铂铱合金的应用（1）

铱在铂族金属中具有最高的耐蚀性,不溶于所有无机酸,并能在其他高温熔融金属或硅酸盐中保持稳定,然而 它 具 有 超 高 的 弹 性 模 量 (516GPa )和 硬 度( HV :210kg/ mm2 ),以及低的泊松比(0. 26 ),使其形变加工极为困难,限制了其应用。当 Ir 以合金元素的方式加入Pt 后,形成的 Pt-Ir 合金不仅具备了超高的化学稳定性,其机械性能相比如纯 Ir 及纯 Pt 均得到了显著优化,使得 Pt-Ir 合金在各领域得到了良好的应用。然而,铂依合金在熔炼时,铱极易挥发,引起材料成分难以精确控制,其铸锭凝固时易于产生分偏析导致组织不均匀,因此其熔铸难度较大。另一方面,铂铱合金,特别是较高铱含量的铂铱合金,硬度较高而塑性较差,导致其加工较为困难,再加上其成本高昂,限制了其在各行各业的大规模使用。为解决以上难题,人们通过研究先进的熔炼工艺、掺杂工艺及微细化工艺等对铂铱合金的制备技术及改性技术等进行突破,推动了其在各领域的实际应用。本文主要综述了Pt-Ir 合金在电接触材料、火花塞电极、生物医学、催化剂等领域的研究及应用现状,重点阐述了在以上领域中熔炼工艺的改进、元素掺杂、材料微细化等对铂铱合金应用的重要作用,并进一步展望了 Pt-Ir 合金相关技术的发展方向,推动铂铱合金的进一步深入研究及推广应用。

铂铱合金在电接触材料领域的应用

Pt-Ir 合金由于具有高熔点、高硬度、高化学稳定性及低的接触电阻,被广泛使用于条件要求高的弱电接点中,特别是 Pt-25Ir ,已成为一种经典的贵金属电接触材料。虽然目前使用最广泛的是金基、银基、及铜基的电接触材料,但在使用条件和开关可靠性要求较高的航空航天等领域,往往采用铂铱合金作为电接触材料。针对 Pt-25Ir 合金成分偏析、加工性能及电性能不稳定等问题,详细研究了 Pt-25Ir 合金的高、中频二次感应熔炼工艺,改善了合金的成分均匀性,并采用热轧以及时效强化工艺提高了机械性能,最终制备的Pt-Ir 电接触材料具有比纯 Pt 电极更强的抗电弧侵蚀能力,且满足 10 万次电寿命考核要求。为进一步提高 Pt-Ir 系触点材料的性能,提高其硬度、抗电弧腐蚀性、耐熔焊性等,常常采用添加合金元素的方法。发现 Ru 的加入能够提高 Pt-Ir合金的力学性能,但电阻率增大。随后研究了Ru 的添加对 Pt-Ir 接点材料抗熔焊性能的影响,结果表明由于 Ru 易氧化生成比 IrO 2 更稳定的 RuO 2 而使接点的温度升高受到限制,增加了金属熔化液的粘度,从而减少了因电弧引起的接点腐蚀。在Pt-Ir 合金中加入适量的 La 、 Sm 、 Y 稀土元素,得到了 Pt-24Ir-RE 合金,稀土元素引起晶粒组织的细化并产生了弥散的析出相,使合金强度得到了提升。为在保持Pt-Ir 合金优异可靠性的前提下降低成本,在 Pt-Ir 系列电接触材料中分别加入了 Zr 、 Mo 、 Y3 种元素,结果表明这 3 种元素的添加能够细化合金组织,提高合金的熔点、密度、力硬度和电阻率。