[发明专利]一种铱镍铁合金及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种铱镍铁合金及其制备方法，制备方法包括以下步骤：取铁、镍和铱并置于真空条件下；在真空状态下加热金属获得合金液；将所得合金液浇入铜模中进行铸造，得到合金铸锭；将所得合金铸锭均匀化处理，得到铱镍铁合金，所得到的铱镍铁合金按质量百分比计，包括30~65%的铱，30~60%的镍，5~10%的铁。本发明提供的制备方法中，首先采用真空炉熔炼，然后水冷铜坩埚浇注，再均匀化处理，产生的铱镍铁合金作为中间层焊接材料，实现与铱、铱铑合金与Inconel 600合金的焊接，节约了30~65%的贵金属材料，解决了贵金属与镍基合金由于热膨胀系数差别大而导致的焊接质量不稳定的问题。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，特别涉及一种铱镍铁合金及其制备方法与应用。

背景技术

凡是汽油发动机上都有火花塞，一缸一个，个别的高速汽油发动机每缸还装有2个火花塞。火花塞虽小，但它却影响着发动机的起动能力、油耗量和废气排放水平。如果说发动机是汽车的心脏，那么火花塞便是“心脏”的“起搏器”。

火花塞的作用是把点火线圈产生的高压电（1万V以上）引入发动机气缸，在火花塞电极的间隙之间产生火花点燃空气-燃油混合气。其中，作为放电部件的火花塞电极工作环境极为恶劣，以一台普通四冲程汽油机的火花塞为例，在进气冲程时温度为60~90℃，压力约98 Kpa；而在点火燃烧时，温度会瞬间上升至2000~3000℃，压力达到3920~6860 Kpa。这种温度急冷急热、压力急高急低的交替每分钟可达数百次至数千次。此外，汽油蒸汽和燃烧气体以及汽油和润滑油的腐蚀性残渣对火花塞电极的表面都具有化学腐蚀性。因此，为了保证发动机的正常工作，火花塞电极材料必须具有较好的机械性能、热性能、电性能和耐腐蚀性能。

目前，国内外火花塞电极用材料有镍基高温合金，也有用贵金属制作火花塞的，比如用银、铂金、铱金等。其中，铂金、铱金火花塞具有二大优点而成为高品质火花塞电极的材料。

1、点火可靠性高。一般火花塞的中心电极直径为2.5 mm，而贵金属铂、铱火花塞的中心电极发火端直径最小可为0.60mm。这样加热中心电极所耗热量少，消焰作用（火花生成的焰核的热量被温度较低的电极所吸收，焰核向周围扩散的作用）变小，火焰核易于扩散。因此，在同样的低点火电流强度的条件下，气缸内的可燃混合气能够得到更多的点火能量，混合气燃烧得更加充分，降低废气排放。另外，根据尖端放电的原理，电极尖更容易积聚较多的电能，电火花更容易跳过两极之间的间隙。这使得在冷机至正常工作转速运转时，有着良好的点火性能。

2、优良的耐久性。火花塞寿命往往用电极的消耗来衡量。火花塞的寿命定义为“直到电极不能跳正常的火花为止”，可见电极的消耗对火花塞寿命的影响之大。电极的消耗是由烧蚀（由电点火引起的烧损）和腐蚀（化学、热学作用）而引起的。实际测试表明，温度到580℃以上电极就开始腐蚀。而且随温度上升腐蚀相应地增加，到890~1000℃附近就开始氧化。如果产生侵（烧）蚀，电极的棱角就变成弧状，电极间隙变大，这样就会提高电极间跳火所必须的放电电压。一般随着发动机的运行或汽车行驶距离的增加，电极间隙所必须的放电电压也在不断地上升，会越来越接近点火线圈所提供的电压极限，于是点火越来越困难，最终发生断火，火花塞的使用寿命也就终结于此。铂金、铱金的熔点高（铂金熔化温度为1769℃，铱金熔化温度可达到2447℃），铂金、铱金电极耐氧化性及耐烧蚀性良好，能较好地承受燃气和残渣的化学腐蚀，并能长时间保持原始的火花间隙，从而延长了火花塞的使用寿命。

相比铂金，铱金具有硬度和熔点更高，且电阻更低等特点，经过添加铑元素合金化可以得到更高的抗氧化性。高硬度和熔点意味着可以将电极做得非常细，产生更集中、能量更强、路线更稳定的火花，提高混合气燃烧效率和燃烧速度。另外，铱金的价格低于铂金价格，有利于降低火花塞的价格，提高产品的竞争力。

综上所述，铱以及铱铑合金具有良好的机械性能、热性能、电性能和耐腐蚀性能，是制备火花塞电极的首选材料。