的温度管理，较好是在加工初期(热锻造)设为较高的温度(1400～1700℃)，并且在后续的加工(槽纹辊轧制)中设为800～1200℃以下。这是因为，低于800℃时，加工应变的减少不充分，如果高于1200℃，则产生重结晶粒子。

通过以上说明的第一工序中的加工方向的限定、加工应变(硬度)和中间热处理温度的控制，可获得显示出<100>双轴取向的晶体的存在比例高的棒状体。另外，该加工(锻造加工、槽纹辊轧制)的加工温度可以采用以往采用的加工温度(1000～1700℃)。该加工温度有时高于上述中间热处理温度，但因为加热时间短，所以不用担心重结晶。另外，该第一工序中的加工率较好是设定在50％以上，更好是设定在90％以上。

接着，通过第一工序而制成的棒状体通过反复经受的双轴加工而生成优先取向的晶体组织。然后，经过采用拉丝加工的第二工序加工成线材，从而可获得本发明的线材。该拉丝加工可采用与现有的线材加工同样的加工条件，进行加工应变减少的中间热处理时，为了维持<100>取向，较好是在加工率50％以下的阶段实施。

另外，上述说明中说过，通过对铸锭反复进行双轴加工能形成双轴取向组织，但可以说铸锭优选自加工初期阶段起具有取向性。因此，本发明的线材制造方法中，特别好是通过旋转上引法来制造铱或含铱合金的铸锭。

通过旋转上引来制造铸锭时，从熔液中的上引速度较好是5～20mm/min。低于5mm/min时，铸锭直径过大，内部可能会产生铸造缺陷。此外，如果高于20mm/min，则铸锭直径过细，无法得到足够的加工率，难以通过加工得到均一的织构。

发明的效果

本发明是使晶体具有取向性的线材，藉由该构成，可提高对高温氧化的耐久性。

附图的简单说明

图1是第一实施方式中通过旋转上引法制成的铱铸锭的X射线衍射结果。

图2是说明第一实施方式的铱线材的加工工序的图。

图3是第一实施方式的铱加工材料截面的{111}面X射线极图。

图4是第二实施方式的铱加工材料截面的{111}面X射线极图。

图5是比较例的铱线材的{111}面X射线极图。

实施发明的方式

下面对本发明的优选实施例进行说明。本实施方式中，通过旋转上引法来制造铱和各种含铱合金的铸锭，对其进行线材加工。

第一实施方式

(铱铸锭的制造)

使用水冷铜铸模进行高频熔化而得到铱熔液，由该铱熔液通过上引法(上引速度10mm/min)制造直径12mm的铱铸锭。对于本实施方式中制成的铱铸锭，对其中央部分进行X射线衍射。其结果示于图1，通过旋转上引法制成的铸锭的{100}面显现出极高的峰强度，具有高取向性。

(线材加工)

将上述制成的铱铸锭经过图2所示的工序加工成线材。该加工工序中，通过双轴加压的热锻造、热槽纹辊轧制的各工序反复进行加工，直至达到目标尺寸。此外，在各加工工序中，适当地测定被加工材料的硬度，确认硬度不超过550Hv。另外，有可能通过后续加工而导致硬度超过550Hv时，进行中间热处理。本实施方式中，在热槽纹辊轧制后，根据需要施加热镦煅加工。

该加工工序中，对加工途中的被加工材料截面进行X射线极图分析(XPFA)。图3所示为被加工材料截面的{111}面X射线极图。由图可以确认，各加工阶段中的被加工材料截面中明显地显现出极点，具有良好的<100>优先取向的织构，而且该优先取向得以维持。而且，即使在线材的状态下也具有<100>优先取向。

第二实施方式：上述第一实施方式中，通过上引法制造从制造一开始就取向性高的铸锭，将其制成线材。本实施方式中，通过常规的熔化法制造铱铸锭，在提高取向性的同时进行加工，制成线材。铱铸锭的制造中，通过氩弧熔化法得到直径12mm的铸锭。后续的加工工序与第一实施方式相同。

图4所示为被加工材料截面的{111}面X射线极图。由图可知，由通过氩弧熔化法制得的铸锭制成的加工材料也具有良好的取向性。

第三、第四实施方式：这里，通过与第一实施方式同样的工序来加工Ir-5重量％Pt合金、Pt-10重量％Ir合金的线材。这些线材是对通过上引法制成的铸锭进行加工，在与第一实施方式同样的条件下进行加工而制成。

比较例1～3：这里，为了确认本实施方式中的中间热处理温度设定的意义，进行了含铱合金线材的制造，其中，加工工序本身与本实施方式相同，但将中间热处理的温度设定为高于重结晶温度即1200℃的温度。另外，铸锭通过电弧熔化法进行制造。

针对该比较例的加工过程中的被加工材料的{111}X射线极图示于图5。由图可知，比较例的线材可以说是取向性小的无规晶体。

接着，对于各实施方式、比较例中制得的线材，考察其截面上的具有<100>取向的晶体的存在比例。该考察使用基于电子背散射衍射花样法(EBSP)的晶体取向分析。EBSP能测定检查区域内的各个晶粒的晶体取向和晶系。这里，对于线材截面，针对整个截面及其外周部测定<100>取向的晶体的比例。其结果示于表1。

[表1]

该EBSP的结果与上述X射线极图测定的结果相符，由此可知，作为整体显示出<100>取向的晶体占绝大多数的良好的织构。而且，在外周部，各实施方式的线材中<100>取向的晶体也在50％以上。

进行以上物性确认后，对各实施方式、比较例中制成的线材进行高温氧化试验。该试验是从各线材切出长1.0mm的碎片，将其在大气中于1100℃加热20小时，通过测定试验前后的重量算出质量减少率。其结果示于表2。

[表2]

由表2可知，具有<100>优先取向的织构的各实施方式的线材相对于无规取向的线材，由高温氧化导致的质量减少得到改善。

产业上利用的可能性

本发明是耐高温氧化特性良好、能在高温氧化气氛下长期使用的材料。本发明适合作为火花塞电极、各种传感器电极、导线等在高温氧化气氛下使用的材料。

Claims (5)

1.一种金属线材，该金属线材由铱或含铱合金构成，其特征在于，

其截面上具有晶体取向在<100>方向上具有优先取向的织构的存在比例为50％以上的双轴取向性。

2.如权利要求1所述的金属线材，其特征在于，在截面1/2圆的外侧的外周部，晶体取向在<100>方向上具有优先取向的织构的存在比例为50％以上。

3.如权利要求1或2所述的金属线材，其特征在于，含铱合金是含铑、铂、镍的合金。

4.权利要求1～3中任一项所述的金属线材的制造方法，其特征在于，包括：

对铱或含铱合金的铸锭施加中间热处理，同时通过双轴加压将其制成棒状体的第一工序；

对所述棒状体进行拉丝加工，制成线材的第二工序；

将所述第一工序中的加工材料的硬度维持在550Hv以下，并且使所述中间热处理的温度在重结晶温度以下。

5.如权利要求4所述的金属线材的制造方法，其特征在于，通过旋转上引法来制造铱或含铱合金的铸锭。

Images