專利名稱：一種高溫穩(wěn)定性火花塞電極涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫穩(wěn)定性電極涂層，尤其是涉及汽車行業(yè)火花塞電極涂層的的制備方法。
背景技術(shù)：
汽車工業(yè)是一個具有高度關(guān)聯(lián)度的產(chǎn)業(yè)，它所醞釀的發(fā)展前景和巨大潛力有目共睹。中國汽車的需求呈“井噴式”增長，汽車工業(yè)也實現(xiàn)了持續(xù)、快速、穩(wěn)健發(fā)展。汽車火花塞在汽車行業(yè)加速發(fā)展的同時，帶動了零部件行業(yè)的發(fā)展。汽車業(yè)無國界的全球化發(fā)展模 式，以及并購重組加劇了對零部件行業(yè)的整合。作為汽車發(fā)動機的關(guān)鍵零部件——火花塞行業(yè)也加速地發(fā)展，并形成了自己的特色?；鸹ㄈ髽I(yè)之間加劇分化，并逐漸融入全球采購體系，而且在|旲塊化供貨方面能力大幅提聞?；鸹ㄈ姌O是汽車發(fā)動機的重要零件，要求耐熱高溫氣體腐蝕和耐點火花燒蝕，并有良好導(dǎo)熱性、適當(dāng)?shù)膹姸群陀捕?，易于加工成型。普通的汽車火花塞電極材料是由鎳錳、鎳錳硅、鎳錳硅鉻、鎳鉻鐵、鎳釔合金制成，一般在行駛兩萬里或一年后都要進行檢查或跟換。當(dāng)汽車內(nèi)的火花塞頂端有疤痕或是破壞、電極出現(xiàn)熔化、燒蝕現(xiàn)象時，都表明火花塞已經(jīng)毀壞，此時就應(yīng)該更換火花塞。然而，鉬金火花塞可實現(xiàn)三至五萬公里內(nèi)免檢查更換，近年來出現(xiàn)的銥金屬材質(zhì)的火花塞使用壽命已超越了普通火花塞和與鉬金火花塞。由于銥具有具有一系列優(yōu)異性能高強度、高熔點、好的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的抗氧化性和在低于2280°C的溫度下不和碳反應(yīng)，和碳之間有化學(xué)兼容性而且能有效的阻礙碳擴散，這些都符合高溫和氧化環(huán)境的極端條件下保護電極材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)。在2200°C的溫度下，銥具有較低的氧滲透率和低的氧化物揮發(fā)速率，是目前1800°C以上最理想的抗氧化涂層候選材料。從氧的擴散率角度來看，在溫度1800°C時，I μ m厚的銥涂層相當(dāng)于Imm厚的氧化硅、氧化鋁涂層。然而，在高于1100°C時銥被氧化生成揮發(fā)的氧化物，這影響了火花塞電極使用壽命。另外，鉬金、銥金火花塞的銷售價格比較昂貴，一般只有高檔轎車或部分品牌的中級轎車上配用銥金或鉬金火花塞。隨著請汽車行業(yè)的迅速增長，火花塞電極材料顯得越來越重要，使用昂貴的銥銠合金、銥金火花塞材料或?qū)で蟮统杀拘阅軆?yōu)良的新材料顯得尤其重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高溫穩(wěn)定性火花塞電極涂層及其制備方法，該方法能克服現(xiàn)有技術(shù)中使用壽命短、成本價格高等缺點，其特征在于電極涂層由鉬族金屬及其合金組成。所述電極涂層厚度為10-100 μ m。所述電極涂層為銥基材料，其中合金元素為鋯、鉿、鉭、釔、鋁、鎢中的一種或多種組成。所述電極涂層中的合金以單質(zhì)形式存在或與鉬形成金屬間化合物。所述電極涂層中含有少量的氧元素，構(gòu)成銥-鋯/鉿/鉭/釔/鋁/鎢-氧復(fù)合涂層。所述電極涂層由納米級或微米級晶粒組成。所述電極涂層中銥含量為75at. % 98at. %,合金元素含量為I. 5at. % 15at. %，氧元素含量為 O. 5at. IOat. % 本發(fā)明提供的是一種高溫穩(wěn)定性電極涂層及其制備方法，其特征在于包括下屬順序的步驟(I)電極基體表面預(yù)先用機械拋光，再堿洗除油、酸洗，之后烘干。(2)調(diào)節(jié)合金靶材與電極基體之間的距離10 20mm ；(3)真空爐內(nèi)極限真空10_3Pa以下，然后打開冷卻水循環(huán)系統(tǒng)； (4)通入IS氣或氧氣，爐內(nèi)工作氣壓O. I 5Pa,氧氣流量5sccm 20sccm ；(5)氣壓穩(wěn)定后，開啟電源，緩慢增加基材電位-100V -300V ；(6)基材電壓保持30min后，緩慢增加靶材電位-500V -800V，開始涂層的制備；(7)保持工藝參數(shù)l_5h后，關(guān)閉電源系統(tǒng)和真空系統(tǒng)，冷卻至室溫，關(guān)閉冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，打開爐罩，取出電極基材。應(yīng)用效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(I)保證電極性能和使用壽命，同時降低成本；(2)沉積速度快，涂層厚度容易控制；(3)對曲面形狀的電極基體也可以制備涂層；(4)可獲平整、光潔、致密連續(xù)的涂層；(5)涂層具有較好的高溫穩(wěn)定性。


圖I是一種利用平板靶材在較多電極表面鍍銥基涂層的制備方法。圖2是一種利用碗狀靶材在較多異形結(jié)構(gòu)電極表面鍍銥基涂層的制備方法。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定。實施例I參照圖I，一種高溫穩(wěn)定性火花塞電極涂層及其制備方法包括靶材電源電位10、平板合金祀材20、合金涂層30、火花塞電極基體40、導(dǎo)電襯底50、基體電源電位60。使用鎳基合金棒(尺寸05mm X 10 mm )作為火花塞電極基體，銥錯合金板作為平板合金靶材。將基材表面用金相砂紙?zhí)幚?、拋光并分別用丙酮超聲清洗，之后烘干。在爐體內(nèi)裝置好，調(diào)節(jié)極間距，抽真空至極限真空后通入氬氣。襯底上放置十根鎳基合金棒。基材的沉積工藝參數(shù)調(diào)節(jié)工作氣壓至5Pa，靶材電位為-800V，基材電位為-250V，極間距為15_。經(jīng)過3h沉積，可獲得十幾微米厚的銥鋯合金涂層，經(jīng)過能譜分析涂層中銥含量為90at% ±1. 5at%,錯含量為10at% ± I. 5at涂層是由微米級柱狀晶粒組成,成分分布相對均勻。經(jīng)高溫1500°C氧化10h，結(jié)果發(fā)現(xiàn)涂覆涂層處的鎳基合金棒保持較好，然而未被涂覆涂層處氧非常嚴重，表明銥鋯合金涂層表現(xiàn)較好的高溫穩(wěn)定性。實施例2參照圖2，一種高溫穩(wěn)定性火花塞電極涂層及其制備方法包括靶材電源電位10、碗狀合金祀材20、合金涂層30、異形結(jié)構(gòu)火花塞電極基體40、導(dǎo)電襯底50、基體電源電位60。使用鎳基合金棒(尺寸05mm X 10 mm )和異形結(jié)構(gòu)的鎳基合金棒作為基材，銥鉿合金碗狀干鍋作為靶材。將基材表面用金相砂紙?zhí)幚怼伖獠⒎謩e用丙酮超聲清洗，之后烘干。在爐體內(nèi)裝置好，調(diào)節(jié)極間距，抽真空至極限真空后通入氬氣。襯底上放置十五根鎳基合金棒?；牡某练e工藝參數(shù)調(diào)節(jié)工作氣壓至IPa，極限真空度10_5Pa，靶材電位為-500V，基材電位為-100V，極間距為15mm。經(jīng)過5h沉積，可獲得幾微米厚的銥鉿合金涂層，經(jīng)過能譜分析涂層中銥含量為95at% ±1.5&七％，鉿含量為5&七％ ±1.5at%，涂層是由納米級晶粒組成，其成分分布相對均勻。經(jīng)高溫1300°C氧化20h，結(jié)果發(fā)現(xiàn)涂覆涂層處的鎳 基合金棒保持較好，然而未被涂覆涂層處氧非常嚴重，表明納米級銥鉿合金涂層表現(xiàn)較好的高溫穩(wěn)定性。上述僅為本發(fā)明的單個具體實施方式
，但本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進行非實質(zhì)性的改動，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護的范圍的行為。但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何形式的簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種溫穩(wěn)定性火花塞電極涂層，其特征在于該涂層由鉬族金屬及其合金組成。
2.依據(jù)權(quán)利要求書I所述的涂層，其特征在于涂層厚度為10-100μ m。
3.依據(jù)權(quán)利要求書I所述的涂層，其特征在于涂層為銥基材料。
4.依據(jù)權(quán)利要求書I所述的涂層，其特征在于涂層中的合金元素為鋯、鉿、鉭、釔、鋁、鶴中的一種或多種。
5.依據(jù)權(quán)利要求書I所述的涂層，其特征在于涂層中的合金以單質(zhì)形式存在或與銥形成金屬間化合物。
6.依據(jù)權(quán)利要求書I所述的涂層，其特征在于涂層中含有少量的氧元素，構(gòu)成銥-鋯/鉿/鉭/釔/鋁/鎢-氧復(fù)合涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的涂層，其特征在于涂層由納米級或微米級晶粒組成。
8.依據(jù)權(quán)利要求書I所述的涂層，其特征在于涂層中銥含量為75at.% 98at. %，合金元素含量為I. 5at. % 15at. 氧元素含量為O. 5at. % IOat. %。
9.一種高溫穩(wěn)定性火花塞電極涂層的制備方法，其特征在于包括下述順序的步驟 (1)電極基體表面預(yù)先用機械拋光，再堿洗除油、酸洗，之后烘干。
(2)調(diào)節(jié)合金祀材與電極基體之間的距離10 20mm； (3)真空爐內(nèi)極限真空10_3Pa以下，然后打開冷卻水循環(huán)系統(tǒng)； (4)通入IS氣或氧氣，爐內(nèi)工作氣壓O.I 5Pa,氧氣流量5sccm 20sccm ； (5)氣壓穩(wěn)定后，開啟電源，緩慢增加基材電位-100V -300V； (6)基材電壓保持30min后，緩慢增加靶材電位-500V -800V，開始涂層的制備； (7)保持工藝參數(shù)l_5h后，關(guān)閉電源系統(tǒng)和真空系統(tǒng)，冷卻至室溫，關(guān)閉冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，打開爐罩，取出電極基材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫穩(wěn)定性電極涂層，尤其是涉及汽車行業(yè)火花塞電極涂層材料的制備方法。該方法特征在于電極涂層由鉑族金屬及其合金組成，涂層為銥基材料，其中合金元素為鋯、鉿、鉭、釔、鋁、鎢中的一種或多種組成。涂層中的合金以單質(zhì)形式存在或與鉑形成金屬間化合物；銥基涂層中含有少量的氧元素，構(gòu)成銥-鋯/鉿/鉭/釔/鋁/鎢-氧復(fù)合涂層，其中銥含量為75at.％～98at.％，合金元素含量為1.5at.％～15at.％，氧元素含量為0.5at.％～10at.％。高溫穩(wěn)定性電極涂層由納米級或微米級晶粒組成，涂層的厚度為10-100um。
文檔編號C23C14/16GK102899614SQ20121024619
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者陳照峰, 吳王平 申請人:南京航空航天大學(xué)