氧化物弥散强化型铂材料制造技术

本发明专利技术的目的是提供在高温下可稳定使用、可焊性优良的氧化物弥散型铂材料中。本发明专利技术是一种氧化物弥散强化型铂材料，它是在由铂或铂合金形成的基体中弥散有由添加金属的金属氧化物形成的弥散粒子的氧化物弥散强化型铂材料，其特征在于，材料中除去与添加金属结合的氧的氧浓度在１００ｐｐｍ以下。本发明专利技术中，较好为弥散粒子的平均粒径在０．２μｍ以下、平均粒子间距离为０．０１～２．７μｍ。另外，较好为弥散粒子浓度为０．０１～０．５重量％、添加金属的氧化率为５０～１００％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在铂或铂合金中弥散有氧化物的氧化物弥散强化型铂材料(oxide dispersion strengthened platinum material)。特别涉及可在高温下长期维持强度，并且可焊性良好的氧化物弥散强化型铂材料。
技术介绍
在铂或铂合金中微细地弥散有氧化锆等金属氧化物的氧化物弥散型铂材料由于高温强度特性，特别是抗蠕变强度优良，因而作为在环境中使用的玻璃制造装置用的结构材料来使用。作为该氧化物弥散型铂材料的制造方法，通常使用粉末冶金法。在该方法中，制造铂与锆的合金粉末，通过将其进行氧化处理将合金粉末中的锆进行内部氧化形成氧化锆，形成氧化锆微细弥散的铂粉末，再将其烧结，进行加工处理制成铂材料。另外，本申请人对于氧化物弥散型铂材料进行了使其进一步提高高温强度的各种改良，例如公开了除了将弥散粒子微细弥散之外，还将作为基体的铂或铂合金的结晶粒径、结晶的长宽比最优化了的氧化物弥散型铂材料。该铂材料是如下而得的，即，将铂悬浮溶液与硝酸锆溶液的混合溶液作为原料，通过进行规定的处理来制造载有氧化锆的铂粉末，将其成形之后进行热处理，再进行加工处理形成由氧化锆形成的弥散粒子，同时调整基体的结晶粒径。专利文献1日本专利特开2002-12926号公报如上所述，氧化物弥散型铂材料是改善铂材料的高温强度(抗蠕变强度)的材料，从这方面来看，其具有显著的效果。但是本专利技术人等认为，这些氧化物弥散型铂材料虽然在强度方面非常优良，但是还是存在一些需要改良的方面。作为氧化物弥散型铂材料的改良点，首先可例举如在高温环境下长时间使用时的稳定性。使用铂材料的玻璃制造装置中其气氛温度有时会达到1500℃以上。本专利技术人等认识到，当氧化物弥散型铂材料长期暴露在这种高温下时，材料中会出现空洞或起泡。这种起泡的问题，尤其是在薄板的材料中发生的可能性高。材料中空洞的存在是材料整体强度下降的重要原因。另外，氧化物弥散型铂材料也需要在可焊性方面改良。玻璃熔化槽等是通过焊接制造的，但是氧化物弥散型铂材料在焊接后的接合部中出现气孔等的焊接缺陷的可能性较高。如果忽视了该焊接缺陷将可能导致装置的破裂，另外，即使通过检查事先发现了该问题，仍然存在成品率的问题。为此，本专利技术的目的是提供在高温下可稳定使用、可焊性优良的氧化物弥散型铂材料。专利技术的揭示本专利技术人等针对上述问题，研究了其主要原因，结果着眼于作为高温下发生起泡以及焊接时出现气孔的主要原因的材料中的氧的行为。氧是构成弥散粒子的元素，是氧化物弥散型合金不可缺少的构成元素。但是，一般在氧化物弥散型铂材料中，材料中氧量超过用于构成弥散粒子的量，因此在材料中存在没有与添加金属结合的原子状或分子状的氧。这是因为，在该制造方法中需要在高温大气中处理的工序，这时，过量的氧可能导入到材料中。没有与添加金属结合的原子状或分子状的氧，在高温环境下在材料中扩散·集合成为气体状氧，形成空洞或起泡。另外，在焊接时使材料熔融时，原子状或分子状的氧体积膨胀形成气孔易在材料内残留。本专利技术人等经过以上的考察，研究氧化物弥散型铂材料中的氧浓度的适当的范围内，于是想到了本专利技术。即，本专利技术是氧化物弥散型铂材料，它是在由铂或铂合金形成的基体中弥散有由添加金属的金属氧化物形成的弥散粒子的氧化物弥散型铂材料，其特征在于，除去与添加金属结合的氧，材料中的氧浓度在100ppm以下。本专利技术中，没有构成弥散粒子的氧的浓度(以下，有时称为过剩氧浓度)在100ppm以下，这是因为存在超过100ppm的氧时，高温下或材料熔融时气体状氧的形成显著，易出现起泡、气孔。该氧浓度更好在50ppm以下，越接近0ppm越好。另外，以往市售的氧化物弥散型铂材料的过剩氧浓度在150ppm以上。在此，作为过剩氧浓度的计算方法，可以通过计算铂材料全部的氧浓度与从添加金属浓度求出的理论氧浓度和后述的添加金属的氧化率乘积之差来算出。铂材料全部的氧浓度可通过以下的方法来测定，即，将铂材料在碳坩锅中通电加热至3000℃左右熔融，通过定量分析此时产生的二氧化碳气体的氧浓度分析或GD-MS等装置分析来测定。另外，过剩氧浓度可通过从铂材料全部的氧浓度中减去与添加金属结合的氧浓度来计算出来。在此，与添加金属结合的氧浓度可通过以下的方法计算出来，即，在分析上述铂材料全部的氧浓度时，将铂材料缓缓升温直到3000℃左右，检测各温度中氧的产生量，区别在铂的熔点附近检出的峰和在2500℃以上检出的来自添加金属氧化物的氧的峰，对于后者的氧的峰，进行氧量的定量。在本专利技术中，控制铂材料中的氧浓度是最有效的，通过本专利技术人等确认，除此之外，控制弥散粒子的状态也是有效的。粒子弥散型合金的强化机制不是因为弥散粒子的量(体积分率)，即使是微量但是只要是微细弥散就可以发挥作用。特别如上述专利文献1所述，粒子弥散型铂材料的强度与晶粒的长宽比同时提高，该长宽比受到弥散粒子的平均粒子间距离的左右。即，为了在粒子弥散型合金中充分发挥其强化机制并且确保可焊性，较好使微细的弥散粒子成均一的高弥散状态弥散。从这些观点来看，在本专利技术涉及的铂材料中，较好为弥散粒子的平均粒径在0.2μm以下、平均粒子间距离为0.01～2.7μm。弥散粒子的平均粒径在0.2μm以下，这是因为考虑到可以制造的弥散粒子的粒径，并且为了充分的强化，需要使该程度的微细的粒子弥散。平均粒子间隔的范围的设定是为了提高铂基体的晶粒的长宽比以及确保提高强度的效果。一方面，对于弥散粒子的量(浓度)，较好为0.01～0.5重量％。弥散粒子的量不影响合金的可焊性，但是存在发挥由粒子弥散所形成的强度提高的效果的最低限度的量。另外，它也影响合金的加工性(拉深加工性和延展性等)。本专利技术中弥散粒子浓度定为0.01～0.5重量％，这是因为为了发挥由粒子弥散所形成的强度提高的效果的最低限度的必要浓度为0.01重量％。另外，为了不使加工性劣化，不宜超过0.5重量％。当将合金利用在不是非常要求拉深加工性和延展性的情况下，如加工成套管基板(bushing base plate)等的情况时，弥散粒子的浓度较好在上述范围内，只要在上述范围内也可以为0.3重量％、0.4重量％。另一方面，当将合金利用在要求拉深加工性和延展性的情况下，如加工成大型铂装置等，为了进一步提高加工性，弥散粒子浓度较好在0.01～0.14重量％，其上限值较好更小些。另外，弥散粒子的弥散状态和量在上述范围时，铂材料中的添加金属不一定全部为氧化物状态。例如，如上述，作为粒子弥散型铂材料的制造方法，有氧化铂合金粉末使添加金属氧化形成弥散粒子的方法，但是这种情况时，在氧化处理中即使没有将全部的添加金属形成为氧化物，但只要将必要量的弥散粒子微细弥散即可。作为添加金属的氧化率，较好为50～100％。氧化率表示相对于铂材料中的添加金属的原子数(摩尔数)的成为氧化物的添加金属的原子数(摩尔数)的比例。将该氧化率定为50～100％，这是因为，如在高温使用强化铂材料，气氛中的氧在铂材料中扩散进行所谓的内部氧化。此时的氧扩散首先在晶界出现，添加金属向氧首先扩散的晶界扩散并析出。如果大量的添加金属在晶粒边界析出则材料脆化，因此需要将氧化率的下限定在50％。另外，氧化率可通过(形成氧化物的添加金属量)/(添加金属量)×100的计算式算出。本文档来自技高网...

【技术保护点】
氧化物弥散强化型铂材料，它是在由铂或铂合金形成的基体中弥散有由添加金属的金属氧化物形成的弥散粒子的氧化物弥散强化型铂材料，其特征在于，材料中除去与添加金属结合的氧的氧浓度在１００ｐｐｍ以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄司亨，田中清一郎，武石诚司，濑川英生，
申请(专利权)人：田中贵金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]