WO2012033160A1 - 耐酸化特性に優れた高温用合金材料およびその製造方法 - Google Patents

耐酸化特性に優れた高温用合金材料およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

 IrまたはRuにAl、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、 Hf、Ta、WまたはReの1種以上を析出相が生成しない範囲で含有したIr基合金材料またはRu基合金材料の表面が、IrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜で均一に覆われている。

Description

耐酸化特性に優れた高温用合金材料およびその製造方法
 本発明は、高温耐酸化性に優れた高温用のIr基合金材料またはRu基合金材料とその製造方法に関する。
 IrおよびRuは、高温強度、耐腐食性に優れた金属で、極限環境下で用いられる構造材料への適用が期待されており、たとえば、光学デバイス用単結晶育成るつぼや自動車エンジンプラグとして利用されている。
 しかしながら、IrおよびRuは、高温酸化雰囲気中で酸化物IrO、RuOを生成し、これら酸化物の昇華点が金属の昇華点よりも低く、IrOでは1092℃、RuOでは1200℃である。このため、IrおよびRuについては、酸化雰囲気中では1100℃以上の高温で用いることができないという問題があった。この問題を解消する方法として、耐酸化性材料であるAl(アルミナ)皮膜をIrまたはRuの表面にコーティングする方法が採られた。しかしながら、金属材料表面とアルミナでは結晶構造および格子定数が異なるため、容易にアルミナの剥離現象が起き、アルミナを直接コーティングしても耐酸化性皮膜としては有効ではなかった。
 一方、アルミナイズ法により、Alを直接Ir合金またはRu合金の表面に反応させる方法も試行されたが、AlとIr合金およびRu合金は、Alの融点以上の温度では、溶融したAlとIrまたはRuが爆発的に反応するため、耐酸化性の保護皮膜として適正な構造に制御することが容易ではなかった。
 本発明は、高温強度に優れているIrまたはRuを高温酸化雰囲気で使用可能とするために、Ir基合金材料またはRu基合金材料の表面に耐酸化性に優れた金属間化合物皮膜を形成して耐酸化性能を向上させ、しかも高温強度が維持される、Ir基合金材料またはRu基合金材料とその製造方法を提供することを課題とする。
 本発明は、Ir基合金材料またはRu基合金材料の表面にIrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜を形成させ、高温酸化雰囲気中において上記金属間化合物皮膜の表面にアルミナの保護膜が被覆されることによって、上記課題を解決した。IrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜をIr基合金材料またはRu基合金材料の表面に形成する処理法は、アルミナイズ法としてNi基合金などで用いられているが、IrおよびRuはAlと爆発的に反応するため、その反応の制御が容易ではなかった。本発明では、アルミナイズ処理時のAlの活量を下げることによって表面皮膜だけに均一にAlの濃化層を形成させることに成功した。本発明により、高温で高強度であるが、耐酸化特性に問題があるIr基合金材料またはRu基合金材料の耐酸化特性を飛躍的に向上させることができる。
 本発明の耐酸化特性に優れた高温用合金材料は、IrまたはRuにAl、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W、またはReの1種以上を析出相が生成しない範囲で含有したIr基合金材料またはRu基合金材料の表面が、IrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜で均一に覆われていることを特徴としている。
 本発明の耐酸化特性に優れた高温用合金材料では、Ir基合金材料中のAl含有量が10原子%以上30原子%以下、Ru基合金材料中のAl含有量が3原子%以上40原子%以下であることが好ましい。
 また、本発明の耐酸化特性に優れた高温用合金材料では、IrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜の厚さが2~50μmの範囲であることが好ましい。
 本発明の耐酸化特性に優れた高温用合金材料の製造方法は、Al合金粉末とアルミナ粉末を質量比で1:1.2~1:0.8の範囲で混合し、さらに活性剤粉末を1~6質量%添加した混合粉末中にIr基合金材料またはRu基合金材料を800~1300℃で2~6時間浸漬し、Ir基合金材料またはRu基合金材料の表面にIrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜を成膜し、Al合金粉末中のAlの濃度が、Ir基合金材料の場合、45~65原子%であり、Ru基合金材料の場合、35~50原子%であることを特徴としている。
 本発明の耐酸化特性に優れた高温用合金材料の製造方法では、Al合金粉末が、Fe、NiまたはCrの1種以上を含有することが好ましい。
 Ir基合金材料またはRu基合金材料の表面にIrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜を形成することにより、高温酸化雰囲気中でIrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜の表面にアルミナの保護膜が被覆される。したがって、耐酸化特性に問題があったIr基合金材料またはRu基合金材料の高温酸化雰囲気中での使用が初めて可能となる。
 また、合金化とIrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜が形成されたIr基合金材料またはRu基合金材料では、内部に析出物が生じないため、加工性と高温強度の低下が抑制される。
アルミナイズ処理後の試料断面の走査電子顕微鏡写真である。(a)は、Ir-10原子%Al合金、(b) は、Ir-10原子%Al―3原子%Hf合金である。 高温酸化雰囲気における試料断面の走査電子顕微鏡写真である。 アルミナイズ処理の有無による等温酸化試験における試料の酸化減耗挙動を示している。 アルミナイズ処理の有無による繰り返し酸化試験における試料の酸化減耗挙動を示している。 Al粉末を使用した場合のアルミナイズ処理後の試料の外観を示している。 Al合金粉末中のAl濃度が比較的高い場合のアルミナイズ処理後の試料断面の走査電子顕微鏡写真である。 Ir-AlおよびRu-Al二元系状態図である。 アルミナイズ処理後の試料断面の走査電子顕微鏡写真である。 アルミナイズ処理後の試料断面の走査電子顕微鏡写真である。 アルミナイズ処理の有無による等温酸化試験における試料の酸化減耗挙動を示している。
 本発明では、対象となるIr基合金材料またはRu基合金材料は、Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W、またはReの1種以上を析出相が生成しない範囲で含有するものである。これらの添加元素は、個々の元素ごとにIrまたはRuに対する固溶限が表1のように異なるが、Ir基合金材料またはRu基合金材料の使用目的などにより、添加元素が固溶する範囲で1種以上添加することができる。なお、Ir基合金材料中のAl含有量は10原子%以上30原子%以下、Ru基合金材料中のAl含有量は3原子%以上40原子%以下であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 Ir基合金材料またはRu基合金材料は、通常の溶解法により溶製することができる。その後、凝固した鋳塊を通常の鍛造圧延方法により所定の板または棒などに加工し、次いで塑性加工または切削加工などを施し、所望の形状に成形する。
 所望の形状に成形されたIr基合金材料またはRu基合金材料には、アルミナイズ法によりその表面にIrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜が成膜される。アルミナイズ法は、以下の条件で行うことができる。
 IrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜を形成させるために使用される粉末材料は、(1)Alの活量を低減させるためのAl合金粉末、(2)Ir基合金材料またはRu基合金材料とAl合金粉末の反応の急激な進行を制御するためのアルミナ粉末、および(3)Al合金粉末中のAlを活性化して気相のAl塩化物を発生させる活性剤粉末の3種類から構成される。Al合金粉末には、Fe、NiまたはCrの1種以上を含むものが例示される。
 Al合金粉末を使用するのは、800~1300℃の範囲のアルミナイズ処理温度において液相が生じるのを抑制し、Alの活量を低減させ、Ir基合金材料またはRu基合金材料とAlの反応を制御するのを容易とするためである。金属Al単体の場合、上記アルミナイズ処理温度においてAlが液相となり、直接Ir基合金材料またはRu基合金材料と接触し、急激な反応が起こってIrAl金属間化合物皮膜またはRu金属間化合物皮膜が得られない。Al合金粉末は単一種または複数種のものとすることができる。Ir基合金材料の場合は、Al合金粉末中のAlの濃度は、単一種の場合、そのAl合金粉末中で45~65原子%、複数種の場合は、Al合金粉末全体で45~65原子%が好ましい。Alの濃度が45原子%より低い場合には、Alの活量が低下しすぎ、反応が有効に進まなくなる。一方、Alの濃度が65原子%より高い場合には、上記アルミナイズ処理温度でAl合金粉末に液相が生成されるため、IrAl金属間化合物またはRuAl金属間化合物以外の金属間化合物が生成し、IrAl金属間化合物またはRuAl金属間化合物が生じないおそれがある。Ru基合金材料の場合は、Al合金粉末との反応が強いため、Al合金粉末中のAl濃度を低めにする必要がある。すなわち、Al合金粉末が単一種の場合、そのAl合金粉末中で35~50原子%、複数種の場合は、Al合金粉末全体で35~50原子%が好ましい。なお、Al合金粉末の粒径は、反応性と取扱いの容易さを考慮すると、40~100μmの範囲であることが好ましい。
 アルミナ粉末を添加するのは、Al合金粉末と活性剤粉末が均等に分散し、反応を制御するためである。Al合金粉末とアルミナ粉末の質量比は、Al合金粉末中のAlの濃度によって異なるが、1:1.2~1:0.8の範囲であればよい。アルミナ粉末の配合割合が多すぎると、反応の進行が遅くなる。なお、アルミナ粉末の粒径は、反応制御と取扱いの容易さを考慮すると、5~20μmの範囲であることが好ましい。
 活性剤粉末は、アンモニアの塩化物またはNa、Cr、AgなどのAlの塩化物の生成を促進させるような金属の塩化物が適当である。活性剤粉末の混合割合は1~6質量%の範囲が適当である。1質量%より低いと、十分なAlCl(xは1、2、3のいずれかの値)が生成せず、一方、6質量%を超えて混合しても、生成するAlClの量が飽和するため有効ではない。
 アルミナイズ法は、Al合金粉末中に試料と活性剤粉末を入れ、高温に保持することにより、試料表面にAl化合物を生成させるプロセスである。Al合金粉末から活性剤粉末によって、比較的低温で気化するAlClのガスが生成する。AlClの昇華点は180℃で、その他の化合物は、室温では気体の方が安定である。ガス状のAlClが試料表面にAlを供給し、試料に含まれる元素、すなわち、IrまたはRuとAlの化合物が生成する。AlClのガスを作るためには、液相のAlではなく、固相のAl合金粉末が適している。
 アルミナイズ法における化学反応は、以下のように進行し、金属間化合物を生成する。以下の反応はIrについてであるが、Ruでも同様である。
 まず、活性剤としてのNHClがアンモニアと塩化水素に分解する。
     NHCl → NH(g) + HCl(g)
 HClがAl合金粉末からAlを分解し、Alの塩化物を作る(なお、[Al]は合金中のAlを示す)。
     2[Al] + 6HCl(g) → 2AlCl(g) + 3H(g)
 Al塩化物が活性な[Al]と反応してAlClが生成する。
     2[Al] + AlCl(g) → 3AlCl(g)
 AlClが表面でIrと反応してIrAlを形成する。
     3AlCl(g) + 2Ir → 2IrAl + 3AlCl(g)
 アルミナイズ処理温度は、800~1300℃の範囲が適当である。好ましくは、900~1050℃の範囲である。800℃以下では、拡散が遅すぎて反応に時間がかかる。一方、1300℃を超えると、アルミナイズ処理で使用する原料粉末が溶融し、AlClが十分に供給されなくなる。
 アルミナイズ処理時間は、処理温度にもよるが、900~1050℃の温度範囲では、2~6時間が好ましい。2時間未満では、反応が十分に進行せず、IrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜が十分な厚さとなりにくい。一方、6時間を超えると、AlClが消費し尽くされるので、皮膜の厚さの増加を望むことができない。
 このようなアルミナイズ処理は、通常のマッフル炉または管状炉などの電気炉を用いて大気圧下で行うことができる。
 アルミナイズ処理によって生成させるIrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜の厚さは、2~50μmの範囲にあることが好ましい。IrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜は、脆いため、厚さが50μmを超えるとクラックが入りやすくなり、膜の破壊がおき、耐酸化性皮膜としての機能が失われる。また、厚さが2μm未満であると、酸化雰囲気においてIrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜の表面に形成するアルミナの保護膜が均一に成長しにくくなるため、耐酸化性が低下する。
(実施例1) Ir-10原子%Al合金およびIr-10原子%Al-3原子%Hf合金に対してアルミナイズ処理を行った。Fe-66原子%Al合金粉末、Ni-35原子%Al合金粉末、アルミナ粉末を質量比で1:2:3の割合で配合し、NH4Clを3質量%添加した混合粉末中に上記Ir基合金を浸漬し、950℃で2時間保持した。処理後、図1(a)(b)に示したように、5μm厚のIrAl金属間化合物皮膜が均一に安定して合金表面に形成した。成膜後の試料を1100℃で200時間の繰り返し酸化試験を行ったときの皮膜の状態を走査電子顕微鏡で観察したのが、図2である。IrAl金属間化合物皮膜の表面に1μmのAl(アルミナ)のスケールが安定に生成しているのが観察された。
 1100℃で等温酸化試験による試料の酸化減耗挙動を図3に示す。図中の△および▽で示したアルミナイズ処理を施さないIr-Al合金は、酸化試験中に減耗している。これは合金中のIrが酸化して合金表面にIr酸化物が形成し、Ir酸化物は、昇華点が1092℃であるので、揮発するためである。一方、□および○印で示した表面にアルミナイズ処理を施したIr-Al合金およびIr-Al-Hf合金は、200時間の間にほとんど減耗していない。アルミナイズ処理によって、合金表面にIrAl金属間化合物皮膜が形成し、酸化性雰囲気中ではIrAl金属間化合物皮膜の表面に安定なアルミナが生成し、その結果、耐酸化特性が飛躍的に向上する。
 また、1100℃で100回の繰り返し酸化試験による試料の酸化減耗挙動を図4に示す。図中の△印で示した表面にアルミナイズ処理を施さないIr-Al合金は、酸化試験中に減耗している。これは、合金中のIrが酸化して合金表面にIr酸化物が形成し、Ir酸化物は、昇華点が1092℃であるので、Ir酸化物が揮発するためである。一方、□印で示した表面にアルミナイズ処理を施したIr-Al合金は、100回繰り返しの間にほとんど減耗していない。アルミナイズ処理によって、合金表面にIrAl金属間化合物皮膜が形成し、酸化性雰囲気中ではIrAl金属間化合物皮膜の表面に安定なアルミナが生成し、その結果、耐酸化特性が飛躍的に向上する。等温酸化試験よりも条件が厳しい繰り返し酸化試験でも、アルミナは剥離せず、安定して生成し続ける。
(比較例1) 実施例1と同じIr基合金に対し、Al粉末、Cr粉末、アルミナ粉末を質量比で1:1:2の割合で配合し、NH4Clを2質量%添加した混合粉末中に上記Ir基合金を浸漬し、1000℃で4時間保持し、アルミナイズ処理を行った。このアルミナイズ処理では、図5に示したように、爆発的な反応が起き、試料が溶解した。Al粉末を用いたアルミナイズ法ではAlの活量が高すぎてIrAl金属間化合物皮膜が得られなかった。
(比較例2) 実施例1と同じIr基合金に対し、Fe-66原子%Al合金粉末、アルミナ粉末を質量比で1:1の割合で配合し、NH4Clを3質量%添加した混合粉末中に上記Ir基合金を浸漬し、950℃で2時間保持し、アルミナイズ処理を行った。図6に示したように、Ir基合金表面に1μm厚のIrAl金属間化合物皮膜が形成したが、IrAl金属間化合物皮膜の表面に、Al含有量の多いAl3Ir金属間化合物皮膜が5μmの厚さで形成した。Al3Ir金属間化合物は融点が低く、やや脆いため、高温で使用中に溶解したり、剥がれ落ちたりする可能性がある。
 なお、実施例1は、Ir基合金の例であるが、図7に示したように、Ir-Al二元系状態図とRu-Al二元系状態図を比較すると、Irと金属間化合物IrAlの間には金属間化合物が存在せず、2000℃付近までの広い温度範囲で濃度の平衡が保たれている。また、RuとRuAlの間でも同様に濃度の平衡が保たれており、Irで起きる平衡相の現象は、Ruでも起きる可能性が非常に高いことが理解される。
(実施例2) 実際に、Ru-3原子%Al合金をアーク溶解法により作製した。このRu基合金に対してアルミナイズ処理を行った。Fe-66原子%Al合金粉末を3.5g、Ni-35原子%Al合金粉末を6.5g、アルミナ粉末を10g配合し、NH4Clを0.4g(2質量%)添加した混合粉末中に上記Ru基合金を浸漬し、975℃で4時間保持した。処理後、図8に示したように、7μm厚のRuAl金属間化合物皮膜が合金表面に形成した。なお、RuAl金属間化合物皮膜には、わずかながらFeが混入している。
(比較例3) Ru-3原子%Al合金を、5gのFe-66原子%Al合金粉末、5gのNi-35原子%Al合金粉末、および10gのアルミナ粉末を配合し、NH4Clを0.4g(2質量%)添加した混合粉末中に浸漬し、1000℃で8時間保持した。処理後、図9に示したように、20μm厚のRuAl2金属間化合物皮膜が合金表面に形成した。
 等温酸化試験を1100℃で行ったところ、図10に示したように、実施例2のRuAl金属間化合物皮膜が形成した試料は、わずかに減耗したが、アルミナイズ処理を行わなかった試料と比較すると、減耗は少なかった。このことから、RuAl金属間化合物皮膜の形成が耐酸化特性の向上に有効であることが理解される。一方、RuAl金属間化合物皮膜が形成した試料は、図10に示したように、耐酸化試験において減耗が少なかったが、比較例3のRuAl金属間化合物は融点が低いため、耐酸化特性の向上には不向きであると考えられる。
 もちろん、本発明は、以上の実施例に限定されるものではない。
 本発明の耐酸化特性に優れた高温用合金材料は、1200℃以上の温度で使用され、強度および耐酸化性が必要とされる部材に使用可能である。たとえば、宇宙航空分野でのエンジン、セラミックス溶解用容器、高温測定用の保護管などに適用が期待される。また、本発明の耐酸化特性に優れた高温用合金材料の製造方法は、高温耐酸化性コーティング技術としての応用が期待される。

Claims (5)

  1.  IrまたはRuにAl、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W、またはReの1種以上を析出相が生成しない範囲で含有したIr基合金材料またはRu基合金材料の表面が、IrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜で均一に覆われていることを特徴とする耐酸化特性に優れた高温用合金材料。
  2.  請求項1に記載の耐酸化特性に優れた高温用合金材料において、Ir基合金材料中のAl含有量が10原子%以上30原子%以下、Ru基合金材料中のAl含有量が3原子%以上40原子%以下であることを特徴とする耐酸化特性に優れた高温用合金材料。
  3.  請求項1に記載の耐酸化特性高温用合金材料において、IrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜の厚さが2~50μmの範囲であることを特徴とする耐酸化特性に優れた高温用合金材料。
  4.  請求項1から3のいずれか一項に記載の耐酸化特性に優れた高温用合金材料の製造方法であって、Al合金粉末とアルミナ粉末を質量比で1:1.2~1:0.8の範囲で混合し、さらに活性剤粉末を1~6質量%添加した混合粉末中にIr基合金材料またはRu基合金材料を800~1300℃で2~6時間浸漬し、Ir基合金材料またはRu基合金材料の表面にIrAl金属間化合物皮膜またはRuAl金属間化合物皮膜を成膜し、前記Al合金粉末中のAlの濃度が、Ir基合金材料の場合、45~65原子%であり、Ru基合金材料の場合、35~50原子%であることを特徴とする耐酸化特性に優れた高温用合金材料の製造方法。
  5.  請求項4に記載の耐酸化特性に優れた高温用合金材料の製造方法において、Al合金粉末が、Fe、NiまたはCrの1種以上を含有することを特徴とする耐酸化特性に優れた高温用合金材料の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014055325A (ja) * 2012-09-12 2014-03-27 National Institute For Materials Science 耐酸化コーティング用合金粉末とその粉末を用いた耐酸化特性に優れた合金
US9853423B1 (en) 2016-07-13 2017-12-26 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug
CN112080718A (zh) * 2020-08-24 2020-12-15 向双清 一种通过渗Al制备FeAl基金属间化合物柔性膜的方法
JP7095289B2 (ja) 2018-01-29 2022-07-05 住友金属鉱山株式会社 イリジウム発熱体、イリジウム発熱体の表面処理方法およびイリジウム製アフターヒーターの製造方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010060937A1 (de) * 2010-12-01 2012-06-06 Universität des Saarlandes Reaktive metallische Multischichten und Verfahren zum Herstellen von reaktiven metallischen Multischichten
CN108588637B (zh) * 2018-04-28 2020-07-24 中国人民解放军国防科技大学 一种多元梯度改性铱涂层及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5462923A (en) * 1977-09-22 1979-05-21 Johnson Matthey Co Ltd Electrode
JPH02186579A (ja) * 1989-01-12 1990-07-20 Ngk Spark Plug Co Ltd 内燃機関用スパークプラグ
JPH07235364A (ja) * 1993-12-23 1995-09-05 Mintek 点火栓又は点弧子用電極及びそれを用いた点火栓又は点弧子
US5780157A (en) * 1994-06-06 1998-07-14 Ultramet Composite structure
JP2003121320A (ja) * 2001-10-09 2003-04-23 National Institute For Materials Science イリジウム合金の分析方法
JP2008027870A (ja) * 2006-07-25 2008-02-07 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk スパークプラグ用の貴金属合金チップ及びその製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4933239A (en) * 1989-03-06 1990-06-12 United Technologies Corporation Aluminide coating for superalloys
US5759380A (en) * 1989-04-04 1998-06-02 General Electric Company Method of preparing oxidation resistant coatings
US5275670A (en) * 1993-07-06 1994-01-04 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration High temperature, oxidation resistant noble metal-Al alloy thermocouple
US6071470A (en) * 1995-03-15 2000-06-06 National Research Institute For Metals Refractory superalloys
US6071471A (en) * 1997-07-31 2000-06-06 Harry Winston Inc. Composition for jewelry
EP1026269B1 (en) * 1999-02-02 2004-12-01 Japan as represented by Director General of National Research Institute for Metals High-melting superalloy and method of producing the same
JP4833227B2 (ja) * 2006-02-09 2011-12-07 独立行政法人科学技術振興機構 高耐熱性,高強度Ir基合金及びその製造方法
JP5967764B2 (ja) * 2012-09-12 2016-08-10 国立研究開発法人物質・材料研究機構 耐酸化コーティング用合金粉末の製造方法、その粉末を用いた耐酸化特性に優れた合金の製造方法、その合金を用いた部材の製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5462923A (en) * 1977-09-22 1979-05-21 Johnson Matthey Co Ltd Electrode
JPH02186579A (ja) * 1989-01-12 1990-07-20 Ngk Spark Plug Co Ltd 内燃機関用スパークプラグ
JPH07235364A (ja) * 1993-12-23 1995-09-05 Mintek 点火栓又は点弧子用電極及びそれを用いた点火栓又は点弧子
US5780157A (en) * 1994-06-06 1998-07-14 Ultramet Composite structure
JP2003121320A (ja) * 2001-10-09 2003-04-23 National Institute For Materials Science イリジウム合金の分析方法
JP2008027870A (ja) * 2006-07-25 2008-02-07 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk スパークプラグ用の貴金属合金チップ及びその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2617860A4 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014055325A (ja) * 2012-09-12 2014-03-27 National Institute For Materials Science 耐酸化コーティング用合金粉末とその粉末を用いた耐酸化特性に優れた合金
US9853423B1 (en) 2016-07-13 2017-12-26 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug
EP3270476A1 (en) 2016-07-13 2018-01-17 NGK Spark Plug Co., Ltd. Spark plug
JP7095289B2 (ja) 2018-01-29 2022-07-05 住友金属鉱山株式会社 イリジウム発熱体、イリジウム発熱体の表面処理方法およびイリジウム製アフターヒーターの製造方法
CN112080718A (zh) * 2020-08-24 2020-12-15 向双清 一种通过渗Al制备FeAl基金属间化合物柔性膜的方法
CN112080718B (zh) * 2020-08-24 2022-09-06 向双清 一种通过渗Al制备FeAl基金属间化合物柔性膜的方法

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