DE2836735A1 - Nickellegierung und deren verwendung - Google Patents

Nickellegierung und deren verwendung

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DE2836735A1 DE19782836735 DE2836735A DE2836735A1 DE 2836735 A1 DE2836735 A1 DE 2836735A1 DE 19782836735 DE19782836735 DE 19782836735 DE 2836735 A DE2836735 A DE 2836735A DE 2836735 A1 DE2836735 A1 DE 2836735A1
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001Glowing plugs for internal-combustion engines

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Description

NICKELLEGIERUNG UND DEREN UERLJEiMDUlNJG
Die Erfindung betrifft eine Nickellegierung, die für das Heizelement eines Glühkörpera bzui. einer Glühkerze brauchbar ist, die in einen Verbrennungsmotor eingesetzt wird, z.B. einen Dieselmotor.
In den letzten Jahren let die Zahl der Kraftfahrzeuge mit Dieselmotoren angestiegen. Dieselmotorsiueisen jedoch den Nachteil auf, da3 bei kaltem Motor eine längere Zeit zum Starten erforderlich ist, die man abkürzen mächte. Zu diesem Zweck muß eine Glühkerze zum raschen Aufheizen verwendet werden, deren Temperatur dadurch erhöht wird, daG man einen starken elektrischen Strom durch das Heizelement leitet. Dafür ist folgendes erforderlich:
(a) Eine derartige Glühkerze zum raschen Aufheizen muß einen großen positiven Koeffizienten der elektrischen Uiderstandstemperatur besitzen, um die Dauer des Temperaturanstiegs abzukürzen und ein Zerspringen (physikalisch) durch Schmelzen infolge der starken Wärme zu verhindern;
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(ti)" diese Eigenschaften müssen lange beibehalten werden, wobei die Vergröberung der Kristallkörner bei den hohen Temperaturen und ihr Hochtemperaturabbau durch Expansion und Schrumpfung infolge Aufheizen und Abkühlen minimal sein müssen. FOr die Forderung (a) muß das Heizelement der Glühkerze einen elektrischen Ldlderstandsuert bei 8DQ bis 1DDQ 0C (d.h, im praktischen Temperaturbereich der Heizelemente) besitzen, der mindestens dreimal größer als bei etuia 20 °C ist. !denn ein reines Metall, z.H. reines Micke! (dieses Nickel(denoting nickel) enthält im allgemeinen adeniger als 0,5 Gewichtsprozent Mangan, Silizium und Mobalt und weniger als 0,1 Gewichtsprozent Verunreinigungen), als Heizelement verwendet wird, werden die Mristallkärner des Wickels bei hohen Temperaturen größer, so daß sin Abbau des Nickels eintritt. Ferner ist ein derartiges reines Metall oxidationsanfällig und nicht beständig. Auch wird die Festigkeit eines derartigen reinen Metalls bei hohen Temperaturen beeinträchtigt,, wobei es zu einem Bruch kommen kann. Demgemäß kann ein derartiges Heizelement nicht die vorstehend anqegebene Forderung <b) erfüllen, !denn ein aktiver Zusatz, wie Chrom, mit reinem Wickel unter Bildung einer festen Läsung gemischt wird, kann die Beständigkeit des Metalls beibehalten werden, jedoch liegt das Verhältnis des elektrischen Uliderstands bei hohen Temperaturen gegenüber dem Wert bei Raumtemperatur unter 3, so daß ein rasches Aufheizen nicht möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nickellegierung für Heizelemente für Glühkerzen vorzusehen, die die vorstehend bEschrisbcnen Wachteile nicht aufweist, einen großen positiven Temperaturkaeffizienten des elektrischen Widerstands beibehält (temperature electrical resistance coefficient bzw. coefficient of electrical resistance-temperature), •wobei die Uergröberung der iKristallkörner bei hohen Temperaturen und der Abbau bei hohen Temperaturen verhindert werden können und wobei die Nickellegierung ausreichende mechanische Festigkeit besitzt.
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Ea wurde nun festgestellt, da0 man ein Heizelement, das beide Forderungen (a) und (b) erfüllt, dadurch erhalten kann, daß man zu reinem Nickel 2 Gewichtsprozent oder weniger eines metallischen Elements zugibt, das mit Nickel keine feste Lösung bildet.
Die Erfindung betrifft also eine Ni-Legierung für Heizelemente für Glühkerzen. die aus reinem Nickel und 0,05 bis 2,0 Gewichtsprozent eines Metalls, wie Yttrium, Zirkon oder Ruthenium, das keine feste Lösung mit Nickel bildet, besteht oder diese Komponenten enthält.
Eb zeigen:
Figur 1 eine Mikrofotografie eines Querschnitts der Probe 1 des nachstehenden Beispiels;
Figur 2 eine Mikrofotografie des Querschnitts der Proba 2 des nachstehenden Beispiels und
Figur 3 eine Mikrofotografie des Querschnitts der Probe 3 des nachstehenden Beispiels.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß man aine geeignete Menge von Kri9tallkörnsrn eines metallischen Elements, des keine feste Lösung mit Nickel bildet, in den Zwischenräumen zwischen den Kristallkörnern von reinem Nickel dispergiert; dadurch kann das Wachstum der Größe bzw. die Vergröberung der Kristallkörner des reinen Nickels bei hohen Temperaturen von ζ οB9 etwa 1000 0C verhindert werden, ohne daß der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands von reinem Nickel wesentlich beeinträchtigt wird; das führt zu einer
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Erhöhung der Festigkeit des reinen Nickels bei hohen Temperaturen, so daß es in vorteilhafter Weise zu keinem physikalischen Bruch bzw. Zerspringen des Heizelements kommt.
Die vorliegende Erfindung sieht also eins Nickellegierung mit insbesondere 99,95 bis 9B,0 Gewichtsprozent Nickel und D,G5 bis 2 Gewichtsprozent eines zusätzlichen Metalls vor, das keine feste Lösung mit dem Nickel bilden kann.
Beispiele für geeignete zusätzliche Metalle, die verwendet werden können, sind Yttrium, Zirkon, Ruthenium, Mischmetall (ein legierender Zusatz mit einem Gehalt an 40 bis 50 Gewichtsprozent Cer und 2D bis kO Gewichtsprozent Lanthan, Rest z.B. Neodym) und Seltenerden, wie Lanthan, Der, Praseodym und Neodym. Diese zusätzlichen Metalle können entweder allein oder in Kombination verwendet werden. Die Menge des zusätzlichen Metalls liegt im Bereich von 0,G5 bis 2,G Gewichtsprozent. Wenn die Menge des zusätzlichen Metalls kleiner als 0,05 Gewichtsprozent ist, kann die Vergröberung der Kristallkörner der Nickellegierung nicht verhindert werden, wobei ein Zerspringen eintreten kann. Wenn andererseits die Menge des zusätzlichen Metalls mehr als 2,Q Gewichtsprozent beträgt, tritt eine intergranulare bzw. Zwischenkomausfällung bei hohen Temperaturen von z.B. etwa 100Q 0C ein, wobei der Abbau beschleunigt werden kann. Ferner wird die Nickellegierung zu hart, und die Metalllegierung ist schwer zu verarbeiten. Schließlich fällt der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands der Nickellegierung klein aus; sie kann nicht als Heizelement für Glühkerzen verwendet werden.
Da das zusätzliche Metall, das zwischen den Kristallkörnern des Nickels dispergiert ist, eine Zunahme der Nickelkristallkorngröße verhindert, können sich die Kristallkörner nicht wesentlich vergröbern, wobei eine Herabsetzung des Bruchpunktes bzw. der Fließgrenze der Nickellegierung verhindert wird. Dadurch können ein Abbau und eine Oxidation des Heizelements verhindert werden.
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Bevorzugte zusätzliche Metalle sind Yttrium, Zirkon und Ruthenium. Wachstehend wird die Erfindung durch ein Beispiel näher erläutert.
BEISPIEL
Es tjurden Nickellegierungen mit den Zusammensetzungen 1 bis 5 der folgenden Tabelle I durch Vakuumschmelzen in einem Vakuum von 10" mm Hg bei einer Temperatur von etua 1500 0C hergestellt. Jede Legierung uiurde zu einem runden Draht mit einem Durchmesser von 0,2 mm verarbeitet. Der spezifische elektrische Widerstand bei 15 und 800 0C dieser runden Drähte ist in Tabelle II uiedergegeben. Die Proben 1, 2 und 5 wurden jeweils bei 1100 0C 10 h lang in Luft erhitzt; es wurden Mikrofotografien der Querschnittsstrukturen dieser Proben bei einer Vergrößerung von gemacht. Die Mikrofotografien sind in den Figuren 1, 2 und 3 wiedergegeben.
TABELLE I
Metall Zusammensetzung
Zusatz Y:O,if Zr: 1,0 Ru: 20 MiBchmetall reines Ni
: 0,2
Nickel Rest Rest Rest Rest
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TABELLE II
Koeffizient des elektrischen Widerstands bei angegebener Temperatur
15 0C
BOQ 0C
Probe
B,5D 8,63 8,37 8,31 38,6 35,1 40,5 i»1,6
in
ti l
cm
Aus den Ergebnissen der Tabelle II ergibt sich, daß der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands der Nickellegierung im Beispiel kaum beeinflußt uurde; nach den Figuren 1, 2 und 3 mar die Vergröberung der Kristallkörner merklich kleiner als bei reinem Nickel. So uurden eine Verminderung des Bruchpunkts als auch ein Abbau und eine Oxidation verhindert.
Durch Zugeben von 0,05 bis 2,0 Gewichtsprozent eines metallischen Elements, das keine feste Lösung mit Nickel bilden kann, zu reinem Nickel, können also eine Vergröberung der Kristallkörner und ein Abbau bei hoher Temperatur verhindert werden, ohne daß der hohe positive Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands beeinflußt wird. Da die Nickellegierung eine höhere mechanische Festigkeit als reines Nickel besitzt, kann die Legierung zu einer Spirale mit gewünschtem Steigungsmaß (pitch) verarbeitet werden; die Legierung ist daher für Heizelemente für Glühkerzen sehr geeignet.
Die Offenbarung umfaßt auch den parallelen englischen Text.
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Leerseite

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE
1. Nickellegierung, gekennzeichnet durch 0,05 bis 2,0 Gewichtsprozent eines zusätzlichen Metalls, das keine feste Lösung mit Nickel bilden kann, Rest Nickel.
2. Nickellegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Yttrium, Zirkon, Ruthenium und/oder deren Mischungen als zusätzliches Metall.
3. Verwendung der Nickellegierung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche für Heizelemente für Blühkerzen.
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DE2836735A 1977-08-27 1978-08-22 Verwendung einer Nickellegierung Expired DE2836735C3 (de)

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DE2836735B2 DE2836735B2 (de) 1980-09-11
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