(57)【要約】【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Ｉｒ合金を提供する。【解決手段】イリジウム合金であって、スカンジウムを０．０１〜３ｍａｓｓ％と、ロジウムを３〜３５ｍａｓｓ％含み、残部がイリジウム（Ｉｒ）である、ことを特徴とするイリジウム（Ｉｒ）合金。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
スカンジウムを０．０１〜３ｍａｓｓ％、
ロジウムを３〜３５ｍａｓｓ％含み、
残部がイリジウムである、
ことを特徴とするイリジウム合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度Ｉｒ合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温用るつぼ、耐熱器具、ガスタービン、スパークプラグ、高温用センサ、ジェットエンジンなどに用いる耐熱材料として種々の合金が開発されている。主な耐熱材料として耐熱鋼、ニッケル基超合金、白金合金、タングステンなどが挙げられる。耐熱鋼、ニッケル基超合金、白金合金などは固相点が２０００℃未満でそれ以上の温度では使用できない。一方、タングステンやモリブデンなどの高融点金属は高温の大気中では酸化消耗が激しい。そこで高融点であって、かつ、耐酸化消耗性の高い耐熱材料としてＩｒ合金が開発されている。
【０００３】
特許文献１には、内燃機関用スパークプラグの貴金属チップに用いる、Ｉｒの高温揮発性を防止するためにＲｈを３ｗｔ％〜３０ｗｔ％添加したＩｒＲｈ合金が開示されている。そのような合金を採用することにより高温耐熱性に優れ、耐消耗性を向上させるチップが得られることが記載されている。特許文献２〜４には、Ｉｒ系合金に希土類元素の酸化物を添加した合金が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−００７７３３
【特許文献２】特開２００９−１８７９５４
【特許文献３】特開平１１−１２４６４２
【特許文献４】特開２００６−５７１６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
耐熱材料として用いられるＩｒ合金は、高温における耐酸化消耗性を確保しつつ、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３において、Ｉｒ-１０Ｒｕ合金にＬａの酸化物を添加した合金は、Ｉｒ-１０Ｒｕ合金に比べて８５０℃にて１．４倍、１０００℃にて１．５倍の高温強度の増加が実現されている。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、スクラップなどを再利用できない、延性が低く塑性加工が困難などの課題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、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Ｉｒ合金を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、アーク溶解法によりＩｒ-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。
【０００８】
すなわち、本発明は、
スカンジウムを０．０１〜３ｍａｓｓ％、
ロジウムを３〜３５ｍａｓｓ％以下含み、
残部がイリジウム（Ｉｒ）である、
ことを特徴とするイリジウム（Ｉｒ）合金である。
【発明の効果】
【０００９】
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、高温強度に優れたイリジウム（Ｉｒ）合金を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、スカンジウム（Ｓｃ）を０．０１〜３ｍａｓｓ％、ロジウム（Ｒｈ）を３〜３５ｍａｓｓ％含み、残部がイリジウム（Ｉｒ）である、ことを特徴とするイリジウム（Ｉｒ）合金である。
【００１１】
Ｓｃを０．０１〜３ｍａｓｓ％含有するＩｒＲｈ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、Ｉｒ−１０ｍａｓｓ％Ｒｈに、Ｓｃを０．５ｍａｓｓ％添加すると、１２００℃での高温強度が２５１ＭＰａから１００２ＭＰａへと約４倍に増加する。さらにＲｈ濃度を３０ｍａｓｓ％とした場合でも、１２００℃での高温強度が約５００〜１０００ＭＰａとなり、Ｉｒ−１０ｍａｓｓ％Ｒｈ合金の約２倍〜４倍の値となる。このように、本発明の合金は特許文献３における希土類酸化物添加に比べ、高温強度の増加が顕著である。また、他の金属の固溶によって強化された合金に比べても高温強度の増加は顕著である。例えば、特許文献３に示されるように、ＩｒにＲｈを１０ｗｔ％添加（固溶）によって高温強度は、８５０℃で１．７倍、１０００℃で１．６倍に増加しているのに対し、本発明のＳｃの固溶による合金の高温強度の増加は非常に大きい。
【００１２】
Ｓｃ添加で高温強度が顕著に増加する理由は、ＳｃがＩｒに固溶し、かつ、ＩｒとＳｃの原子半径の差が大きいためと考えられる。一方、Ｃｅ等の他の希土類元素は常温でＩｒへの固溶度を有さず、添加元素として採用することができない。
【００１３】
Ｓｃを０．０１〜３ｍａｓｓ％含有するＩｒＲｈ合金は、ＸＲＤにより単相の固溶体であることを確認した。
【００１４】
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２．５ｍａｓｓ％以下が好ましい。
【００１５】
Ｒｈの含有量が３ｍａｓｓ％を下回る場合には、合金の耐酸化消耗性が不十分である。一方、Ｒｈの含有量が３５ｍａｓｓ％を超えると、合金の耐酸化消耗性は良いが、融点が低下する。
【００１６】
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。
【実施例】
【００１７】
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（Ｉｒ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。
【００１８】
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ｔ０．５ｍｍの板材を得た。
【００１９】
耐酸化消耗性の評価は、板材からφ０．５×０．５ｍｍ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、１２００℃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／ｍｍ２）は、試験片の試験前の質量をＭ０（ｍｇ）、試験後の質量をＭ１（ｍｇ）、試験片の試験前の表面積をＳ（ｍｍ２）とし、ΔＭ＝（Ｍ１−Ｍ０）／Ｓの式から求めた。また、試験片の表面積Ｓ（ｍｍ２）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。
【００２０】
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□０．５×Ｌ３ｍｍとなるよう切り出した。引張試験の条件は、温度１２００℃、大気中、クロスヘッド速度５ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００２１】
表２に示すように、Ｉｒ−１０ｍａｓｓ％ＲｈにＳｃを０．２ｍａｓｓ％添加すると、高温強度が２５１ＭＰａから８５９ＭＰａへと、３倍以上に増加し，１．０ｍａｓｓ％の添加では１１９８ＭＰａへと４倍以上に増加する。
【００２２】
表２に示すように、Ｉｒ−１０ｍａｓｓ％Ｒｈの耐酸化消耗性が−０．１５ｍｇ/ｍｍ２であるのに対し、Ｉｒ−１０ＲｈにＳｃを０．０５〜１．０ｍａｓｓ％添加すると、耐酸化消耗性は−０．０７〜−０．１７ｍｇ/ｍｍ２となり、Ｓｃの添加前後で耐酸化消耗性はほぼ同等または同等以上となった。
【００２３】
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。
【００２４】
また、実施例の合金はｔ０．５ｍｍ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。
【００２５】
【表１】
2020084328.tif 000002
【００２６】
【表２】
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