JP2020193370A

JP2020193370A - 高強度Ｐｔ合金

Info

Publication number: JP2020193370A
Application number: JP2019099825A
Authority: JP
Inventors: 俊介横田; Shunsuke Yokota; 篤央松澤; Atsuhisa Matsuzawa
Original assignee: Ishifuku Metal Industry Co Ltd
Current assignee: Ishifuku Metal Industry Co Ltd
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2020-12-03

Abstract

【課題】高温における耐酸化消耗性を確保しつつ、高温強度に優れるＰｔ合金を提供する。【解決手段】Ｐｔ合金であって、Ｓｃを０．０１〜３ｍａｓｓ％と、Ｒｈを３〜３０ｍａｓｓ％含み、残部がＰｔである、ことを特徴とするＰｔ合金。【選択図】なし

Description

本発明は、高強度Ｐｔ合金に関する。

耐熱材料に使用されるＰｔは、純Ｐｔ、Ｐｔ合金等の形態で、高融点材料溶解坩堝や高温用器具等の構造材料、熱電対やヒーター線、温度センサー、スパークプラグ用電極等の電気材料として工業的に幅広く使用されている。ＰｔにＲｈを添加したＰｔＲｈ合金は、合金化によって純白金に比べ融点が高くなり、常用温度が高くでき、また酸化消耗に強いという特徴を有する。

特許文献１には、Ｗを０．５〜５．０ｍａｓｓ％、Ｒｈを１．０〜２０．０ｍａｓｓ％、残部をＰｔとする電極材料であり、従来のＰｔＲｈ合金に比べて１０００℃以上の熱処理を行った後の常温における引張強さが高くなることが記載されている。特許文献２には、酸化物分散型ＰｔＲｈ合金であって、ＺｒおよびＳｃの酸化物が添加された合金が開示されている。特許文献３には、酸化物分散型ＰｔＲｈ熱電対であって、Ｚｒ、ＳｃおよびＣｅの酸化物が添加された合金が開示されている。

特開昭５３−５１１２４ＣＮ１０８１４９０５５（Ａ）ＣＮ１０６１１１７２５（Ａ）

耐熱材料として用いられるＰｔＲｈ合金は、高温における良好な耐酸化消耗性を維持しつつ、高温強度をさらに高めることが求められている。特許文献１において、Ｐｔ-１３重量％Ｒｈ合金にＷを１〜３重量％添加した合金は、Ｐｔ-１３Ｒｈ合金に比べて常温での引張強度が１．２倍〜１．４倍高い。一方、酸化物分散強化型合金は、原材料粉末に厳しい品質管理が求められる、端材などをリターン材として使用できない、延性が低く塑性加工が困難などの課題がある。

そこで、本発明の目的は、ＰｔＲｈ合金の高温における耐酸化消耗性を維持しつつ、高温強度に優れるＰｔ合金を提供することである。

本発明者らは、アーク溶解法によりＰｔ-Ｒｈ合金に第三元素を添加した固溶強化型合金を検討した。耐酸化消耗性を維持しながらより高温強度を増加させる添加元素を検討した結果、Ｓｃを添加元素として選定すると高温強度が顕著に増加することを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、
Ｓｃを０．０１〜３ｍａｓｓ％、
Ｒｈを３〜３０ｍａｓｓ％以下含み、
残部がＰｔである、
ことを特徴とするＰｔ合金である。

本発明によれば、高温における耐酸化消耗性を確保しつつ、高温強度に優れたＰｔ合金を提供することができる。

本発明は、Ｓｃを０．０１〜３ｍａｓｓ％、Ｒｈを３〜３０ｍａｓｓ％含み、残部がＰｔである、ことを特徴とするＰｔ合金である。

Ｓｃを０．０１〜３ｍａｓｓ％含有するＰｔＲｈ合金は、Ｓｃの固溶により高温強度が著しく改善される。例えば、Ｐｔ−１０ｍａｓｓ％Ｒｈ−１ｍａｓｓ％Ｓｃの１４００℃での高温強度（６１ＭＰａ）は、Ｐｔ−１０ｍａｓｓ％Ｒｈの１４００℃での高温強度（３０ＭＰａ）の２倍に増加する。また、Ｐｔ−２０ｍａｓｓ％Ｒｈ−１．５ｍａｓｓ％Ｓｃの１４００℃での高温強度（１５６ＭＰａ）は、Ｐｔ−２０ｍａｓｓ％Ｒｈの１４００℃での高温強度（５９ＭＰａ）の２．６倍に増加する。

ＳｃはＰｔに固溶するため固溶強化型合金を形成する。さらにＰｔとＳｃの原子半径の差は例えば他の固溶元素よりも大きいため，固溶強化の程度が顕著に発現する。そのためＰｔＲｈＳｃ合金では高温強度が顕著に増加すると考えられる。

Ｓｃを０．０１〜３ｍａｓｓ％含有するＰｔＲｈ合金は、ＸＲＤにより単相の固溶体であることを確認した。

Ｓｃの含有量が０．０１ｍａｓｓ％を下回る場合には、Ｓｃの固溶が少なく強度が不十分である。一方、Ｓｃの含有量が３ｍａｓｓ％を超える場合には、塑性変形能が低下して加工が困難になる。Ｓｃの含有量は０．０５ｍａｓｓ％以上が好ましい。Ｓｃの含有量は０．１ｍａｓｓ％以上がより好ましい。また、Ｓｃの含有量は２．５ｍａｓｓ％以下が好ましい。Ｓｃの含有量は２ｍａｓｓ％以下がより好ましい。

Ｒｈの含有量が３ｍａｓｓ％を下回る場合には、合金の高温強度が低下する。一方、Ｒｈの含有量が３０ｍａｓｓ％を超える場合には、加工性が低下する。Ｒｈの含有量は４ｍａｓｓ％以上が好ましい。Ｒｈの含有量は５ｍａｓｓ％以上がより好ましい。

上記の各合金は、酸化物や金属間化合物などの第２相を持たない固溶体であるため展延性が良好で、公知の温間加工又は熱間加工により、いろいろな形状・寸法に塑性加工することができ、機械加工及び溶接も容易である。

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を表１に、試験結果を表２に示す。
まず、各原料粉末（Ｐｔ粉末、Ｒｈ粉末、Ｓｃ粉末）を所定の割合で混合し、混合粉末を作製した。次いで、得られた混合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を１５００℃以上で熱間鍛造し，１０００℃〜１４００℃で熱間圧延することでｔ１．０ｍｍの板材を得た。

耐酸化消耗性の評価は、ｔ１．０ｍｍの板材を１０×１０ｍｍ角に切り出した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、１０００℃の条件で２０時間保持した。耐酸化消耗性は、前記高温酸化試験における質量変化と定義した。質量変化ΔＭ（ｍｇ／ｍｍ^２）は、試験片の試験前の質量をＭ_０（ｍｇ）、試験後の質量をＭ_１（ｍｇ）、試験片の試験前の表面積をＳ（ｍｍ^２）とし、ΔＭ＝（Ｍ_１−Ｍ_０）／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。ΔＭが０に近いほど耐酸化消耗性が高いと言える。

高温強度は高温での引張試験によって引張強さを求めた。試験片は、板材からワイヤ放電加工により平行部が□（１．０×０．５ｍｍ）×Ｌ３ｍｍとなるよう切り出した。引張試験の条件は、温度１４００℃、大気中、クロスヘッド速度５ｍｍ／ｍｉｎとした。

表２に示すように、１０００℃においてＰｔ−２０ｍａｓｓ％Ｒｈ合金の耐酸化消耗性が０．０００ｍｇ/ｍｍ^２であるのに対し、Ｐｔ−２０Ｒｈ−（０．２〜１．５）ｍａｓｓ％Ｓｃ合金の耐酸化消耗性は−０．００１〜＋０．００１ｍｇ/ｍｍ^２となり、Ｓｃの添加前後で耐酸化消耗性はほぼ同等となった。

また、Ｐｔ−１０ｍａｓｓ％Ｒｈ−１ｍａｓｓ％Ｓｃの１４００℃での高温強度（６１ＭＰａ）は、Ｐｔ−１０ｍａｓｓ％Ｒｈの１４００℃での高温強度（３０ＭＰａ）の２倍に増加した。また、Ｐｔ−２０ｍａｓｓ％Ｒｈ−１．５ｍａｓｓ％Ｓｃの１４００℃での高温強度（１５６ＭＰａ）は、Ｐｔ−２０ｍａｓｓ％Ｒｈの１４００℃での高温強度（５９ＭＰａ）の２．６倍に増加した。

このように、実施例の合金は高温強度が高く、かつ、耐酸化性が良好であり、耐熱材料として特に好ましい特性を有することが確認された。

また、実施例の合金はｔ１．０ｍｍという板材にまで塑性加工ができ、さまざまな形状の製品が容易に得られることが示唆された。

Claims

Ｓｃを０．０１〜３ｍａｓｓ％、
Ｒｈを３〜３０ｍａｓｓ％含み、
残部がＰｔである、
ことを特徴とするＰｔ合金。