JP6604869B2 - Platinum palladium rhodium alloy - Google Patents
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Description
本発明は、主に高温で用いられる白金パラジウムロジウム合金に関する。 The present invention relates to a platinum palladium rhodium alloy mainly used at high temperatures.
白金ロジウム合金は、加工性、溶接性、耐熱性及び耐食性に優れた材料として知られている。同様の優位点をもつ純白金に比べ室温から高温まで高強度であり、白金イリジウム合金に比べイリジウムの酸化揮発による消耗がないことから、耐熱合金、化学器具、導電材料、放電電極材料、接点材料などとして幅広い分野で用いられている。 Platinum rhodium alloy is known as a material excellent in workability, weldability, heat resistance and corrosion resistance. High strength from room temperature to high temperature compared to pure platinum, which has similar advantages, and less consumption due to oxidation and volatilization of iridium compared to platinum iridium alloy, heat-resistant alloy, chemical instrument, conductive material, discharge electrode material, contact material It is used in a wide range of fields.
次に例示する公知文献は、従来の白金ロジウム合金の耐熱用途例である。 The following publicly known documents are examples of heat-resistant applications of conventional platinum rhodium alloys.
特許文献1には、ガラス繊維製造ノズル及びブッシングの構成材料としてPt、Rhからなる白金合金が開示されている。 Patent Document 1 discloses a platinum alloy composed of Pt and Rh as a constituent material of a glass fiber manufacturing nozzle and bushing.
特許文献2には、ガラスセラミック材料製造装置に白金ロジウム合金が適する旨開示されている。これらの例のように白金ロジウム合金は、耐酸化性が高い高温部材として用いられている。 Patent Document 2 discloses that a platinum rhodium alloy is suitable for a glass ceramic material manufacturing apparatus. As in these examples, the platinum rhodium alloy is used as a high temperature member having high oxidation resistance.
特許文献3には、1000℃耐熱の温度センサ素子に組み込まれた2元系の白金ロジウム合金線が開示され、Rh含有量は10〜20mass%が望ましいとされている。 Patent Document 3 discloses a binary platinum rhodium alloy wire incorporated in a temperature sensor element having a heat resistance of 1000 ° C., and the Rh content is preferably 10 to 20 mass%.
特許文献4には、高温にて使用する温度センサの電極線として、Rh又はRhを5〜15mass%含有する白金合金が適することが開示されている。 Patent Document 4 discloses that a platinum alloy containing 5 to 15 mass% of Rh or Rh is suitable as an electrode wire of a temperature sensor used at a high temperature.
これらの例のように白金ロジウム合金は、耐熱性及び高温強度の要求される導電材料としても好適に用いられている。 As in these examples, platinum rhodium alloys are also suitably used as conductive materials that require heat resistance and high temperature strength.
耐熱材料は、高融点、高強度、高耐食性などが当然に求められ、長期間安定して使用できることが望ましい。 The heat-resistant material is naturally required to have a high melting point, high strength, high corrosion resistance, and the like, and it is desirable that the heat-resistant material can be used stably for a long period of time.
しかしながら、従来の白金ロジウム合金は、高温で長期間使用すると、不可避的に粒成長が起こり、結晶粒が粗大化し、粒界破断を引き起こすことがある。例えば、2元系の白金ロジウム合金は、600℃以上で再結晶し、1000℃以上の高温中に数時間保持しただけで結晶粒径が100μmを超えるまで粗大化する組成もある。こうした白金ロジウム合金は、初期性能は高くても時間経過とともに粒界が滑るなどして破壊する確率が増すため、長期間安定して使用するには信頼性が不十分であった。 However, when a conventional platinum rhodium alloy is used at a high temperature for a long period of time, grain growth inevitably occurs, the crystal grains become coarse, and grain boundary fracture may occur. For example, there is a composition in which a binary platinum rhodium alloy is recrystallized at 600 ° C. or higher and is coarsened until the crystal grain size exceeds 100 μm only by holding it at a high temperature of 1000 ° C. or higher for several hours. Such a platinum rhodium alloy has insufficient reliability for stable use for a long period of time because the probability of breaking due to slipping of the grain boundary increases with time even though the initial performance is high.
また、Pt、Rh(特にRh)は生産量が少なく産出国は偏在していること、Pt、Rhの需要の大部分が工業用需要であること、により高価格で価格変動が大きく調達に課題を有している。 Also, Pt and Rh (especially Rh) are low in production volume and the country of origin is unevenly distributed, and most of the demand for Pt and Rh is for industrial use. have.
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑み、高温で長時間使用しても結晶粒が粗大化することなく強度を維持することができる白金パラジウムロジウム合金を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a platinum palladium rhodium alloy capable of maintaining strength without coarsening crystal grains even when used at a high temperature for a long time. To do.
第1の発明は、Ca、Sr、Baの何れか1種以上からなるアルカリ土類金属元素を合計で0.1〜1.2mol%、Pdを0.1〜43mol%、Rhを1〜43mol%含み、残部Pt及び不可避不純物からなる合金であって、主としてPt、Pd及び前記アルカリ土類金属から構成される第2相の析出粒子が母相に分散していることを特徴とする白金パラジウムロジウム合金である。上記成分のほかに、原料、又は溶解るつぼを含む加工工程から混入する、意図しない不可避不純物を含んでもよい。 In the first invention, a total of 0.1 to 1.2 mol% of alkaline earth metal elements composed of at least one of Ca, Sr, and Ba, 0.1 to 43 mol% of Pd, and 1 to 43 mol of Rh Platinum palladium, characterized in that the second phase precipitated particles mainly composed of Pt, Pd and the alkaline earth metal are dispersed in the parent phase. Rhodium alloy. In addition to the above components, unintended inevitable impurities mixed from raw materials or processing steps including melting crucibles may be included.
第2の発明は、第1の発明に関し、600℃以上で使用することを特徴とする。ここで、該白金ロジウム合金の使用の形態に制約はなく、線、板、条、管など任意形態としてよく、例えば、るつぼ材料、ヒータ線、センサのリード線、スパークプラグの放電電極などである。 The second invention relates to the first invention, and is characterized by being used at 600 ° C. or higher. Here, the use form of the platinum rhodium alloy is not limited, and may be any form such as a wire, a plate, a strip, and a tube, such as a crucible material, a heater wire, a sensor lead wire, and a spark plug discharge electrode. .
本発明によれば、第2相の析出粒子が存在するため、粒界の移動が制約され、その結果として、高温で長時間使用しても結晶粒が粗大化することのない白金パラジウムロジウム合金とすることができる。したがって、高温で、より長期間使用可能な白金パラジウムロジウム合金を提供することができる。さらに、析出強化の作用によって強度が向上し、粒径が微細なため破断伸びが大きい利点も得られる。 According to the present invention, since the second phase precipitated particles are present, the movement of the grain boundary is restricted, and as a result, the platinum palladium rhodium alloy in which the crystal grains are not coarsened even when used at a high temperature for a long time. It can be. Therefore, it is possible to provide a platinum palladium rhodium alloy that can be used at a high temperature for a longer period of time. Further, the strength is improved by the effect of precipitation strengthening, and the advantage that the elongation at break is large because the particle size is fine is also obtained.
アルカリ土類金属は、ほとんど全量が第2相の析出粒子として存在し、母相部分はほぼPtPdRh合金となっている。そのため、電気伝導性や熱伝導性は、従来の白金ロジウム合金と同等で損なわれることがなく、特に高温用導電材料として好適である。また、第2相の析出粒子と母相との共晶点が母相のPtPdRh合金より低いため溶接も容易である。 Almost all of the alkaline earth metal is present as second-phase precipitated particles, and the parent phase portion is substantially a PtPdRh alloy. Therefore, electrical conductivity and thermal conductivity are equivalent to conventional platinum rhodium alloys and are not impaired, and are particularly suitable as high-temperature conductive materials. Further, since the eutectic point between the second phase precipitated particles and the parent phase is lower than that of the parent phase PtPdRh alloy, welding is also easy.
さらに、本発明によれば、Ptの一部をPdに置換するとともに少量のアルカリ土類金属を添加することでRhの耐酸化性、高融点特性を維持し、白金ロジウム合金よりもさらに高強度であり、かつ高温長時間使用可能な合金を得ることが可能となる。また、相対的にPt、Rhの使用量を押さえることができ材料を安価に製造することが可能となる。 Furthermore, according to the present invention, by replacing a part of Pt with Pd and adding a small amount of alkaline earth metal, the oxidation resistance and high melting point characteristics of Rh are maintained, and the strength is higher than that of the platinum rhodium alloy. It is possible to obtain an alloy that can be used at a high temperature for a long time. In addition, the amount of Pt and Rh used can be relatively suppressed, and the material can be manufactured at a low cost.
本発明は、従来の白金ロジウム合金が用いられるあらゆる分野に適用でき、特に耐熱材料とすれば効果が大きく、るつぼ、ヒータ線、センサのリード線、スパークプラグの放電電極などに適用すれば、耐久性が向上し、歩留り、信頼性、寿命の向上をもたらす。その結果として、従来寸法より薄肉化や細径化が可能になり、コスト低減及び貴金属資源の節約が期待される。 The present invention can be applied to all fields where conventional platinum rhodium alloys are used, and is particularly effective when used as a heat-resistant material, and durable when applied to crucibles, heater wires, sensor lead wires, spark plug discharge electrodes, etc. Improves yield, yield, reliability, and lifetime. As a result, it is possible to reduce the thickness and diameter of the conventional dimensions, and it is expected to reduce costs and save precious metal resources.
(第1の発明)
第1の発明は、Ca、Sr、Baの何れか1種以上からなるアルカリ土類金属元素を合計で0.1〜1.2mol%、Pdを0.1〜43mol%、Rhを1〜43mol%含み、残部Pt及び不可避不純物からなる合金であって、主としてPt、Pd及び前記アルカリ土類金属から構成される第2相の析出粒子が母相に分散していることを特徴とする白金パラジウムロジウム合金である。
(First invention)
In the first invention, a total of 0.1 to 1.2 mol% of alkaline earth metal elements composed of at least one of Ca, Sr, and Ba, 0.1 to 43 mol% of Pd, and 1 to 43 mol of Rh Platinum palladium, characterized in that the second phase precipitated particles mainly composed of Pt, Pd and the alkaline earth metal are dispersed in the parent phase. Rhodium alloy.
ここで、アルカリ土類金属の含有量が、上記範囲を下回る場合には、第2相の析出が不十分なため、過度な粒成長を抑制できず、又、上記範囲を上回る場合には、第2相が過度に析出するため、耐酸化性及び靱性を悪化させ、かつ、加工時に割れやすくなる。 Here, when the content of the alkaline earth metal is less than the above range, the precipitation of the second phase is insufficient, so that excessive grain growth cannot be suppressed, and when the content exceeds the above range, Since the second phase is excessively precipitated, the oxidation resistance and toughness are deteriorated, and the second phase is easily cracked during processing.
第2相の面積率は10%以下が好ましい。第2相の面積率が10%を超える場合は、過度な析出の現れであり、耐酸化性及び靱性を悪化させ、かつ、加工時に割れやすくなる。上記成分のほかに、原料、又は溶解るつぼを含む加工工程から混入する、意図しない不可避不純物を含んでもよい。前記面積率とは、白金パラジウムロジウム合金を切断し、切断面を鏡面まで研磨し、この研磨面を光学顕微鏡、SEMその他観察手段によって観察した際に、観察視野に含まれる有限な面積中に占める、視認可能な第2相の面積率である。 The area ratio of the second phase is preferably 10% or less. When the area ratio of the second phase exceeds 10%, it is an appearance of excessive precipitation, which deteriorates the oxidation resistance and toughness, and easily breaks during processing. In addition to the above components, unintended inevitable impurities mixed from raw materials or processing steps including melting crucibles may be included. The area ratio is obtained by cutting a platinum palladium rhodium alloy, polishing the cut surface to a mirror surface, and observing the polished surface with an optical microscope, SEM, or other observation means in a finite area included in the observation field. The area ratio of the second phase is visible.
Rhの含有量が43mol%を超えると、加工し難くなる。Rhの含有量は5〜28mol%がより好ましい。Pdの含有量が43mol%を超えると、ガス吸蔵により欠陥が発生しやすくなる。Pdの含有量は1〜28mol%がより好ましい。また、PdとRhの合計含有量は、6mol%≦Pd+Rh≦56mol%が好ましい。 If the content of Rh exceeds 43 mol%, it becomes difficult to process. The content of Rh is more preferably 5 to 28 mol%. When the content of Pd exceeds 43 mol%, defects are likely to occur due to gas occlusion. The content of Pd is more preferably 1 to 28 mol%. Further, the total content of Pd and Rh is preferably 6 mol% ≦ Pd + Rh ≦ 56 mol%.
白金パラジウムロジウム合金中に含有させるアルカリ土類金属は、Ca、Sr、Baの何れか1種類でもよいが、2種類以上を選択、例えばCa、Srの2種類、Sr、Baの2種類を白金パラジウムロジウム合金中に含有させてもよい。また、3種類全てを白金パラジウムロジウム合金中に含有させてもよい。アルカリ土類金属をCa、Sr、Baの2種類以上または3種類全てとした場合でも、何れか1種類とした場合と同様の効果を達成することができる。 The alkaline earth metal contained in the platinum palladium rhodium alloy may be any one of Ca, Sr and Ba, but two or more are selected, for example, two kinds of Ca and Sr, two kinds of Sr and Ba are platinum. You may make it contain in a palladium rhodium alloy. Moreover, you may contain all three types in a platinum palladium rhodium alloy. Even when the alkaline earth metal is two or more, or all three of Ca, Sr, and Ba, the same effect can be achieved as when any one of them is used.
(第2の発明)
第2の発明は、第1の発明に関し、600℃以上で使用することを特徴とする。
上記範囲で使用される白金パラジウムロジウム合金であれば、用途は特に限定されず、様々な実施態様として用いることができる。例えば、るつぼ、サーミスタのリード、スパークプラグの放電電極、圧力センサ、ヒータ、測温抵抗体、一酸化炭素および可燃性ガスセンサ用ヒータ及び測温抵抗体、固体電解質ガスセンサ用リード、半導体ガスセンサ用リードなどである。特に好適には、製造プロセスに1000℃以上の工程が含まれるか、又は、使用温度が800℃以上の白金パラジウムロジウム合金である。
(Second invention)
The second invention relates to the first invention, and is characterized by being used at 600 ° C. or higher.
If it is the platinum palladium rhodium alloy used in the said range, a use will not be specifically limited, It can use as various embodiments. For example, crucible, thermistor lead, spark plug discharge electrode, pressure sensor, heater, resistance temperature detector, carbon monoxide and flammable gas sensor heater and resistance temperature detector, solid electrolyte gas sensor lead, semiconductor gas sensor lead, etc. It is. Particularly preferred is a platinum palladium rhodium alloy in which the production process includes a step of 1000 ° C. or higher or the use temperature is 800 ° C. or higher.
本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described.
まず、所定量のアルカリ土類金属、Pt、PdおよびRh原料を配合し、全量をアーク溶解した。得られたインゴットは、1000℃、1時間の条件で焼鈍し、伸線加工によりφ0.29mmに加工した。 First, a predetermined amount of alkaline earth metal, Pt, Pd and Rh raw materials were blended, and the whole amount was arc-melted. The obtained ingot was annealed at 1000 ° C. for 1 hour, and processed to φ0.29 mm by wire drawing.
φ0.29材を1400℃、1時間の条件で焼鈍して試験片とした。そして、試験片を用いて以下の測定を行った。 A φ0.29 material was annealed at 1400 ° C. for 1 hour to obtain a test piece. And the following measurements were performed using the test piece.
面積率は、断面観察によって計測した第2相の面積率である。粒径は、合金断面をエッチングし、JIS H 0501(伸銅品結晶粒度試験方法)に規定される求積法によって測定した平均結晶粒径である。引張強度および伸びは引張試験機にて測定した。 The area ratio is the area ratio of the second phase measured by cross-sectional observation. The grain size is an average crystal grain size measured by etching the alloy cross-section and by a quadrature method defined in JIS H 0501 (a copper grain size test method). Tensile strength and elongation were measured with a tensile tester.
表1は実施例及び比較例の合金の組成及び試験結果を示す。表1中の“AE”は、“アルカリ土類金属元素”を表す。表2は一部の合金についての伸びを示す。図1は、実施例及び比較例の合金のRh濃度を横軸、引張強さを縦軸とした図である。図2は実施例及び比較例のうち、一部の合金についてRh濃度を横軸、伸びを縦軸とした図である。 Table 1 shows the compositions and test results of the alloys of the examples and comparative examples. “AE” in Table 1 represents “alkaline earth metal element”. Table 2 shows the elongation for some alloys. FIG. 1 is a diagram in which the abscissa represents the Rh concentration and the ordinate represents the tensile strength of the alloys of Examples and Comparative Examples. FIG. 2 is a graph showing the Rh concentration on the horizontal axis and the elongation on the vertical axis for some alloys in the examples and comparative examples.
実施例4の合金断面を図3に示す。EPMAによって分析したところ、実施例及び比較例において析出した第2相は、主としてPt、Pd及びアルカリ土類金属からなる金属間化合物と同定された。 The alloy cross section of Example 4 is shown in FIG. When analyzed by EPMA, the second phase precipitated in Examples and Comparative Examples was identified as an intermetallic compound mainly composed of Pt, Pd and alkaline earth metal.
表1より、実施例の合金は、第2相の面積率が10%以下であり、高温で焼鈍しても、粒径が100μm以下と微細なまま維持されていることがわかる。また、実施例の結果から、アルカリ土類金属の含有量が大きいと第2相の面積率が大きくなる傾向を示すことがわかる。 From Table 1, it can be seen that the alloy of the example has an area ratio of the second phase of 10% or less, and even when annealed at a high temperature, the particle size is maintained as fine as 100 μm or less. Moreover, it can be seen from the results of the examples that when the content of the alkaline earth metal is large, the area ratio of the second phase tends to increase.
図1より、これらの実施例の合金は同じRh添加濃度の白金ロジウム合金に比べて引張強度が大きく、強度が向上していることがわかる。 From FIG. 1, it can be seen that the alloys of these examples have higher tensile strength and improved strength compared to platinum rhodium alloys having the same Rh addition concentration.
図2より、一部の実施例の合金の伸びについて、同じRh添加濃度の白金ロジウム合金に比べて高いことがわかる。 FIG. 2 shows that the elongation of the alloys of some examples is higher than that of the platinum rhodium alloy having the same Rh addition concentration.
以上の結果によって、本発明によれば前述したとおりの効果が達成されることが明らかになった。 From the above results, it has been clarified that the effects as described above can be achieved according to the present invention.
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