JP2017014583A

JP2017014583A - Heat-resistant iridium alloy

Info

Publication number: JP2017014583A
Application number: JP2015133672A
Authority: JP
Inventors: 俊介横田; Shunsuke Yokota; 今井　庸介; Yosuke Imai; 庸介今井; 土井　義規; Yoshinori Doi; 義規土井; 恭徳江川; Yasunori Egawa; 大助今; Daisuke Kon
Original assignee: Ishifuku Metal Industry Co Ltd
Current assignee: Ishifuku Metal Industry Co Ltd
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2017-01-19

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an iridium alloy having excellent oxidation resistance at a high temperature and also having excellent strength.SOLUTION: The present invention provides a heat-resistant Ir alloy comprising Rh of 10-27 mass%, Re of 5-30 mass%, Ni of 3 mass% or less, with the balance being Ir. The invention can provide an iridium alloy having excellent oxidation resistance at a high temperature and also having excellent strength.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、耐熱性イリジウム合金に関する。 The present invention relates to a heat resistant iridium alloy.

白金族元素であるＩｒは、融点が高く、酸化による消耗も少ないことから、高温強度、化学的安定性、耐酸化性とも優れた高温材料及び合金元素として、高温用るつぼ、耐熱器具、ガスタービン、スパークプラグ、高温用センサ、ジェットエンジンなどの広い分野で用いられている。一方でＩｒは、高温における耐酸化性が、他の高融点金属よりは優れるものの、十分でなく、これまでに合金設計による改善が多数試みられてきた。 Ir, a platinum group element, has a high melting point and little consumption due to oxidation. Therefore, as a high-temperature material and alloy element excellent in high-temperature strength, chemical stability, and oxidation resistance, a high-temperature crucible, heat-resistant appliance, gas turbine It is used in a wide range of fields such as spark plugs, high temperature sensors, and jet engines. On the other hand, Ir is superior in oxidation resistance at high temperatures to other refractory metals, but it is not sufficient, and many improvements have been attempted by alloy design so far.

特許文献１には、Ｒｈ又はＰｔを０．５〜４０％を含有するイリジウム二元合金製るつぼが開示されている。同文献によれば、これらの二元合金は、純Ｉｒ製と比較して外観上の変化や酸化が起こらないという。 Patent Document 1 discloses an iridium binary alloy crucible containing 0.5 to 40% of Rh or Pt. According to the document, these binary alloys are not changed in appearance or oxidized as compared with pure Ir.

特許文献２には、高温機器、ガスタービン、センサ、高融点材料溶解用るつぼ、耐熱器具など高温強度・耐酸化性が要求される耐熱材料に関するものとして、Ｉｒをベースとし、第二元素としてＲｈを０．１〜３０wt％の範囲内で添加し、更に第三元素としてＰｔ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏこれらいずれか一種を０．１〜２０wt％の固溶範囲内で添加し、この第三元素と前記第二元素との添加総量が０．２〜５０wt％の固溶範囲内であることを特徴とするイリジウム基合金が開示されている。同文献によれば、合金表面に安定被膜が形成されることにより耐酸化性が向上するとされている。 Patent Document 2 includes Ir as a base and Rh as a second element for heat-resistant materials that require high-temperature strength and oxidation resistance, such as high-temperature equipment, gas turbines, sensors, crucibles for melting high-melting-point materials, and heat-resistant appliances. Is added within the range of 0.1-30 wt%, and further, any one of Pt, Ru, Re, Cr, V, and Mo is added as the third element within the solid solution range of 0.1-20 wt%, An iridium-based alloy is disclosed in which the total addition amount of the third element and the second element is within a solid solution range of 0.2 to 50 wt%. According to the document, oxidation resistance is improved by forming a stable coating on the alloy surface.

特許文献３には、中心電極と接地電極との少なくとも一方に固着される発火部が、Ｉｒを主体としてＲｈを０．１〜３５重量％の範囲で含有し、さらにＲｕ及びＲｅの少なくともいずれかを合計で０．１〜１７重量％の範囲で含有する合金により構成されるスパークプラグが開示されている。かかる組成範囲で含有する合金で構成することで、高温でのＩｒ成分の酸化揮発による消耗が、Ｉｒ−Ｒｈ合金と比較してさらに効果的に抑制され、ひいてはより耐久性に優れたスパークプラグが実現されるとしている。 In Patent Document 3, the ignition portion fixed to at least one of the center electrode and the ground electrode contains Ir in the range of 0.1 to 35% by weight, and further includes at least one of Ru and Re. A spark plug made of an alloy containing a total amount of 0.1 to 17% by weight is disclosed. By comprising the alloy contained in such a composition range, consumption due to oxidation and volatilization of the Ir component at a high temperature is further effectively suppressed as compared with the Ir-Rh alloy, and as a result, a spark plug having higher durability can be obtained. It will be realized.

特許文献４には、中心電極に、貴金属チップを溶接された放電部が形成され、貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、１〜４質量％のＮｉとを含有する共に、Ｒｈが０．５〜４０質量％、ＲｕあるいはＲｅの少なくとも一方が１〜５質量％含有されているスパークプラグが開示されている。 In Patent Document 4, a discharge part in which a noble metal tip is welded to a center electrode is formed. The noble metal tip contains Ir as a main component and 1 to 4% by mass of Ni, and Rh is 0.00. A spark plug containing 5 to 40% by mass and at least one of Ru or Re of 1 to 5% by mass is disclosed.

特開２０００−２９０７３９号公報JP 2000-290739 A 特開平１０−２５９４３５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-259435 特開平１０−３２１３４２号公報JP-A-10-321342 特開２００２−３５９０５０号公報JP 2002-359050 A

以上の従来例では、従来のイリジウム合金の開発は、耐酸化性向上に着目してなされている。しかしながら、耐酸化特性を確保しつつさらに強度を高めることが望まれている。 In the above conventional examples, development of conventional iridium alloys has been made with a focus on improving oxidation resistance. However, it is desired to further increase the strength while ensuring oxidation resistance characteristics.

本発明の目的は、高温における耐酸化性に優れ、強度にも優れるイリジウム合金を提供することである。 An object of the present invention is to provide an iridium alloy having excellent oxidation resistance at high temperatures and excellent strength.

本発明は、Ｒｈを１０〜２７mass％、Ｒｅを５〜３０mass％、Ｎｉを３mass％以下、残部がＩｒからなる耐熱性Ｉｒ合金である。 The present invention is a heat-resistant Ir alloy in which Rh is 10 to 27 mass%, Re is 5 to 30 mass%, Ni is 3 mass% or less, and the balance is Ir.

Ｒｈの含有量が１０mass％を下回る場合には、合金の酸化消耗性が不十分である。一方、Ｒｈの含有量が２７mass％を超えると、合金の酸化消耗性は良いが、融点が低下し、硬さが小さくなる。 When the content of Rh is less than 10 mass%, the oxidative consumption of the alloy is insufficient. On the other hand, if the content of Rh exceeds 27 mass%, the oxidative wear of the alloy is good, but the melting point is lowered and the hardness is reduced.

Ｒｅの含有量が５mass％を下回ると合金の硬さが低く強度が不十分である。一方、Ｒｅの含有量が３０mass％を超えると合金の硬さは大きいが、耐酸化消耗性が損なわれる。 If the Re content is less than 5 mass%, the hardness of the alloy is low and the strength is insufficient. On the other hand, when the Re content exceeds 30 mass%, the hardness of the alloy is large, but the oxidation resistance is deteriorated.

Ｎｉ添加により硬さが大きくなる。Ｎｉ含有量が３mass％を超えると合金の硬さは大きいが、酸化消耗性が損なわれる。Ｎｉの含有量は、０．１mass％以上とするのが好ましい。さらに、０．５mass％以上とするのがより好ましい。また、Ｎｉ含有量の上限は、２．５mass％とするのが好ましい。 Hardness increases by adding Ni. If the Ni content exceeds 3 mass%, the hardness of the alloy is large, but the oxidation consumability is impaired. The Ni content is preferably 0.1 mass% or more. Furthermore, it is more preferable to set it as 0.5 mass% or more. Moreover, it is preferable that the upper limit of Ni content shall be 2.5 mass%.

本発明によれば、高温における耐酸化性に優れ、強度にも優れるイリジウム合金を提供することができる。 According to the present invention, an iridium alloy having excellent oxidation resistance at high temperatures and excellent strength can be provided.

本発明の具体的実施形態としては、例えば、Ｒｈを１０〜２７mass％、Ｒｅを５〜２０mass％、Ｎｉを３mass％以下、残部がＩｒからなる耐熱性Ｉｒ合金が挙げられる。Ｒｅの含有量は、１０〜２０mass％とするのが好ましい。 As a specific embodiment of the present invention, for example, a heat-resistant Ir alloy having Rh of 10 to 27 mass%, Re of 5 to 20 mass%, Ni of 3 mass% or less, and the balance of Ir is cited. The content of Re is preferably 10 to 20 mass%.

また、別の実施形態としては、例えば、Ｒｈを１０〜２７mass％、Ｒｅを２０〜３０mass％、残部がＩｒからなる耐熱性Ｉｒ合金が挙げられる。この場合、耐熱性Ｉｒ合金は、Ｎｉを３mass％以下含有してもよい。 Further, as another embodiment, for example, a heat-resistant Ir alloy having Rh of 10 to 27 mass%, Re of 20 to 30 mass%, and the balance of Ir is cited. In this case, the heat resistant Ir alloy may contain 3 mass% or less of Ni.

本発明の実施例について説明する。実施例及び比較例の合金の組成及び試験結果を表１に示す。
まず、各原料粉末（Ｉｒ粉末、Ｒｈ粉末、Ｎｉ粉末、Ｒｅ粉末、Ｃｏ粉末）を所定の割合で混合し、試験片の原料粉末を作製した。次いで、得られた原料粉末を一軸加圧成形機を用いて成形し圧粉体を得た。得られた圧粉体をアーク溶解法により溶解し、インゴットを作製した。次いで、作製したインゴットに対して、放電加工によってインゴットから所定の大きさ（直径：０．６ｍｍ、軸方向長さ：１．０ｍｍ）の円柱形状のチップを切り出し、試験片とした。 Examples of the present invention will be described. Table 1 shows the compositions and test results of the alloys of Examples and Comparative Examples.
First, each raw material powder (Ir powder, Rh powder, Ni powder, Re powder, Co powder) was mixed at a predetermined ratio to prepare a raw material powder of a test piece. Subsequently, the obtained raw material powder was molded using a uniaxial pressure molding machine to obtain a green compact. The obtained green compact was melted by an arc melting method to produce an ingot. Next, a cylindrical chip having a predetermined size (diameter: 0.6 mm, axial length: 1.0 mm) was cut out of the ingot from the ingot by electric discharge machining to obtain a test piece.

硬さは、上記で作製した試験片の断面を研磨にて鏡面に仕上げ、マイクロビッカース硬さ試験機にて、荷重２００ｇｆ、１０秒の条件で測定した。 The hardness was measured by polishing the cross section of the test piece prepared above into a mirror surface by polishing and using a micro Vickers hardness tester under a load of 200 gf for 10 seconds.

酸化消耗性の評価は、切り出した各試験片を用いて高温酸化試験により行った。高温酸化試験は、電気炉内に試験片をセットし、大気中、１２００℃の条件で２０時間保持した。酸化消耗性は、前記高温酸化試験における質量減少と定義した。質量減少ΔＭ（ｍｇ／ｍｍ^２）は、試験片の試験前の質量をＭ０（ｍｇ）、試験後の質量をＭ１（ｍｇ）、試験片の試験前の表面積をＳ（ｍｍ^２）とし、ΔＭ＝（Ｍ１−Ｍ０）／Ｓの式から求めた。また、試験片の表面積Ｓ（ｍｍ^２）は、試験片の寸法から算出した。 The evaluation of oxidation consumability was performed by a high temperature oxidation test using each cut out test piece. In the high-temperature oxidation test, a test piece was set in an electric furnace and held in the atmosphere at 1200 ° C. for 20 hours. Oxidation depletion was defined as mass loss in the high temperature oxidation test. The mass decrease ΔM (mg / mm ² ) is defined as M0 (mg) before the test of the test piece, M1 (mg) after the test, and S (mm ² ) as the surface area of the test piece before the test. = (M1-M0) / S. Moreover, the surface area S (mm < ² >) of the test piece was computed from the dimension of the test piece.

酸化消耗性の評価は、質量減少の値が「−０．１５以上」の場合、酸化消耗性が良好である（○）とした（酸化消耗量が少ない）。質量減少の値が「−０．１５未満」の場合、酸化消耗性が悪い（×）とした（酸化消耗量が多い）。 In the evaluation of oxidation depletion, when the mass reduction value is “−0.15 or more”, the oxidation depletion is good (◯) (the amount of oxidation depletion is small). When the value of mass reduction was “less than −0.15”, the oxidation consumption was poor (x) (the oxidation consumption was large).

以上の結果から、実施例の試験片は、酸化消耗性が−０．１５以上を示したことから優れた耐酸化を有し強度も優れていることがわかった。 From the above results, it was found that the test pieces of the examples had excellent oxidation resistance and excellent strength because the oxidation wear resistance was -0.15 or more.

実施例８のＮｉをＣｏに置換した比較例１０は、酸化消耗性が劣っており、Ｎｉを含有する効果が確認された。 Comparative Example 10 in which Ni in Example 8 was replaced with Co was inferior in oxidation consumability, and the effect of containing Ni was confirmed.

Claims

A heat-resistant Ir alloy in which Rh is 10 to 27 mass%, Re is 5 to 30 mass%, Ni is 3 mass% or less, and the balance is Ir.