CN113322395A - 一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料及其制备方法和应用的火花塞 - Google Patents

一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料及其制备方法和应用的火花塞 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Pt‑Ru‑Ir合金火花塞电极材料及其制备方法和应用的火花塞，火花塞电极材料按质量百分比包括：Ru 1～20％，Ir 1～10％，金属元素A 0.05‑5％，稀土元素B 0.05‑1.5％，余量为Pt和不可避免的杂质，所述金属元素A选自Re、Al、W、Nb、Th、Ti、Zr、Cr中的一种或多种。本发明可减少了贵金属的用量，降低了成本，增强了合金组织中晶界的结合力，改善合金材料的韧性和强度，提高了合金材料的抗高温烧蚀性能；细化了合金晶粒，抑制等轴晶的长大，提高了合金的高温持久强度和导电性。同时，本发明在制备过程中采用电脉冲处理和快冷吸铸技术，减少了制备合金过程中成分偏析，降低了电阻率，提高抗电侵蚀能力。

Description

一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料及其制备方法和应用的火 花塞
技术领域
本发明涉及一种高温合金材料，具体是一种Pt-Ru-Ir基高温合金电极材料和制备方法以及应用该材料制备得到的火花塞。
背景技术
火花塞用于引起在内燃发动机中的燃烧，通常通过产生横跨在两个或更多个电极之间间隙的火花来点燃在发动机气缸或燃烧室中的空气/燃料混合物的气体。气体由火花的点燃引起发动机气缸中的燃烧反应，该燃烧反应对发动机的动力冲程做功。高温、高电压、燃烧反应的快速重复以及腐蚀性物质在燃烧气体中的存在会形成火花塞必须在其中起作用的恶劣环境。该恶劣环境可促使电极的侵蚀和腐蚀，随时间对火花塞的性能产生负面影响，潜在地引起不点火或一些其它不期望状况。
现代工业和高新技术领域中，耐高温耐腐蚀功能材料具有重要的应用。虽然铁(Fe)基、镍(Ni)基、钛(Ti)基、钴(Co)基、钼(Mo)基合金及其金属间化合物等非贵金属材料得到了很大发展及广泛应用，但贵金属材料如：铂(Pt)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)及其合金更能经受高温、高压及强电化学腐蚀等激烈和复杂的环境考验。
Pt熔点高，化学性质稳定，是一种理想的高温材料。但Pt的高温强度较低，抗蠕变性能差。为提高Pt的高温性能，需进行合金化处理。目前，主要是将Pt与铱(Ir)和铑(Rh)等高熔点铂族金属元素合金化来提高Pt合金的高温强度、耐高温腐蚀性能和抗电弧侵蚀性能等。Pt-Ir和Pt-Rh合金具有熔点高、耐高温腐蚀性能好和抗电弧侵蚀性能强等优点，在航空工业电器接触点、工业电镀的电极、热电偶、火箭发动机零件及玻璃制造等方面有广泛的应用，特别是作为汽车的火花塞电极，可提高发动机的点火性能、燃油经济性、使用寿命及降低有害物质的排放。但铑资源极其稀有，价值十分昂贵，因此火花塞制造商尝试通过仅在电极的点火尖端或火花部分处使用这类材料来最小化与电极一起使用的贵金属的量，同时也寻找其他合金元素来替代贵金属元素，通过掺杂和组分设计来达到更好的耐高温耐腐蚀性能。
铱(Ir)在铂族金属中具有最高的耐蚀性，当Ir以合金元素的方式加入Pt后，形成的Pt-Ir合金不仅具备了超高的化学稳定性，其机械性能相比如纯Ir及纯Pt均得到了显著优化。Pt-Ir合金由于具有高熔点、高硬度、高化学稳定及低的接触电阻，被广泛使用于条件要求高的弱电接触材料中。然而铂依合金在熔炼时，铱极易挥发，引起材料成分难以精确控制，其铸锭凝固时易于产生分偏析导致组织不均匀，因此其熔铸难度较大，另一方面，铂铱合金，特别是较高铱含量的铂铱合金，硬度较高而塑性较差，导致其加工较为困难。人们通过研究先进的熔炼工艺、掺杂工艺及微细化工艺等对铂铱合金的制备技术及改性技术等进行突破。重材院李国纲(航空发动机触点材料，PtIr25工艺研究[D]，重庆大学2008)等针对Pt-25Ir合金成分偏析、加工性能及电性能不稳定等问题，详细研究了Pt-25Ir合金的高、中频二次感应熔炼工艺，改善了合金的成分均匀性，并采用热轧以及时效强化工艺提高了机械性能，最终制备的Pt-Ir电接触材料具有比纯Pt电极更强的抗电弧侵蚀能力。
为了进一步拓展Pt基高温合金材料的应用和降低成本，改变目前铂族金属高温合金材料大都使用价格较高的Pt-Ir和Pt-Rh合金材料的现状，开发价格相对较低的新型Pt-Ru基高温合金材料引起了广泛关注。
钌(Ru)也是铂族金属元素之一，具有熔点高、比重小和抗腐蚀性强等优点，其价格比Ir和Rh便宜得多。Ru可以与Pt在富Pt和富Ru端形成广阔的合金固溶体，且Ru具有最高的固溶强化和显微结构强化效应。然而，由于Pt-Ru合金存在诸如：加工困难、Ru高温氧化挥发速率高以及合金晶界断裂倾向大等问题，单独采用Pt-Ru合金作为高温功能材料的应用少见报道。周川等(CN104674048A)针对上述Pt-Ru合金存在的问题，在Pt-Ru合金中加入特定适量的金属元素减轻或抑制Pt-Ru合金中Ru的高温氧化挥发速率，提高合金的高温延展性，改善合金的高温强度性质；同时，在Pt-Ru合金中加入少量或微量的稀土元素提高Pt-Ru合金的高温持久强度。
邓忠民等(Pt-Ir-Ru合金的性能及显微结构[J]，贵金属，2001,22(2):1-4)研究了Pt-Ir-Ru合金的性能，结果表明：Ru和Ir对Pt-Ir和Pt-Ru合金的力学性能、电阻率和晶粒尺寸有大的影响。Ru的加入能够提高Pt-Ir合金的力学性能，但电阻率增大。此外，在熔炼时，Pt-Ir-Ru合金易产生成分偏析、加工性能差。
由此，Pt-Ru-Ir基高温合金火花塞电极材料已经取得了一定的发展，但随着人们对高性能产品的需求以及空间探测活动的推进，天宫空间站的组建、天和核心舱的发射、天问一号的着陆等，特别是以后发展可重复利用的运载火箭等，都对应用于航空工业电器接触点、热电偶、火箭发动机零件以及汽车的火花塞、燃气轮点火电极材料及油气点火材料提出了更高的要求。
发明内容
本发明针对现有技术的缺点和不足，提供一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料及其制备方法，通过对合金成分和含量的调整，再结合先进的熔炼生产工艺，得到了成分均匀、电阻率小、耐高温耐腐蚀的电极材料。
本发明首先提供一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，按质量百分比包括：Ru 1～20％，Ir 1～10％，余量为Pt和不可避免的杂质。
进一步地，所述Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料中还包括金属元素A，质量百分含量为0.05-5％，优选0.5-2.5％。
优选地，所述金属元素A选自Re、Al、W、Nb、Th、Ti、Zr、Cr中的一种或多种；进一步优选地，所述金属元素A为W、Al、Zr。
进一步地，所述Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料中还包括稀土元素B，质量百分含量为0.05-1.5％，优选0.1-0.5％。
优选地，所述稀土元素B选自La、Ce、Pr、Nd、Y、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Th中的一种或多种；进一步优选地，所述稀土元素B为La、Ce、Nd。
进一步地，所述Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料中Ru元素的含量于Ir元素。
本发明提供一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：
(1)按质量百分比称取合金组分对应的单质金属粉末，混合均匀后置于坩埚中；
(2)在吸铸装置中充氩气保护的条件下，将步骤(1)制得的混合物进行加热熔炼，获得合金熔体并保温；
(3)用两根钼棒作为电极，对合金熔体通入脉冲电流；
(4)电脉冲施加一定时间后不断开，直接用水冷铜模进行吸铸，得到合金铸锭；
(5)将步骤(4)制得的合金铸锭进行退火处理，得到Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料。
进一步地，所述电脉冲的电压为220-500V，频率为4-10Hz，电容300-600μF，处理时间为30-60s。优选地，所述电脉冲的电压为500V，频率为4Hz，电容300μF，处理时间为45s。
进一步地，所述退火处理的温度为1150-1400℃，退火时间为10-20min。
本发明还提供一种火花塞，所述火花塞包括中心电极和至少一个侧电极，中心电极和/或侧电极的点火尖端由所述Pt-Ru-Ir合金制得。
本发明的火花塞电极材料选择Pt-Ru-Ir合金作为基体，相对于常用贵金属电极材料Pt-25Ir来说，引入了Ru元素，并且保持Ru元素的含量大于Ir元素。钌比铱更易氧化，钌在室温时就开始氧化，随温度升高，氧化加速。RuO2比IrO2更稳定，RuO2的最高分解温度为1580℃，IrO2的最高分解温度为1124℃，比RuO2的分解温度低得多。因此，钌对铂合金接点材料抗熔焊性能的影响在于：一方面钌氧化后生成比IrO2热稳定性更好的RuO2，RuO2分解时需要更多的分解热，这样降低了材料表面的工作温度；另一方面，钌和氧化钌是一类好的电子导体，可作电接触材料，导电的RuO2浮在接触点的金属熔池上，与IrO2相比较，既不增加接触电压降，又增加了液体金属的粘度，减少了因电弧吹力引起的金属飞溅，减少了电弧腐蚀，大大降低了冒汗现象的发生。
本发明通过引入Re、Al、W、Nb、Th、Ti、Zr、Cr等金属元素，可以增强合金组织中晶界的结合力和改善合金材料的韧性，还可以增强合金与其它金属材料的同质性，改善合金的焊接性能。
本发明通过引入La、Nd、Pr、Y、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ce、Th等稀土金属元素，一方面降低了贵金属元素的用量，降低了合金成本；另一方面，稀土元素可以细化晶粒，抑制等轴晶的长大，可以提高了合金的高温持久强度，此外还减少了材料内部位错产生的晶格畸变，有助于提高导电性。
本发明通过引入电脉冲孕育技术，在合金浇铸之前施加电脉冲，首先可以均匀成分，减少偏析，避免内部疏松和缩孔。通过在合金熔体中施加电脉冲，形成电场，使各金属元素在液相状态下就保持了较高的分散性和一致性，并通过快冷吸铸技术，将合金熔体迅速凝固成固体合金，能够遗传熔体在电脉冲处理下的排列状态，可以降低Pt-Ru-Ir合金电阻率。同时，电脉冲处理还可以降低结晶温度，细化晶粒，通过与后续退火配合，可以提高合金的力学性能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过使用Pt、Ru、Ir三种贵金属作为合金基体材料，克服了单质贵金属或二元贵金属材料存在的力学性能、加工性能、电接触性能等方面的问题。通过引入金属元素A和稀土元素B，减少了贵金属的用量，降低了成本；金属元素A增强合金组织中晶界的结合力，改善了合金材料的韧性和强度，提高了合金材料的抗高温烧蚀性能；稀土元素B细化了合金晶粒，抑制等轴晶的长大，提高了合金的高温持久强度和导电性。本发明还通过电脉冲处理技术，减少了制备合金过程中成分偏析，降低了电阻率，提高抗电侵蚀能力。本发明通过对电极材料合金成分和含量以及对制备工艺的优化，在降低贵金属火花塞电极成本同时，提高火花塞电极的性能，扩大了应用范围和适应的极端环境。
附图说明
此附图说明用来对本发明申请细节的进一步解释，作为本发明申请的一部分，所附示意性实施例及其说明仅用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为实施例10制备得到的Pt-Ru-Ir合金晶相显微组织图。
图2为实施例12制备得到的Pt-Ru-Ir合金晶相显微组织图。
图3为电脉冲处理合金吸铸装置示意图。
图3中，1-支撑座，2-水冷铜模升降装置，3-坩埚升降装置，4-坩埚，5-钼电极，6-坩埚夹持装置，7-电脉冲发生装置，8-抽真空装置，9-进水口，10-出水口，11-氩气通道。
具体实施方式
为了更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面通过具体实例来进一步描述本发明的技术解决方案。
但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
实施例1
一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，质量百分配比为Pt 70％、Ru 20％、Ir 10％。其制备方法为：按合金的名义成分称取纯度为99.95％的对应单质金属粉末，混合均匀后置于坩埚中。将上述坩埚放入感应炉中，通入氩气形成保护气氛，将炉管升温至1950℃，保温5min，待金属粉末原料完全熔化后，直接浇铸成合金坏料。
实施例2
一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，质量百分配比为Pt 90％、Ru 1％、Ir7.5％、W1％、Ce 0.5％。其制备方法为：按合金的名义成分称取纯度为99.95％的对应单质金属粉末，混合均匀后置于坩埚中。将上述坩埚放入感应炉中，通入氩气形成保护气氛，将炉管升温至1950℃，保温5min，待金属粉末原料完全熔化后，直接浇铸成合金坏料。
实施例3
一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，质量百分配比为Pt 80％、Ru 14.5％、Ir1％、W 1％、Al 1％、Zr 1％、La 0.5％、Ce 0.5％、Nd 0.5％。其制备方法为：按合金的名义成分称取纯度为99.95％的对应单质金属粉末，混合均匀后置于坩埚中。将上述坩埚放入感应炉中，通入氩气形成保护气氛，将炉管升温至1950℃，保温5min，待金属粉末原料完全熔化后，直接浇铸成合金坏料。
实施例4
一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，质量百分配比为Pt 79.9％、Ru 15％、Ir5％、Zr 0.05％、La 0.05％。其制备方法为：按合金的名义成分称取纯度为99.95％的对应单质金属粉末，混合均匀后置于坩埚中。将上述坩埚放入感应炉中，通入氩气形成保护气氛，将炉管升温至1950℃，保温5min，待金属粉末原料完全熔化后，直接浇铸成合金坏料。
实施例5
一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，质量百分配比为Pt 78％、Ru 15％、Ir 5％、W1％、Zr 0.5％、La 0.1％、Ce 0.2％、Nd 0.2％。其制备方法为：按合金的名义成分称取纯度为99.95％的对应单质金属粉末，混合均匀后置于坩埚中。将上述坩埚放入吸铸装置的炉管中，通入氩气形成保护气氛，将炉管升温至1950℃，保温5min，待金属粉末原料完全熔化后，通过升降装置将两根钼电极插入坩埚中的熔体中，两根钼电极与炉外电脉冲发生器相连，进行电脉冲处理，电压为220V，频率为8Hz，电容300μF，处理30s，在不断开电脉冲的条件下，将水冷铜模向上移动到吸铸平台，开动真空吸气装置保持铜模型腔为负压，用铜模顶部顶开坩埚底部的石墨塞，将合金熔体吸入到铜模型腔中快速冷却凝固得到Pt-Ru-Ir合金。将得到的合金材料放入管式炉中，在1200℃的温度下退火处理15min，然后取出，空冷至室温。
实施例6
一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，质量百分配比为Pt 78％、Ru 15％、Ir 5％、W1％、Zr 0.5％、La 0.1％、Ce 0.2％、Nd 0.2％。其制备方法为：按合金的名义成分称取纯度为99.95％的对应单质金属粉末，混合均匀后置于坩埚中。将上述坩埚放入吸铸装置的炉管中，通入氩气形成保护气氛，将炉管升温至1950℃，保温5min，待金属粉末原料完全熔化后，通过升降装置将两根钼电极插入坩埚中的熔体中，两根钼电极与炉外电脉冲发生器相连，进行电脉冲处理，电压为500V，频率为10Hz，电容600μF，处理60s，在不断开电脉冲的条件下，将水冷铜模向上移动到吸铸平台，开动真空吸气装置保持铜模型腔为负压，用铜模顶部顶开坩埚底部的石墨塞，将合金熔体吸入到铜模型腔中快速冷却凝固得到Pt-Ru-Ir合金。将得到的合金材料放入管式炉中，在1350℃的温度下退火处理10min，然后取出，空冷至室温。
实施例7
一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，质量百分配比为Pt 78％、Ru 15％、Ir 5％、W1％、Zr 0.5％、La 0.1％、Ce 0.2％、Nd 0.2％。其制备方法为：按合金的名义成分称取纯度为99.95％的对应单质金属粉末，混合均匀后置于坩埚中。将上述坩埚放入吸铸装置的炉管中，通入氩气形成保护气氛，将炉管升温至1950℃，保温5min，待金属粉末原料完全熔化后，通过升降装置将两根钼电极插入坩埚中的熔体中，两根钼电极与炉外电脉冲发生器相连，进行电脉冲处理，电压为500V，频率为4Hz，电容300μF，处理45s，在不断开电脉冲的条件下，将水冷铜模向上移动到吸铸平台，开动真空吸气装置保持铜模型腔为负压，用铜模顶部顶开坩埚底部的石墨塞，将合金熔体吸入到铜模型腔中快速冷却凝固得到Pt-Ru-Ir合金。
实施例8
一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，质量百分配比为Pt 78％、Ru 15％、Ir 5％、W1％、Zr 0.5％、La 0.1％、Ce 0.2％、Nd 0.2％。其制备方法为：按合金的名义成分称取纯度为99.95％的对应单质金属粉末，混合均匀后置于坩埚中。将上述坩埚放入吸铸装置的炉管中，通入氩气形成保护气氛，将炉管升温至1950℃，保温5min，待金属粉末原料完全熔化后，通过升降装置将两根钼电极插入坩埚中的熔体中，两根钼电极与炉外电脉冲发生器相连，进行电脉冲处理，电压为500V，频率为4Hz，电容300μF，处理45s，在不断开电脉冲的条件下，将水冷铜模向上移动到吸铸平台，开动真空吸气装置保持铜模型腔为负压，用铜模顶部顶开坩埚底部的石墨塞，将合金熔体吸入到铜模型腔中快速冷却凝固得到Pt-Ru-Ir合金。将得到的合金材料放入管式炉中，在1150℃的温度下退火处理20min，然后取出，空冷至室温。
实施例9
一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，质量百分配比为Pt 78％、Ru 15％、Ir 5％、W1％、Zr 0.5％、La 0.1％、Ce 0.2％、Nd 0.2％。其制备方法为：按合金的名义成分称取纯度为99.95％的对应单质金属粉末，混合均匀后置于坩埚中。将上述坩埚放入吸铸装置的炉管中，通入氩气形成保护气氛，将炉管升温至1950℃，保温5min，待金属粉末原料完全熔化后，通过升降装置将两根钼电极插入坩埚中的熔体中，两根钼电极与炉外电脉冲发生器相连，进行电脉冲处理，电压为500V，频率为4Hz，电容300μF，处理45s，在不断开电脉冲的条件下，将水冷铜模向上移动到吸铸平台，开动真空吸气装置保持铜模型腔为负压，用铜模顶部顶开坩埚底部的石墨塞，将合金熔体吸入到铜模型腔中快速冷却凝固得到Pt-Ru-Ir合金。将得到的合金材料放入管式炉中，在1400℃的温度下退火处理10min，然后取出，空冷至室温。
实施例10
一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，质量百分配比为Pt 78％、Ru 15％、Ir 5％、W1％、Zr 0.5％、La 0.1％、Ce 0.2％、Nd 0.2％。其制备方法为：按合金的名义成分称取纯度为99.95％的对应单质金属粉末，混合均匀后置于坩埚中。将上述坩埚放入吸铸装置的炉管中，通入氩气形成保护气氛，将炉管升温至1950℃，保温5min，待金属粉末原料完全熔化后，通过升降装置将两根钼电极插入坩埚中的熔体中，两根钼电极与炉外电脉冲发生器相连，进行电脉冲处理，电压为500V，频率为4Hz，电容300μF，处理45s，在不断开电脉冲的条件下，将水冷铜模向上移动到吸铸平台，开动真空吸气装置保持铜模型腔为负压，用铜模顶部顶开坩埚底部的石墨塞，将合金熔体吸入到铜模型腔中快速冷却凝固得到Pt-Ru-Ir合金。将得到的合金材料放入管式炉中，在1250℃的温度下退火处理10min，然后取出，空冷至室温。
实施例11
一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，质量百分配比为Pt 78％、Ru 15％、Ir 5％、W1％、Zr 0.5％、La 0.1％、Ce 0.2％、Nd 0.2％。其制备方法为：按合金的名义成分称取纯度为99.95％的对应单质金属粉末，混合均匀后置于坩埚中。将上述坩埚放入吸铸装置的炉管中，抽真空形成负压，炉管升温至1950℃，保温5min，待金属粉末原料完全熔化后，通过升降装置将两根钼电极插入坩埚中的熔体中，两根钼电极与炉外电脉冲发生器相连，进行电脉冲处理，电压为500V，频率为4Hz，电容300μF，处理45s，在不断开电脉冲的条件下，将水冷铜模向上移动到吸铸平台，开动真空吸气装置保持铜模型腔为负压，用铜模顶部顶开坩埚底部的石墨塞，将合金熔体吸入到铜模型腔中快速冷却凝固得到Pt-Ru-Ir合金。将得到的合金材料放入管式炉中，在1250℃的温度下退火处理10min，然后取出，空冷至室温。
实施例12
一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，质量百分配比为Pt 78％、Ru 15％、Ir 5％、W1％、Zr 0.5％、La 0.1％、Ce 0.2％、Nd 0.2％。其制备方法为：按合金的名义成分称取纯度为99.95％的对应单质金属粉末，混合均匀后置于坩埚中。将上述坩埚放入吸铸装置的炉管中，炉管升温至1950℃，保温5min，待金属粉末原料完全熔化后，将水冷铜模向上移动到吸铸平台，开动真空吸气装置保持铜模型腔为负压，用铜模顶部顶开坩埚底部的石墨塞，将合金熔体吸入到铜模型腔中快速冷却凝固得到Pt-Ru-Ir合金。将得到的合金材料放入管式炉中，在1250℃的温度下退火处理10min，然后取出，空冷至室温。
实施例13
一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，质量百分配比为Pt 78％、Ru 15％、Ir 5％、W1％、Zr 0.5％、La 0.1％、Ce 0.2％、Nd 0.2％。其制备方法为：按合金的名义成分称取纯度为99.95％的对应单质金属粉末，混合均匀后置于坩埚中。将上述坩埚放入吸铸装置的炉管中，通入氩气形成保护气氛，将炉管升温至1950℃，保温5min，待金属粉末原料完全熔化后，通过升降装置将两根钼电极插入坩埚中的熔体中，两根钼电极与炉外电脉冲发生器相连，进行电脉冲处理，电压为500V，频率为4Hz，电容300μF，处理45s，断开电脉冲后，将水冷铜模向上移动到吸铸平台，开动真空吸气装置保持铜模型腔为负压，用铜模顶部顶开坩埚底部的石墨塞，将合金熔体吸入到铜模型腔中快速冷却凝固得到Pt-Ru-Ir合金。将得到的合金材料放入管式炉中，在1250℃的温度下退火处理10min，然后取出，空冷至室温。
实施例14
一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，质量百分配比为Pt 78％、Ru 5％、Ir15％、W1％、Zr 0.5％、La 0.1％、Ce 0.2％、Nd 0.2％。其制备方法为：按合金的名义成分称取纯度为99.95％的对应单质金属粉末，混合均匀后置于坩埚中。将上述坩埚放入吸铸装置的炉管中，通入氩气形成保护气氛，将炉管升温至1950℃，保温5min，待金属粉末原料完全熔化后，通过升降装置将两根钼电极插入坩埚中的熔体中，两根钼电极与炉外电脉冲发生器相连，进行电脉冲处理，电压为500V，频率为4Hz，电容300μF，处理45s，在不断开电脉冲的条件下，将水冷铜模向上移动到吸铸平台，开动真空吸气装置保持铜模型腔为负压，用铜模顶部顶开坩埚底部的石墨塞，将合金熔体吸入到铜模型腔中快速冷却凝固得到Pt-Ru-Ir合金。将得到的合金材料放入管式炉中，在1250℃的温度下退火处理10min，然后取出，空冷至室温。
一种火花塞，包括中心电极和至少一个侧电极，该中心电极和侧电极之间形成火花放电间隙。采用常规的生产工艺制作，所不同的是中心电极和/或侧电极的点火尖端由上述实施例制备的Pt-Ru-Ir合金制成。
性能测试：
(1)抗拉强度和延伸率、电阻率。本申请对合金试样的硬态抗拉强度和延伸率进行了测量，并采用QJ36型双臂两用直流电桥测量了合金的电阻率，测量温度为室温。测试结果如表1所示。
表1合金的力学和电阻率性能
Figure BDA0003093087990000101
Figure BDA0003093087990000111
从力学性能和电导率测试数据可以看出，通过在熔炼过程中施加电脉冲处理，可以均匀合金的组织结构，减少偏析，改善导电性能，提高强度和延伸率，从图1和图2的晶相组织中可以明显看出电脉冲处理的积极效果。
(2)抗电弧侵蚀和抗熔焊性能。把一对接点在通电试验时粘在一起需要外力或冷却后才能分开的现象认定为熔焊；如果不需外力或冷却，仅比正常分断滞后，则认定这一现象为粘结。表2列出了合金试样在强电负载下，在ASTM触头材料模拟试验机上，直流110V，20A，分断3万次过程中发生第一次粘结或熔焊前的分断次数。
表2
Figure BDA0003093087990000112
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，其特征在于，按质量百分比包括：Ru 1～20％，Ir 1～10％，金属元素A 0.05-5％，稀土元素B 0.05-1.5％，余量为Pt和不可避免的杂质，所述金属元素A选自Re、Al、W、Nb、Th、Ti、Zr、Cr中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，其特征在于，所述Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料中金属元素A的质量百分含量优选0.5-2.5％。
3.根据权利要求2所述的一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，其特征在于，所述金属元素A优选W、Al、Zr。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，其特征在于，所述Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料中稀土元素B的质量百分含量优选0.1-0.5％。
5.根据权利要求4所述的一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，所述稀土元素B选自La、Ce、Pr、Nd、Y、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Th中的一种或多种；进一步优选地，所述稀土元素B为La、Ce、Nd。
6.根据权利要求1-5任一项所述所述的一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料，其特征在于，所述Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料中Ru元素的含量大于Ir元素。
7.一种权利要求1-6所述Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：
(1)按质量百分比称取合金组分对应的单质金属粉末，混合均匀后置于坩埚中；
(2)在吸铸装置中充氩气保护的条件下，将步骤(1)制得的混合物进行加热熔炼，获得合金熔体并保温；
(3)用两根钼棒作为电极，对合金熔体通入脉冲电流；
(4)电脉冲施加一定时间后不断开，直接用水冷铜模进行吸铸，得到合金铸锭；
(5)将步骤(4)制得的合金铸锭进行退火处理，得到Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料。
8.根据权利要求7所述的一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料的制备方法，其特征在于，所述电脉冲的电压为220-500V，频率为4-10Hz，电容300-600μF，处理时间为30-60s；优选地，所述电脉冲的电压为500V，频率为4Hz，电容300μF，处理时间为45s。
9.根据权利要求8所述的一种Pt-Ru-Ir合金火花塞电极材料的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为1150-1400℃，退火时间为10-20min。
10.一种火花塞，所述火花塞包括中心电极和至少一个侧电极，其特征在于，中心电极和/或侧电极的点火尖端材料选自权利要求1-6所述的Pt-Ru-Ir合金或由权利要求7-9所述的制备方法制得的Pt-Ru-Ir合金。
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