DE10224891A1

DE10224891A1 - Legierung auf Nickelbasis

Info

Publication number: DE10224891A1
Application number: DE10224891A
Authority: DE
Inventors: Klaus Hrastnik
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2003-12-18
Also published as: US20040013560A1; JP2004011024A

Abstract

Es wird eine Legierung auf Nickelbasis vorgeschlagen, welche 1,8 Masse-% bis 2,2 Masse-% Silizium, 0,05 Masse-% bis 0,1 Masse-% Yttrium und/oder Hafnium und/oder Zirkonium, 2 Masse-% bis 2,4 Masse-% Aluminium und Rest Nickel aufweist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Legierung auf Nickelbasis mit Silizium, Yttrium und Aluminium als Legierungsbestandteile.
Legierungen auf Nickelbasis sind besonders geeignet, um Elektroden von Zündkerzen für Brennkraftmaschinen herzustellen. Zündkerzen bestehen des weiteren im wesentlichen aus einem Stöpsel, der eine Keramik, eine Mittelelektrode und einen Anschlußbolzen umfaßt. Darüber hinaus umfaßt eine Zündkerze ein Gehäuse aus Stahl, an welchem eine oder mehrere Masseelektroden befestigt sind. Diese Elektroden sind zumeist aus einem korrosions- und temperaturbeständigen Metall, wie beispielsweise Nickel, hergestellt, in welches ein wärmeleitfähiger Kern, wie beispielsweise Kupfer, eingebracht sein kann. Die Funktion der Zündkerze ist dadurch gegeben, daß ein elektrischer Funke, der zwischen den Elektroden bei einer Spannung zwischen 15 kV und 30 kV übergeht bzw. durchschlägt, ein in einem Brennraum vorhandenes Luft- Benzin-Gemisch zündet.
Bei der Verwendung von Zündkerzen in Ottomotoren sind deren Materialen bzw. Bestandteile komplexen Beanspruchungen ausgesetzt. Besonders Funktionsteile der Zündkerze, wie z. B. eine Elektrode, die in einen Brennraum eines Ottomotors hineinragen, sind besonders extremen Belastungen ausgesetzt, da mittlere Betriebstemperaturen zwischen 400°C bis 950°C bei gleichzeitigem Wechsel zwischen oxidierender und reduzierender Atmosphäre auftreten.
Die Generierung des Zündfunkens führt darüber hinaus zu einer weiteren Belastung der Elektrode einer Zündkerze. Am Funkenfußpunkt entstehen mehrere Tausend Kelvin und bei einem Durchbruch des Funkens fließen in den ersten Nanosekunden Ströme von bis zu 100 A. Darüber hinaus fließen im Anschluß an den Durchbruch während eines sogenannten Funkenbrennens während eines Zeitraumes von ca. 2 ms Ströme von ca. 80 mA, die mit hohen Rückstoßkräften bei einem Zusammenbrechen des Funkenplasmas einhergehen. Dabei verursacht besonders unter oxidierender Atmosphäre eine Funkenerosion einen starken Materialabtrag an den Elektroden. Zusätzliche Motorschwingungen erhöhen eine mechanische Belastung der Elektroden, so daß es unter Umständen zu einem Abbrechen einer Masseelektrode einer Zündkerze und damit zu einem Funktionsausfall kommen kann.
Bei der Auswahl eines geeigneten Elektrodenwerkstoffes sind Einzelbeanspruchungen wie Hochtemperaturoxidation, Heißgaskorrosion, Thermoschock und Funkenerosion zu beachten. Darüber hinaus sind eine gute Kriechresistenz und eine hohe Warmfestigkeit des verwendeten Werkstoffes gewünscht. Des weiteren soll eine Elektrode eine gute Wärmeleitfähigkeit, eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit sowie eine hohe Verschleißbeständigkeit gegenüber einer Sulfidierung, einer Aufkohlung, einer Reduktion und einer Nitrierung aufweisen. Weitere Auswahlkriterien für einen Elektrodenwerkstoff sind ein ausreichend hoher Schmelzpunkt, eine gute Verarbeitbarkeit und ein günstiger Preis des Werkstoffes.
Unter Berücksichtigung des vorstehenden komplexen Anforderungsprofils, wobei der Preis und die Verarbeitbarkeit bei der Auswahl im Vordergrund stehen, sind Nickel-, Kobalt- und Eisenbasislegierungen als Elektrodenwerkstoffen bevorzugt, wobei zur Erhöhung der Wechselintervalle von Zündkerzen von ursprünglich 30.000 km bis 60.000 km auf über 10.000 km zusätzlich Edelmetallstifte oder Edelmetallplättchen auf die Basiselektroden aufgebracht werden, da Edelmetalle und ihre Legierungen, insbesondere Platin, Iridium und Rhodium, eine sehr gute Erosions- und Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Derartige Maßnahmen erhöhen jedoch die Herstellkosten einer Zündkerze, so daß die Edelmetall- bzw. Edelmetallegierungsverstärkungen nur in geringen Mengen an den hochbelasteten Bereichen der Elektroden, d. h. an den Elektrodenspitzen, angebracht werden. Solche sogenannten edelmetallbesetzten Zündkerzen bewirken jedoch aufgrund von Korrosion- oder Funkenerosions-Untergrabungen der Schweißverbindung ein Versagen der Basiselektroden.
Deshalb ist dazu übergegangen worden, in die Basiselektroden von Zündkerzen sogenannten Kupfer-Finger einzubringen, welche die Wärmeleitfähigkeit einer derartig ausgeführten Elektrode erhöhen. Durch diese konstruktive Maßnahme werden die Temperaturspitzen an den Elektrodenspitzen reduziert, so daß beispielsweise die Standzeiten von Masseelektroden erhöht werden.
Neue Motorenentwicklungen, wie beispielsweise Benzindirekteinspritzer, verlangen eine noch tiefere Lage der Masseelektroden einer Zündkerze im Motorraum bzw. im Brennraum, wodurch eine Belastung einer Zündkerze bzw. deren Elektrode weiter erhöht wird. Insbesondere resultieren aus diesen Maßnahmen Einsatztemperaturen für Zündkerzen, welche über 1000°C liegen können. Besonders kritisch hierbei ist, daß einige vorgenannte Elektrodenwerkstoffe, wie beispielsweise Eisen oder Kobalt bei steigenden Temperaturen Phasenumwandlungen aufweisen, die die Verwendung derartiger Werkstoffe als Elektrodenwerkstoff ausschließen. Im Gegensatz dazu weist Nickel bis hin zu seinem Schmelzpunkt eine kubischflächenzentrierte Struktur auf, weshalb Legierungen auf Nickelbasis aufgrund ihrer Phasenstabilität eine gute Voraussetzung für den Einsatz als Zündkerzenelektrode bieten.
Ein weiteres Kriterium, welches für die Verwendung von Legierungen auf Nickelbasis spricht, ist, daß Eisenlegierungen bei hohen Temperaturen anfällig für eine Aufkohlung sowie für eine Nitrierung sind. Kobaltlegierungen weisen zwar eine sehr gute Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit auf, sind aber aufgrund ihrer geringen Funkenerosionsbeständigkeit ebenfalls weniger geeignet als Legierungen auf Nickelbasis. Darüber hinaus sind Eisenlegierungen im Vergleich zu Nickel- und Kobaltlegierungen schwerer umformbar, da Eisen eine kubischraumzentrierte Struktur aufweist.
Legierungen auf Nickelbasis weisen im Vergleich zu Eisenlegierungen sowie Kobaltlegierungen eine gute Warmfestigkeit sowie eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Des weiteren sind Nickellegierungen gut schweißbar sowie durch Kaltziehen gut verarbeitbar, weshalb Legierungen auf Nickelbasis im Vergleich zu Eisen- und Kobaltlegierungen besonders als Elektrodenwerkstoffe geeignet sind.
Dabei wirken sich verschiedene Legierungsbestandteile mehr oder weniger positiv bzw. negativ auf die Oxidations- und Funkenerosionsbeständigkeit einer aus einer Legierung auf Nickelbasis hergestellten Elektrode einer Zündkerze aus.
Eine Legierung auf Nickelbasis ist aus der DE 29 36 312 A1 bekannt, welche 0,2 Gew.-% bis 3 Gew.-% Silizium, bis 0,5 Gew.-% Mangan, 0,2 Gew.-% bis 3 Gew.-% Aluminium, 0,01 Gew.-% bis 1 Gew.-% Yttrium, 0,2 Gew.-% bis 3 Gew.-% Chrom und Rest Nickel aufweist. Dabei soll der Gehalt an Silizium vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 2,5 Gew.-%, der Gehalt an Aluminium vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% und der Gehalt an Yttrium vorzugsweise 0,1 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% betragen, um die Legierung auf Nickelbasis bei der Verwendung als Elektrodenwerkstoff für Zündkerzen gegen Oxidation und gegen Funkenabnützung beständiger zu gestalten.
Nachteilig dabei ist jedoch, daß die Legierung auf Nickelbasis Mangan als Legierungsbestandteil aufweist, da Mangan eine Verschlechterung der Oxidationsbeständigkeit bewirkt. Des weiteren ist von Nachteil, daß der bevorzugte Yttriumbereich zwischen 0,1 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% zur Bildung von intermetallischen Verbindungen bzw. Zweitphasen wie beispielsweise Ni₁₇Y₂ führt. Diese Phasen führen ebenfalls zu einer Verschlechterung der Oxidationsbeständigkeit, da insbesondere das Auftreten dieser Zweitphasen an der Werkstoffoberfläche Korrosion zur Folge hat oder zu einem Durchbrechen einer an der Werkstoffoberfläche angeordneten Oxidschutzschicht führt.
Des weiteren erschweren diese Zweitphasen Herstellprozesse wie Drahtziehen, Fließpressen oder Schweißen und können nachteilhafterweise zum Versagen von Bauteilen bei mechanischer Belastung führen, da diese die Kerbwirkung in hochbelasteten Bereichen zusätzlich erhöhen.

Vorteile der Erfindung

Mit der Legierung auf Nickelbasis gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, welche 1,8 Masse-% bis 2,2 Masse-% Silizium, 0,05 Masse-%-0,1 Masse-% Yttrium und/oder Hafnium und/oder Zirkonium, 2 Masse-%-2,4 Masse-% Aluminium und Rest Nickel umfaßt, steht ein Werkstoff zur Verfügung, welcher insbesondere als Werkstoff für Elektroden von Zündkerzen eine hohe Oxidationsbeständigkeit aufweist. Dabei weist die spezielle Kombination der Anteilsbereiche der Legierungselemente nach der Erfindung hinsichtlich der Masseänderung und bezüglich der Oxidationstiefe entscheidende Vorteile gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Kombination aus breiteren Anteilsbereichen auf.
Insbesondere der geringe Yttriumanteil in einer Legierung auf Nickelbasis mit den Legierungsanteilen nach der Erfindung führt zu einem guten Hochtemperaturoxidationsschutz, der besonders in Kombination mit den erfindungsgemäßen Anteilsbereichen von Aluminium und Silizium eine besonders gute Oxidationsbeständigkeit der Legierung nach der Erfindung ergibt.
Die gezielte Auswahl der Zusammensetzung der Legierung auf Nickelbasis nach der Erfindung führt zu einem Werkstoff, der sich in umfangreichen Versuchsreihen durch ein hervorragendes Thermowechselverhalten sowie eine hohe Oxidationsbeständigkeit, d. h. eine geringe Oxidationstiefe sowie eine geringe Masseänderung, bei hohen Beanspruchungen auszeichnet.
Darüber hinaus weist die Legierung auf Nickelbasis nach der Erfindung eine gute Funkenerosionsbeständigkeit sowie ein homogenes Gefüge auf, da aufgrund des niedrigen Yttriumanteils die Ausbildung von Zweitphasen bzw. intermetallischen Verbindungen, wie Ni₁₇Y₂, reduziert ist bzw. ganz vermieden wird, so daß die vorgenannten Nachteile derartiger Zweitphasen vorteilhafterweise nicht auftreten.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentsprüchen entnehmbar.

Zeichnung

In der Zeichnung sind zwei Diagramme gezeigt, welche einen Vergleich einer Oxidationsbeständigkeit verschiedener Legierungen auf Nickelbasis in Abhängigkeit von Legierungsanteilen verschiedener Legierungsbestandteile darstellen. Es zeigen
Fig. 1 mehrere Verläufe einer Masseänderung über der Zeit von Legierungen auf Nickelbasis mit unterschiedlichen Legierungselementen und verschiedenen Legierungsanteilen; und
Fig. 2 mehrere Verläufe einer Korrosionstiefe über der Temperatur der Legierungen auf Nickelbasis aus Fig. 1.
Die Legierung auf Nickelbasis nach der Erfindung weist verschiedene Legierungselemente auf, wobei nachfolgend zunächst unterschiedliche Legierungsbestandteile vorgestellt werden und auf deren Auswirkungen auf die Legierung eingegangen wird.
Kohlenstoff als Legierungsbestandteil einer Legierung auf Nickelbasis ist nur als Verunreinigung zulässig, d. h. der Anteil an der Legierung auf Nickelbasis ist kleiner als 0,05 Masse-%, da Kohlenstoff die Liquidustemperatur von Nickel stark erniedrigt. Darüber hinaus führt Kohlenstoff zu einer Karbidbildung, was zwar eine Erhöhung der Kriechbeständigkeit zur Folge hat, jedoch die Oxidationsbeständigkeit einer Legierung auf Nickelbasis stark erniedrigt.
Mangan als Legierungsbestandteil ist vorliegend ebenfalls nur als Verunreinigung zulässig, d. h. ein Mangananteil an der Legierung auf Nickelbasis ist kleiner als 0,01 Masse-% einzustellen, da Mangan zu einer wesentlichen Verschlechterung der Oxidationsbeständigkeit der Legierung auf Nickelbasis führt. Bisher wurde Mangan im Stand der Technik zur Desoxidation der Schmelze und zum Abbinden von Schwefel in Nickellegierungen zugesetzt. Durch Verbesserung der Verfahren bei der Schmelzmetallurgie kann mittlerweile auf das desoxidierende Mangan verzichtet werden, so daß die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden.
Die Verwendung des Elementes Chrom als Legierungsbestandteil führt insbesondere bei einem Legierungsanteil größer als 12 Masse-% zu einer Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit von Legierungen auf Nickelbasis, wobei insbesondere eine Sulfidationsbeständkeit verbessert wird. Chrom dampft jedoch ab einer Einsatztemperatur von ca. 900°C als Chromoxid ab, so daß insbesondere bei einer funkenerosiven Belastung, bei der Temperaturen von bis zu 2000°C an der Elektrodenoberfläche entstehen, ein verstärktes Abdampfen von Chromoxid auftritt und eine Legierung auf Nickelbasis mit Chrom als Legierungselement eine sehr schlechte Funkenerosionsbeständigkeit aufweist. Darüber hinaus bildet Chrom mit Verbrennungsgasen in einem Brennraum Karbide und Nitride aus, welche zwar die Kriechbeständigkeit einer Legierung auf Nickelbasis erhöhen, jedoch zu einer Erniedrigung der Oxidationsbeständigkeit führen. Deshalb wird bei der Legierung nach der Erfindung insgesamt auf Chrom als Legierungsbestandteil verzichtet.
Die Verwendung von Schwefel als Legierungsanteil ist ebenfalls unerwünscht, da Schwefel mit Nickel niedrigschmelzende Verbindungen eingeht, was für die Beständigkeit einer Elektrode einer Zündkerze nachteilig ist. Aus diesem Grund ist der Schwefelanteil einer Legierung auf Nickelbasis kleiner als 0,002 Masse-% anzustreben. Diese Vorgabe ist durch Verfahrensverbesserungen bei der Herstellung einer Legierung auf Nickelbasis sowie der Verwendung hochreiner Ausgangsmaterialien realisierbar.
Die Verwendung von Aluminium als Legierungsbestandteil einer Legierung auf Nickelbasis führt zu einer Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit, wobei durch Zugabe von Aluminium insbesondere auch eine Erhöhung der Funkenerosionsbeständigkeit erreicht wird. Dabei ist mindestens 1 Masse-% erforderlich, um die gewünschten Effekte zu erzielen. Bei Aluminiumanteilen von über 4,5 Masse-% entstehen Zweitphasen, welche als AlNi₃ ausgeschieden werden und eine Verformbarkeit sowie eine Schweißbarkeit erheblich verschlechtern. Generell wird durch die Zugabe von Aluminium eine Festigkeit von Legierungen auf Nickelbasis erhöht.
Außer Aluminium führt auch die Zugabe von Silizium als Legierungselement zu einer Verbesserung der Beständigkeit gegen Funkenerosion, Oxidation und Heißkorrosion.
Zur Erhöhung einer Deckschichthaftung einer Oxidschicht und zur Verbesserung einer isothermen sowie zyklischen Oxidationsbeständigkeit werden einer Legierung auf Nickelbasis Yttrium oder andere seltene Erden zugegeben. Dabei sollte der Yttriumanteil grundsätzlich eine Lösligkeit in Nickel nicht übersteigen, da sich bei Yttriumanteilen, welche größer als eine Löslichkeitsgrenze von Yttrium in Nickel sind, intermetallische Verbindungen bzw. Zweitphasen, wie Ni₁₇Y₂, ausbilden. Diese Zweitphasen führen zu einer Verschlechterung der Oxidationsbeständigkeit bzw. der Korrosionsbeständigkeit. Bei Auftreten derartiger Zweitphasen an der Oberfläche einer Elektrode findet bevorzugt Korrosion statt oder es wird eine Oxidschutzschicht der Elektrode durchbrochen.
Des weiteren erschweren diese Zweitphasen aus Nickel und Yttrium Herstellprozesse von Zündkerzenelektroden wie Drahtziehen, Fließpressen oder Schweißen. Darüber hinaus wirken die Zweitphasen als Kerben im Material und erhöhen somit eine Versagenwahrscheinlichkeit von Zündkerzenelektroden bei mechanischen Belastungen.
In Kombination zu Yttrium können einer Legierung auf Nickelbasis auch Hafnium und Zirkonium zulegiert werden, wobei das Zulegieren dieser Elemente zu niedrig legierten Nickelwerkstoffen eine Erhöhung der Funkenerosionsbeständigkeit bewirkt. Darüber hinaus können Hafnium und/oder Zirkonium auch alternativ zu Yttrium als Legierungsbestandteile der Legierung auf Nickelbasis zugegeben werden.
Eine Zugabe des Elementes Kobalt zu Legierungen auf Nickelbasis führt zu einer Verbesserung der Warmfestigkeit sowie zu einer Erhöhung der Kriechfestigkeit. Des weiteren ist eine Verbesserung einer Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit durch die Zugabe von Kobalt erreichbar, wobei der Anteil an Kobalt bis zu 5 Masse-% betragen kann.
Generell muß sich auf einer Zündkerzenelektrode eine dichte Oxidschicht ausbilden, damit ein wirksamer Oxidationsschutz erreicht wird. Dabei ist unter dem Begriff "dichte Oxidschicht" eine Oxidschicht zu verstehen, welche sich ohne Poren ausbildet. Zahlreiche Versuche haben ergeben, daß dies erst dann erreicht wird, wenn ein Legierungsanteil von Aluminium und Silizium größer als 7 Atom-% ist.
Darüber hinaus wird ein guter Korrosionsschutz dann erreicht, wenn die Diffusionskonstanten von Sauerstoff als Anion und Nickel in der Oxidschicht einer Zündkerzenelektrode sehr gering sind, da eine Oxidschicht, welche aus verschiedenen Kationen besteht, einer Diffusion von Kationen und Anionen stark entgegenwirkt.
Aus Fig. 1, in welcher mehrere Verläufe einer Masseänderung in Gramm je Quadratmeter über der Zeit t in Stunden bei einer Temperatur von 900°C verschiedener Legierungen auf Nickelbasis dargestellt sind, ist ersichtlich, daß ausgehend von einem Aluminium- und Siliziumanteil von jeweils 1 Masse-% ein steigender Anteil an Aluminium und Silizium bei gleichzeitiger Reduzierung eines Yttriumanteiles ausgehend von 0,25 Masse-% zu einer deutlichen Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit einer Legierung auf Nickelbasis führt.
Unter dem Begriff Masseänderung ist hier die Zunahme der Masse eines Werkstoffes zu verstehen, welcher durch eine Reaktion zwischen Sauerstoff und der Legierung auf Nickelbasis an der Oberfläche des Werkstoffes resultiert. Dabei kommt es aufgrund der Reaktion zu einer Ausbildung von Oxidationsschichten an der Oberfläche der Legierung auf Nickelbasis, die bei einer Masseerhöhung an der Oberfläche verbleibt. Eine Masseerniedrigung einer Legierung auf Nickelbasis resultiert aus dem Abplatzen dieser sich ausbildenden Oxidationsschichten bei zunehmenden Prozeßtemperaturen. Im Allgemeinen führt die Zugabe von Aluminium, Silizium und Yttrium in den vorgestellten Bereichen nach der Erfindung dazu, daß die sich an der Oberfläche der Legierung auf Nickelbasis ausbildenden Oxidschichten sehr dicht sind und eine Passivierungsschicht ausbilden, wobei die Diffusion von Sauerstoff in die Oxidschicht stark reduziert wird und eine Oxidationstiefe gering gehalten wird.
Dabei weist ein Verlauf 1, der eine Masseänderung eines Werkstoffes NiAl1Si1Y0,25 über der Zeit darstellt, einen starken, nicht erwünschten Anstieg auf. Der Verlauf 2 einer Legierung NiAl1Si1Y0,12 zeigt, daß die Reduzierung des Yttriumanteiles einer Legierung auf Nickelbasis von 0,25 Masse-% auf 0,12 Masse-% mit einer weiteren Reduzierung der Masseänderung einher geht. Der Verlauf 3 stellt eine Masseänderung einer Legierung NiAl1,8Si1Y0,1 über der Zeit dar. Aus dem Vergleich der Verläufe 2 und 3 ergibt sich, daß eine Erhöhung des Aluminiumgehaltes von 1 Masse-% auf 1,8 Masse-% zu einer Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit einer Nickellegierung führt, welche sich in einer Reduzierung der Masseänderung niederschlägt.
Der Verlauf 4 repräsentiert das Verhalten einer Legierung NiAl2Cr2Si2Mn0,2, welche zusätzlich zu Aluminium und Silizium auch Chrom und Mangan als Legierungsbestandteile aufweist. Diese Legierung weist zu Beginn ein ähnliches Verhalten wie die Legierung NiAl1Si1Y0,25 auf. Mit zunehmender Versuchsdauer ist der Verlauf 4 der Masseänderung ähnlich wie der Verlauf 3 der Legierung NiAl1,8Si1Y0,1.
Ein Verlauf 5, welcher die Masseänderung einer Legierung NiAl2,4Si1Y0,1 wiedergibt, zeigt im Vergleich zu den Verläufen 1,2 und 3, daß eine Erhöhung des Aluminiumgehaltes von 1 Masse-% auf 2,4 Masse-% bei gleichzeitiger Reduzierung des Yittriumgehaltes auf 0,1 Masse-% zu einer erheblichen Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit führt.
Aus einem Verlauf 6, der eine Masseänderung über der Zeit einer Legierung NiAl2,2Si2Y0,1 darstellt, ergibt sich, daß eine Erhöhung des Siliziumanteiles von 1 Masse-% gegenüber der Legierung NiAl2,4Si1Y0,1 des Verlaufes 5 auf 2,2 Masse-% und eine gleichzeitige Erniedrigung des Aluminiumsanteils von 2,4 Masse-% auf 2,2 Masse-% zu einer erheblichen Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit führt.
In Fig. 2 sind Verläufe einer Korrosionstiefe in Mikrometer über der Temperatur in Grad Celsius bei einer Versuchszeit von 200 Stunden für die in der Beschreibung in Fig. 1 genannten Legierungen dargestellt. Dabei sind die Verläufe der Legierungen für die Korrosionstiefe aus Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen wie die Verläufe in Fig. 1 versehen, wobei den Bezugszeichen in Fig. 2 zur besseren Unterscheidung jeweils der Buchstabe A angehängt ist. Eine Oxidationstiefe bzw. Korrosionstiefe stellt dabei vorliegend den Bereich einer Elektrode bzw. eines Werkstoffes dar, der von einer ursprünglichen, nicht angegriffenen Metalloberfläche eines Bauteiles bzw. einer Elektrode durch einen oxidierten Bereich in die Tiefe des Materials bis hin zu einer nicht oxidierten Metallstruktur führt.
Die Verläufe 1A bis 6A für die Korrosionstiefe aus Fig. 2 zeigen, daß eine Erhöhung der Legierungsanteile von Aluminium und Silizium einer Legierung auf Nickelbasis bei gleichzeitiger Erniedrigung des Anteiles an Yttrium zu einer deutlichen Reduzierung der Korrosionstiefe führt. Dabei ergibt sich aus dem Vergleich der Verläufe 1A bis 6A, daß die Legierung NiAl2,2Si2Y0,1 auch bei der Korrosionstiefe die beste Beständigkeit aufweist.
Umfangreiche Untersuchungen haben ergeben, daß eine besonders gute Oxidationsbeständigkeit dann erreicht wird, wenn ein Legierungsanteil von Aluminium an einer Legierung auf Nickelbasis zwischen 2 Masse-% bis 2,4 Masse-% ist, wobei ein Wert von 2,2 Masse-% besonders vorteilhaft ist.
Darüber hinaus ist zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit einer Legierung auf Nickelbasis gleichzeitig ein Siliziumanteil zwischen 1,8 Masse-% bis 2,2 Masse-% einzustellen. Zusätzlich wird eine besonders gute Oxidationsbeständigkeit einer Legierung auf Nickelbasis erreicht, wenn ein Yttriumanteil in einem Bereich von 0,05 Masse-% bis 0,1 Masse-% eingestellt wird.
Eine besonders gute Oxidationsbeständigkeit einer Nickellegierung ergibt sich bei einem Yttriumanteil von 0,06 Masse-%, einem Aluminiumanteil von 2,2 Masse-% und einem Siliziumanteil 2 Masse-%, wobei eine Funkenerosionsbeständigkeit im Vergleich zu Legierungen auf Nickelbasis, die höhere Yttriumanteile aufweisen, gleichbleibend gut ist.
Um eine gute Oxidationsbeständigkeit zu gewährleisten, sollte eine Summe aller Legierungsanteile der Legierungselemente einer Legierung auf Nickelbasis vorzugsweise 5 Masse-% nicht übersteigen.

Claims

1. Legierung auf Nickelbasis mit
1,8 Masse-% bis 2,2 Masse-% Silizium,
0,05 Masse-%-0,1 Masse-% Yttrium und/oder Hafnium und/oder Zirkonium,
2 Masse-%-2,4 Masse-% Aluminium und Rest Nickel.

2. Legierung auf Nickelbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,06 Masse-% Yttrium enthält.

3. Legierung auf Nickelbasis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kohlenstoffanteil kleiner als 0,05 Masse-% ist.

4. Legierung auf Nickelbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mangangehalt kleiner als 0,01 Masse-% ist.

5. Legierung auf Nickelbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwefelgehalt kleiner oder gleich 0,002 Masse-% ist.

6. Legierung auf Nickelbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kobaltanteil bis zu 5 Masse-% beträgt.

7. Legierung auf Nickelbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gesamtlegierungsanteil 5 Masse-% nicht übersteigt.

8. Verwendung einer Legierung auf Nickelbasis nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode für eine Brennkraftmaschine.