CN1035323A

CN1035323A - 火花塞用铂基合金

Info

Publication number: CN1035323A
Application number: CN 88107237
Authority: CN
Inventors: 张康候; 陈藜莉
Original assignee: KUNMING NOBLE METAL INST CHINA NONFERROUS METAL INDUSTRY GENERAL Co
Current assignee: KUNMING NOBLE METAL INST CHINA NONFERROUS METAL INDUSTRY GENERAL Co
Priority date: 1988-10-14
Filing date: 1988-10-14
Publication date: 1989-09-06
Also published as: CN1009840B

Abstract

火花塞用铂基合金，其特征是，合金含有Ir10-30wt.％，和从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y中选择的至少一种元素，且其含量均为0.02-2.0wt.％，含量为Pt。合金还可在上述组成基础上添加Rh0-20wt.％，以进一步提高合金的高温强度和抗燃气侵蚀能力。合金可用作火花塞的炽热丝或中央放电电极，工作温度1100℃左右。

Description

本发明涉及内燃发动机火花塞炽热丝或放电电极用铂基合金材料。

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，都要承受高温和腐蚀性燃气的浸蚀。目前广泛使用的材料，主要是镍基合金和铂基合金。铂基合金同镍基合金相比，具有消耗少、寿命长的优点。目前广泛使用的主要是含Ir5～30Wt·%的铂基含金，典型的合金为含Ir10%的P

Ir₂₅合金和含Ir25%的Pt₇₅Ir₃₅合金。这些合金在1000℃以上工作时，晶粒长大加快，氧化损失速率加大，同时高温燃气会沿晶界进行异常浸蚀，产生裂纹，从而导致材料强度大幅度降低。日本专利特公昭61-30014公开了一种火花塞用电极材料，它是在PtIr25合金基础上的一种改进。其成份为Ir15～25%，Ni2.1～5%和/或Mo、Rh、Ru、Co、Fe、Mn0.5～5%中选择的至少一种，余量为Pt。此种合金的晶粒长大温度高于1000℃。虽然，同PtIr25合金相比，此种合金在晶粒长大起始温度、使用寿命等方面均有所改善，但其改善程度并不显著，且主要用作放电电极，若用作炽热式的发热丝，其寿命要缩短。

本发明的目的在于克服现有合金材料之不足，提供一种耐高温、抗燃气腐蚀能力强、使用寿命更长的火花塞用铂基合金。

本发明的目的是通过在Pt-Ir合金中加入少量稀土或混合稀土元素进行强化而实现的。这些稀土元素具有强烈的净化和强化作用。它们能同合金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体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，能提高合金的综合性能;而球状颗粒在合金晶界及晶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强度和使用寿命。

本发明的铂基合金含有：Ir10～30Wt·%，以及从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y中选择的至少一种元素，且每种选择元素的含量或一种以上选择元素的含量之和均为0.02～2.0Wt·%，余量为Pt。在本发明的铂基合金中，还可在上述化学成分基础上再添加Rh0～20Wt·%，其余组成相同，以进一步提高合金的高温强度和抗腐蚀性能。优先推荐的合金成分是：Ir10～20Wt·%，Rh5～15Wt·%，以及从La，Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y中选择的至少一种元素，且每种选择元素的含量或一种以上选择元素的含量之和均为0.05～1.0Wt·%，余量为Pt。

在本发明中，限定Ir的含量为10～30%，Rh的含量为0～20%的原因是，在此范围内，Ir、Rh的加入确实能大大提高纯铂的强度，并显著提高其高温抗化学腐蚀性能;但若Ir含量超过30%，或（Ir+Rh）的含量超过50%，则合金加工性能变差。另外，由于Rh的价格比Pt昂贵得多，Rh含量过高将使材料成本大为增高。限定每种稀土元素的含量或一种以上稀土元素的含量之和为0.02～2.0%的理由是，当稀土或混合稀土元素含量小于0.02%时，不能有效地防止晶粒粗化及提高合金的抗腐蚀能力。另一方面，由于稀土元素在Pt、Ir、Rh中的固溶度一般都很低，当稀土元素在合金中的含量超过2%时，会形成较多的脆性金属互化物和氧化物，从而导致合金加工性能劣化，焊接性能变差，在高温燃气浸蚀条件下易断裂。

同现有技术相比，本发明有以下优点：

1、晶粒长大温度高，一般均高于1100℃，合金可在1000～1150℃内工作。

2、抗燃气腐蚀性能更好。

3、使用寿命长。

下面通过实例对本发明作进一步说明。

实施例1

按照表1所示的编号为No1～No20的合金组分，分别采用高频感应炉在真空充氩条件下熔炼得到合金铸锭。再通过热锻和冷轧加工成厚度为0.5mm的薄片，抛光腐蚀表面制成金相样品，放入高温金相显微镜中，以10℃/分的速度连续升温，直接观测晶粒开始明显长大的温度。结果如表1所示。从表1可以看出，试样No、4、5因加工性能差，实用价值不大，本发明包括的试样No.6～20，加工性能良好，晶粒开始粗化的温度均在1100℃以上，其中添加重稀土元素的合金晶粒粗化温度均在1150℃以上。

实施例2

鉴于电火花点火电极的寿命试验周期太长，而实验证明对于同一种材料来说，若用作点火炽热丝的寿命越长，则它用作点火电极的寿命相应也越长，故在该实施例中，仅列举了炽热点火型发热丝的例子。

采用实施例1所述的方法熔炼制备表2所列各组分的合金铸锭，通过热锻、冷轧和冷拔等工序加工成直径0.25mm的丝材，制成火花塞用炽热丝，点焊在塞座上。实验用气缸容积为3.5毫升，发动机装于在水中航行的航海模型竟速艇上，转速为28000～30000转/分。所用燃油成分为（Wt·%）：甲醇82，蓖麻油13，硝基甲烷5。每种合金材料试验三次，取各次寿命的平均值为平均寿命。由于Ce和Gd分别是目前最便宜的轻稀土和重稀土元素，其特征有一定代表性，因此，本实施例仅列举了用Ce和Gd作为置换元素的情况。对于其它稀土元素来说，La、Pr、Nd、Sm的情况与Ce相似;Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y的情况与Gd相似。试验结果如表2所示。由表2可见，本发明成分范围内的合金在高温燃气浸蚀条件下均具有较稳定的晶体状态，使用寿命均较长，其中No.7、12、28样品有特别长的寿命，与参比合金No.2、3相比，先进性是明显的。同时，这些合金都有与Pt₇₅Ir₂₅合金相近的可加工性能和可熔焊性，都可实际使用。

表1

表2

Claims

1、火花塞用铂基合金，其特征在于，所说的铂基合金含有Ir10～30Wt.%和从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y中选择的至少一种元素，且每种选择元素的含量或一种以上选择元素的含量之和均为0.02～2Wt.%，余量为Pt。

2、如权利要求1的铂基合金，其特征在于在所说的铂基合金中还可添加Rh0～20Wt.%。

3、如权利要求2的铂基合金，其特征在于，所说的铂基合金含有Ir10～20Wt·%，Rh5～15Wt·%，以及从La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y中选择的至少一种元素，且每种选择元素的含量或一种以上选择元素的含量之和均为0.05～1.0Wt·%。