专利名称：一种铱合金材料及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及合金材料，具体涉及一种铱合金材料及其应用。
背景技术：
铱属于钼族金属元素，在汽车催化剂、工业电镀的电极、单晶生长坩埚、热电偶、火箭发动机零件、玻璃制造和火花塞等方面有广泛的应用。铱具有高熔点、高强度、高导电性和抗腐蚀性强等优点，铱合金作为火花塞电极可提 高发动机的点火性能、燃油经济性、使用寿命及降低有害物质的排放，是理想的火花塞电极材料。然而，铱还是存在一些问题。相对于钼合金所进行的研究来说如合金化对性能影响等，人们对铱的冶金学还不太了解。铱由于熔点高且其机械性能对某些微量杂质元素很敏感，因此以铱为主成份的金属材料加工困难；铱用于火花塞电极还存在高温下因氧化损耗而使放电间隙增大，以及铱在电极焊接时因焊接温度过高导致晶粒快速长大而产生的脆断；最后，由于在自然界的稀有，铱几乎和钼的价格是一个水平，而且它是所有元素里面密度最高的金属。因此，需通过加入合适的元素来开发新的铱合金耐高温材料，改变其高温性能和延展性，提高材料的性价比。Osamura等人的No. 6，094，000美国专利和公布的英国专利申请GB 202，302，367公开了一种铱一铑合金，铑含量为l_60wt%。在No. 5，998，913美国专利中，Matsutani公开了一种铱一铑一铼或钌合金，以降低合金中铑的含量，通过加入含量至多达17wt%铼或钉，铑含量可降到仅0. Iwt %。日本10259435 A专利公开了一种耐高温铱合金，该合金以铱为主，加入了 0. 1至 50wt %的一种或其它的次要元素。Pt、Pd、Rh、Ni、Ta、Ha、Ti、Zr、Y和La被建议作为第二相元素，作为其中所给出的这些实例中仅有的一个，上述第二相元素添加的含量一个都不超过 lwt%。欧盟0866530专利公开了一种三元和四元铱合金，其中有Rh及至少Re或Ru中的一种。Re或Ru处于较低含量，两者单独加入或同时加入。值得注意的是，相对于纯铱，在 IlOO0C . 30小时保温的条件下减少了合金的氧化损失。如果只有Re和Ru两个加入铱中则产生的效果很小甚至没有，相比之下，Rh的存在是很有用的。上述材料通过合金化来提高铱的物理和机械性能获得了一些成功，但材料成本较高，与钼合金火花塞材料相比，难予体现价格优势。对此仍有更进一步提高的余地。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有铱合金成本高昂的缺点，提供一种适于产业化应用、耐高温、抗高温氧化损失、性价比优越的新型铱合金材料。本发明解决上述问题所采用的技术方案为一种铱合金材料，所述铱合金材料的基本成分为含有45. 0 84. Owt %的Ir、l. 0 10. Owt %的Al、5. 0 15. Owt %的X和 10. 0 35. Owt%的R ；其中，所述的X为Re、W、Ta、Nb、Ti、Zr中的一种，所述R为Cr、Fe、Ni、Co中的一种。 更进一步地，本发明的铱合金材料，还可含有0. 05 0. 5wt%的微量稀土元素，所述的微量稀土元素为 La、Nd、Pr、Y、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ce 中的一种或几种的混合物。作为优选方案，所述铱合金材料的基本成分为Ir、Ta、Ni和Al ；更进一步地，Al在所述铱合金材料中的含量优选为1. 0 5. 0wt%。作为优选方案，所述铱合金材料的基本成分为Ir、Re、Ni和Al，更进一步地，Al在所述铱合金材料中的含量为1. 5 5. Owt %。作为优选方案，所述铱合金材料的基本成分为Ir、W、Co和Al，更进一步地，Al在所述铱合金材料中的含量为1. 5 2. Owt %。作为优选方案，所述铱合金材料的基本成分Ir、Nb、Ni和Al，更进一步地，Al在所述铱合金材料中的含量为1. 0 2. Owt %。作为优选方案，所述铱合金材料的基本成分Ir、Re、Cr和Al，更进一步地，Al在所述铱合金材料中的含量为1. 5 3. Owt %。本发明还提供一种使用上述铱合金材料的内燃机火花塞，所述内燃机火花塞包括中心电极和至少一个侧电极，中心电极和/或侧电极的点火尖端由所述铱合金材料制成， 或者内燃机火花塞中心电极和/或侧电极的点火尖端表面喷涂所述的铱合金材料。本发明还提供所述铱合金材料的其它应用，即，将所述铱合金材料应用于用于晶体生长的坩埚上、电焊条、热电偶或火箭发动机喷嘴上；或者，将所述铱合金材料应用于化学制品领域或玻璃制造领域。与现有技术相比，在高温氧化试验中，本发明的铱合金材料的氧化损耗率有相当大的改进。本发明是在Ir-W、Ir-Re、Ir-Ta等二元铱合金系基础上，利用Re、W、Ta、Nb、Ti、& 的高温强度，在此基础上添加Cr、Fe、Ni、Co阻止晶粒的长大，使高温下晶粒的生长速度降低，这样就避免了合金高温焊接时如纯铱一样因晶粒长大而产生的脆性。在合金中的Al会生成氧化铝(AlO2Al2O3)，在合金表面形成耐氧化被膜，这层致密保护膜抑制了 Ir的氧化挥发。此外作为优选同时添加的总含量为0. 05 0. 5wt%微量稀土元素La、Nd、Pr、Y、Sm、 Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ce中的某种或几种的混合物，可进一步降低火花塞点火时跳火部位受火花作用而逐渐熔融飞散的火花损耗。本发明的铱合金材料可制备成线、管、片、单晶、粉末或其他常见的形状，这些合金也可应用于喷涂。
图1是实施例2的铱合金在与镍焊接后和纯铱与镍焊接后两者焊接截面光学电子显微镜对比图。图2为实施例5的铱合金与纯铱片的横截面扫描电镜图的对比图。
具体实施例方式以下通过实施例对本发明作进一步说明，以便于更好地理解本发明，但本发明的保护范围并不仅限于这些实施例。通过氩气保护下电弧炉熔炼制备的各实施例中的铱合金材料，实施例1-5铱合金材料的基本成分如表1所示，余量为铱。实施例1-5表1实施例1-5铱合金材料的成分(wt. % )
权利要求
1.一种铱合金材料，其特征在于，所述铱合金材料含有45. O 84. Owt %的Ir、l. 0 10. Al、5. 0 15.X 禾口 10. 0 35.R ；其中，所述的 X 为 Re、W、Ta、 Nb, Ti, Zr中的一种，所述R为Cr、Fe、Ni、Co中的一种。
2.根据权利要求1所述的铱合金材料，其特征在于，所述铱合金材料中还含有0.05 0. 5wt%的微量稀土元素，所述的微量稀土元素为La、Nd、Pr、Y、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、 Tm、Yb、Lu、Ce中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1或者2所述的铱合金材料，其特征在于，所述铱合金材料的基本成分为Ir、Ta、Ni和Al，Al在所述铱合金材料的含量为1. 0 5. Owt%0
4.根据权利要求1或者2所述的铱合金材料，其特征在于，所述铱合金材料的基本成分为Ir、Re、Ni和Al，Al在所述铱合金材料中的含量为1. 5 5. Owt%。
5.根据权利要求1或者2所述的铱合金材料，其特征在于，所述铱合金材料的基本成分为Ir、W、Co和Al，Al在所述铱合金材料中的含量为1. 5 2. Owt%。
6.根据权利要求1或者2所述的铱合金材料，其特征在于，所述铱合金材料的基本成分 Ir、Nb、Ni和Al，Al在所述铱合金材料中的含量为1. 0 2. Owt%。
7.根据权利要求1或者2所述的铱合金材料，其特征在于，所述铱合金材料的基本成分 Ir、Re、Cr和Al，Al在所述铱合金材料中的含量为1. 5 3. Owt%。
8.一种使用权利要求1至7任意一项权利要求所述铱合金材料的内燃机火花塞，其特征在于，所述内燃机火花塞包括中心电极和至少一个侧电极，中心电极和/或侧电极的点火尖端由所述铱合金材料制成，或者内燃机火花塞中心电极和/或侧电极的点火尖端表面喷涂所述的铱合金材料。
9.权利要求1至7任意一项权利要求所述铱合金材料的应用，其特征在于，将所述铱合金材料应用于用于晶体生长的坩埚上、电焊条、热电偶或火箭发动机喷嘴上。
10.权利要求1至7任意一项权利要求所述铱合金材料的应用，其特征在于，将所述铱合金材料应用于化学制品领域或玻璃制造领域。
全文摘要
本发明涉及合金材料，具体涉及一种铱合金材料及其应用。本发明要解决的技术问题是克服现有铱合金成本高昂的缺点，提供一种适于产业化应用、耐高温、抗高温氧化损失、性价比优越的新型铱合金材料。本发明的铱合金材料，其基本成分为45.0～84.0wt％的Ir、1.0～10.0wt％的Al、5.0～15.0wt％的X和10.0～35.0wt％的R；其中，所述的X为Re、W、Ta、Nb、Ti、Zr中的一种，所述R为Cr、Fe、Ni、Co中的一种。本发明主要应用于点火领域的点火部件上。
文档编号H01T13/39GK102206769SQ20111008934
公开日2011年10月5日 申请日期2011年4月11日 优先权日2011年4月11日
发明者周川, 李旸, 谢菊泉, 马梦一 申请人:昆明富尔诺林科技发展有限公司