專利名稱：具有高溫性能電極的火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的火花塞，且更具體地涉及包括高溫性能電極的火花塞。
背景技術(shù)：
火花塞廣泛用于引發(fā)在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒。火花塞通常包括陶瓷絕緣體、包圍著陶瓷絕緣體的導(dǎo)電外殼、設(shè)置在陶瓷絕緣體中的中央電極和操作地附接到導(dǎo)電外殼的接地電極。電極每個(gè)都具有放火花端例如尖端、盤、鉚釘形或其它形狀部分。每個(gè)放火花端具有外表面，包括火花接觸表面。放火花端的火花接觸表面通常為彼此相鄰設(shè)置并且在它們之間限定有火花隙的暴露平面。這些火花塞通過(guò)發(fā)出跳過(guò)在中央電極和接地電極之間的火花隙的電火花來(lái)點(diǎn)燃在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的氣體，該氣體的點(diǎn)燃在發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生出動(dòng)力沖程。由于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的特性，火花塞在至少為500°C的高溫并且具有各種腐蝕性燃燒氣體的極端環(huán)境下工作，這通常降低火花塞的使用壽命。電極的放火花端或者在電極的放火花端附近的材料還經(jīng)受由于在火花塞工作期間從電弧的高電弧溫度所導(dǎo)致的局部蒸發(fā)所引起的電腐蝕。隨著時(shí)間，電火花腐蝕、顆粒物和氧化物降低了在中央電極和接地電極之間的火花質(zhì)量，這繼而影響火花塞性能以及所導(dǎo)致的點(diǎn)火和燃燒?，F(xiàn)有的火花塞電極通常由鎳(Ni)材料例如具有非常耐腐蝕和氧化的純Ni或Ni 合金形成。但是，這種Ni電極經(jīng)受大量的電火花腐蝕，這限制了其在火花塞中的使用。為了降低電火花腐蝕的量并且改善Ni電極的性能，已經(jīng)將由貴金屬形成的放火花端附接到由Ni材料形成的底座。貴金屬材料通常為鉬(Pt)材料例如純Pt或其合金。由 Pt材料形成的放火花端具有低的電火花腐蝕速度，因此改善了電極的性能。但是，這種貴金屬的高成本限制了其在整個(gè)電極上的使用。另外，在放火花端中使用Pt材料受到限制，因?yàn)镻t材料經(jīng)受由于在暴露于燃燒室的極端條件和火花時(shí)過(guò)度氧化而引起的球化或橋接。圖7顯示出由Pt合金形成并且包括形成在放火花端處的金屬球的現(xiàn)有技術(shù)放火花端。金屬球通常隨著時(shí)間增長(zhǎng)，并且可以橋接在中央電極和接地電極之間的火花隙。橋接通常影響了電極的性能，這繼而影響所導(dǎo)致的點(diǎn)火和燃燒，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出、燃燒效率、性能以及排放物。放火花端還由銥(Ir)材料例如純Ir或其合金形成。Ir材料不會(huì)經(jīng)受Ni材料和 Pt材料所經(jīng)受的球化或火花腐蝕。但是，Ir材料的使用是有限的，因?yàn)檫@些材料在存在鈣 (Ca)和磷(P)的情況下出現(xiàn)腐蝕。Ca和P往往存在于發(fā)動(dòng)機(jī)油和油添加劑中，放火花端在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中在火花塞的操作期間暴露到它們之中。近來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商在燃燒材料中發(fā)現(xiàn)提高Ca和P含量來(lái)試圖降低摩擦以通過(guò)使得更多發(fā)動(dòng)機(jī)油合金化以滲入到燃燒室中來(lái)提高燃油經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種火花塞，其包括至少一個(gè)電極，所述電極具有由高溫性能合金形成的放火花端。以高溫性能合金的重量百分比計(jì)，該高溫性能合金包含10.0 wt. %至60. Owt. %的量的鉻、0. 5 wt. %至10. Owt. %的量的鈀以及基本上鉬和鎢中的至少一種的余量。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的火花塞中的電極，該電極具有由高溫性能合金形成的放火花端。以高溫性能合金的重量百分比計(jì)，該高溫性能合金包含 10. 0 Wt. %至60. Owt. %的量的鉻、0. 5 Wt. %至10. Owt. %的量的鈀以及基本上鉬和鎢中的至少一種的余量。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種構(gòu)造火花塞的方法，該火花塞包括具有放火花端的電極，該方法包括步驟提供包含鉻、鈀以及鉬和鎢中的至少一種的粉末金屬材料；將所述粉末金屬材料形成為電極的放火花端；并且將所述粉末金屬材料加熱以提供高溫性能合金，其以高溫性能合金的重量百分比計(jì)包含10. 0 wt. %至60. Owt. %的量的鉻、0. 5 wt. %至 10. Owt. %的量的鈀以及基本上鉬和鎢中的至少一種的余量。由高溫性能合金形成的放火花端提供與由Ni材料形成的放火花端提供的耐腐蝕和氧化類似的高耐腐蝕和氧化。但是，該高溫性能合金更適用于電極的放火花端，因?yàn)榕cNi 材料不同，該高溫性能合金還耐電火花腐蝕。該高溫性能合金的電火花腐蝕速率大于等于Pt和Pt-Ni材料的電火花腐蝕速率。 但是，該高溫性能合金更適用于電極的放火花端，因?yàn)樵摳邷匦阅芎辖鹪诟哂?00°C的溫度下不會(huì)出現(xiàn)球化。因此，由該高溫性能合金形成的放火花端給火花塞20提供了改善的性能。


本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)將容易明白，因?yàn)閰⒄战Y(jié)合附圖給出的下面詳細(xì)說(shuō)明將更好地理解它們。圖Ia為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的火花塞在暴露于至少500°C的溫度之前的縱向剖視圖Ib為圖Ia的火花塞的放火花端在暴露于至少500°C的溫度之后的放大剖視圖； 圖2為第二實(shí)施方案的中央電極在暴露于至少500°C的溫度之前的縱向剖視圖； 圖3a為包括Pd涂層的第三實(shí)施方案的中央電極在暴露于至少500°C的溫度之前的縱向剖視圖3b圖3a的中央電極在暴露于至少500°C的溫度之后的剖視圖； 圖4為第四實(shí)施方案的接地電極在暴露于至少500°C的溫度之前的縱向剖視圖； 圖5a為第五實(shí)施方案的接地電極在暴露于至少500°C的溫度之前的縱向剖視圖； 圖5b為圖5a的接地電極在暴露于至少500°C的溫度之后的縱向剖視圖； 圖6為示出發(fā)明實(shí)施例和比較實(shí)施例的火花腐蝕速率的曲線圖；以及圖7為由現(xiàn)有技術(shù)Pt合金形成的放火花接觸表面的剖視圖，顯示出球化。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)Dla，顯示出用于點(diǎn)燃在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料和空氣混合物的代表性火花塞 20。本發(fā)明的一個(gè)方面提供了具有由高溫性能合金形成的放火花端32、38的電極22、24。 如圖Ib所示，放火花端32、38具有外表面34、42，其包括火花接觸表面36、44。以高溫性能合金的重量百分比計(jì)，該高溫性能合金包含10. 0 wt. % (重量百分比)至60. Owt. %量的鉻 (Cr)、0· 5 wt. %至10. Owt. %量的鈀(Pd)以及基本上在鉬(Mo)和鎢(W)中的至少一種的余量。在一個(gè)實(shí)施方案中，放火花端32、38包括在至少500°C的高溫下例如在火花塞20用在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中期間位于火花接觸表面36、44處的氧化鉻(Cr2O3)層50，如圖Ib所示。該高溫性能合金還在高于500°C的溫度下提供了足夠的性能且沒有明顯的電火花腐蝕、侵蝕、球化或氧化。因此，該高溫性能合金給火花塞20提供了改善的性能。在燒結(jié)高溫性能合金之后確定出高溫性能合金的每種元素的存在和量。每種元素的重量百分比基于高溫性能合金的總重量。通過(guò)首先確定在該高溫性能合金中的各種元素的質(zhì)量并且將各種元素的質(zhì)量除以高溫性能合金的總質(zhì)量來(lái)確定出每種單獨(dú)元素的重量百分比?？赏ㄟ^(guò)化學(xué)分析或者通過(guò)觀看放火花端32、38的能量分散波譜(E. D. S.)來(lái)檢測(cè)出在高溫性能合金中的每種元素的存在和量?？梢酝ㄟ^(guò)掃描電子顯微(S.E.M.)儀器來(lái)產(chǎn)生出 E. D. S.。該高溫性能合金包含數(shù)量足以明顯影響高溫性能合金的氧化性能的Cr。Cr的量直接影響了 Cr2O3層50的存在、量和厚度。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包含10. Owt. % 至60. Owt. %量的Cr。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包含15. Owt. %至58. Owt. %量的Cr。在又一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包含23. Owt. %至47. Owt. %量的Cr。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包含至少10. Owt. %量的Cr。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包含至少24. Owt. %量的Cr。在又一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包含至少43. Owt. %量的Cr。在一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包含小于59. Owt. %量的Cr。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包含小于55. Owt. %量的Cr。在又一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包含小于30. Owt. %量的Cr。該高溫性能合金包含數(shù)量足以明顯影響高溫性能合金的氧化性能的Pd。在一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包括0. 5wt%至10. 0wt%的量的Pd。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包括0. 9wt%至7. 6wt%的量的Pd。在再一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包括 3. 6wt% 至 5. 0wt% 的量的 Pd。在一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包括至少0. 5wt%量的Pd。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包括至少1. 6wt%的量的Pd。在再一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包括至少6. 3wt%的量的Pd。在一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包括少于10. 0wt%的量的Pd。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包括少于8. 4wt%的量的Pd。在再一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包括少于3. 0wt%的量的Pd。該高溫性能合金包含數(shù)量足以明顯影響高溫性能合金的火花腐蝕速率的Mo和W 中的至少一種。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金的余量包括Mo和W中的至少一種。Mo和 W中的所述至少一種的重量百分比等于高溫性能合金中的Mo的重量百分比與高溫性能合金中的W的重量百分比之和。通過(guò)首先確定高溫性能合金中的Mo的質(zhì)量以及確定高溫性能合金中的W的質(zhì)量，從而獲得Mo的質(zhì)量和W的質(zhì)量的和，然后將該和除以高溫性能合金的總質(zhì)量，來(lái)確定Mo和W的重量百分比。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括10. 5wt%至90. 0wt%量的Mo和W中的至少一種。換句話說(shuō)，高溫性能合金的余量包括10. 5wt%至90. 0wt%量的Mo和W中的至少一種。 在另一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括24. 8wt%至85. 2wt%量的Mo和W中的至少一種。 在再一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括30. 5wt%至71. 4wt%量的Mo和W中的至少一種。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括至少10. 5wt%量的Mo和W中的至少一種。 在另一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括至少30. 4wt%量的Mo和W中的至少一種。在再一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括至少41. 9wt%量的Mo和W中的至少一種。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括少于90. 5wt%量的Mo和W中的至少一種。 在另一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括少于84. 5wt%量的Mo和W中的至少一種。在再一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括少于60. 3wt%量的Mo和W中的至少一種。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括10. 5襯％至90. 0wt%量的Mo。在另一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括25. 7wt%至79. 2wt%量的Mo。在再一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括32. 4wt%至66. 4wt%量的Mo。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括10. 5襯％至90. 0wt%量的W。在另一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括22. 3wt%至77. lwt%量的W。在再一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括31. lwt%至50. 9wt%量的W0在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括1. 0wt%至89. 0wt%量的Mo和1. 0wt%至 89. 0wt%量的W。在另一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括1. 0wt%至30. 0wt%量的Mo和 35. 0wt%至60. 0wt%量的W。在又一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括23. 0wt%至29. 7wt% 量的Mo和4. 2wt%至21. 9wt%量的W。在一個(gè)實(shí)施方案中，放火花端32、38包括在至少500°C的高溫下例如在火花塞20 在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中使用期間位于火花接觸表面36、44處的Cr2O3層50，如圖3b和5b所示。 在將高溫性能合金加熱至通常為內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度的至少500°C的溫度時(shí)，Cr2O3層50如圖3b和5b所示一樣沿著火花接觸表面36、44形成。Cr2O3層50致密、穩(wěn)定并且具有低的形成自由能量。因此，Cr2O3層50保護(hù)了放火花端32、38的材料受到腐蝕、侵蝕，并且防止由于火花和燃燒室的極端情況而在放火花端32、38處引起的球化。通常，Cr2O3層50沿著包括火花接觸表面36、44的放火花端32、38的整個(gè)外表面34、42形成。但是，Cr2O3層50可以僅沿著整個(gè)火花接觸表面36、44存在，僅存在于火花接觸表面36、44的部分處，僅存在于整個(gè)火花接觸表面36、44和外表面34、42的部分處，或者僅出現(xiàn)在火花接觸表面36、44的部分和外表面34、42的部分處。因此，在至少500°C的溫度下，放火花端32、38包括梯度結(jié)構(gòu)，其中放火花端32、38的材料包含Cr、Pd以及基本上Mo和W中的至少一種的余量，并且外表面34、42包括Cr2O3層50。Cr2O3層50不存在于放火花端32、38的主體內(nèi)。一旦Cr2O3 層50形成在火花接觸表面36、44處，則Cr2O3層50將保持在所有溫度下存在。Cr2O3層50具有明顯影響放火花端32、38的氧化性能的厚度。該厚度在至少為 500°C的溫度下在火花塞20的工作期間還提供充分的每火花燒蝕容量和放電電壓?？梢酝ㄟ^(guò)將放火花端32、38加熱至至少500°C的溫度并且在放火花端32、38上進(jìn)行化學(xué)分析或者通過(guò)用S. Ε. Μ.儀器產(chǎn)生和觀看放火花端32、38的能量分散波譜(E. D. S.)來(lái)檢測(cè)出Cr2O3 層50的存在、量和厚度。在一個(gè)實(shí)施方案中，Cr2O3層50的厚度為0.10微米(μ m)至10.0 μ m。在另一個(gè)實(shí)施方案中，Cr2O3層50的厚度為0. 20 μ m至8. 5 μ m。在再一個(gè)實(shí)施方案中，Cr2O3層50的厚度為1. 8 μ m至6. 3 μ m。在一個(gè)實(shí)施方案中，Cr2O3層50的厚度沿著放火花端32，38的整個(gè)外表面34，42和火花接觸表面36，44是一致的。在另一個(gè)實(shí)施方案中，Cr2O3層50的厚度沿著外表面34，42和火花接觸表面36，44是變化的。如上面所提到的，Cr的量直接影響Cr2O3層50的存在、量和厚度。放火花端32，38 的高溫性能合金需要至少為10. 0wt%量的Cr，從而使得Cr2O3層50具有足以明顯影響放火花端32，38的氧化性能的厚度。但是，當(dāng)Cr存在的量大于60. 0wt%的時(shí)候，Cr2O3層50的厚度大于10.0 ym，這會(huì)導(dǎo)致在火花塞20操作期間的增大的并且是不理想的每火花燒蝕量和放電電壓。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量足以明顯影響高溫性能合金的氧化性能的釔(Y)。Y增強(qiáng)了 Cr2O3層50在放火花端32、38的主體上的粘附。在一個(gè)實(shí)施方案中， 該高溫性能合金包括用量為0. 001 wt. %至0. 200wt. %的Y。在另一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包含用量為0. 040 wt. %至0. 150wt. %的Y。在又一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包含用量為0. 130 wt. %至0. 174wt. %的Y。在一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包含用量至少為0. OOlwt. %的Y。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包含用量至少為0. 036wt. %的Y。在又一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包含用量至少為0. 090wt. %的Y。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包含用量多達(dá)0. 200wt. %的￥。在另一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包含用量多達(dá)0. 175wt.%的Y。在再一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包含用量多達(dá)0. IlOwt. %的Y。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量足以明顯影響高溫性能合金的氧化性能的硅(Si)。在一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包括用量為0. 001 Wt. %至0. 500wt. %的 Si。在另一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包含用量為0.009襯.％至0.441襯.％的51。在還有一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包含用量為0. 010 wt. %至0. 391wt. %的Si。在一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包含用量至少為0. OOlwt. %的Si。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包含用量至少為0. OlOwt. %的Si。在又一個(gè)實(shí)施方案中，該高溫性能合金包含用量至少為0. 200wt. %的Si。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包含用量多達(dá)0. 500wt. %的Si。在另一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包含用量多達(dá)0. 450wt. %的Si。在再一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包含用量多達(dá)0. 388wt. %的Si。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量足以明顯影響高溫性能合金的氧化性能的硅和錳(Mn)中的至少一種。Si和Mn中的所述至少一種的重量百分比等于高溫性能合金中的Si的重量百分比與高溫性能合金中的Mn的重量百分比之和。如上所述，在一個(gè)實(shí)施方案中，Si的重量百分比限于高溫性能合金的0. 500wt%o通過(guò)首先確定高溫性能合金中的Si的質(zhì)量和高溫性能合金中的Mn的質(zhì)量，從而獲得Si的質(zhì)量和Mn的質(zhì)量的和，然后將該和除以高溫性能合金的總質(zhì)量，來(lái)確定Si和Mn的重量百分比。
在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量為0. 001襯％至2. 000wt%&Si和Mn中的至少一種。在另一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量為0. 055wt%至1. 600wt%的Si 和Mn中的至少一種。在再一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量為0. 690襯％至1. 100wt% 的Si和Mn中的至少一種。如上所述，Si的重量百分比限于高溫性能合金的0. 500wt%。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量為至少0. 001wt%的Si和Mn中的至少一種。在另一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量為至少0. 066wt%的Si和Mn中的至少一種。在再一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量為至少0. 990wt%的Si和Mn中的至少一種。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量多達(dá)2. 000wt%的Si和Mn中的至少一種。在另一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量為多達(dá)1. 700wt%的Si和Mn中的至少一種。在再一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量為多達(dá)0. 953wt%的Si和Mn中的至少一種。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量為0. 001wt%至2. 000wt%的Mn。在另一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量為0. 077wt%至1. 922wt%的Mn。在再一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量為0. 188wt%至1. 550wt%的Mn。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量為0. 001wt%至1. 900wt%的Si和用量為0. 001wt%至1. 900wt%的Mn。在另一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量為0. 001wt% 至0. 500wt%的Si和用量為0. 5wt%至1. 950wt%的Mn。在再一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量為0. 540wt%至1. 800wt%的Si和用量為0. 001wt%至0. 780wt%的Mn。在一個(gè)實(shí)施方案中，由高溫性能合金形成的放火花端32，38不包括任何特意添加的鎳(Ni )，因此基本沒有Ni。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量小于5. 0wt%的Ni。 在另一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量小于2. 7wt%的Ni。在再一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金包括用量小于0. 2wt%的Ni。在一個(gè)實(shí)施方案中，放火花端32，38包括沿著外表面34，42，包括火花接觸表面 36，44的鈀(Pd)涂層48，如圖3a和3b所示。如上所述，放火花端32，38的主體包括Cr、Pd， 并且余量基本為Mo和W中的至少一種。Pd涂層48設(shè)置在放火花端32，38的主體上，從而放火花端32，38包括在所有溫度的梯度結(jié)構(gòu)。如圖3b所示，當(dāng)放火花端32，38被加熱至至少500°C的溫度(該溫度通常是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的操作溫度)時(shí)，Cr2O3層50沿Pd涂層48形成。Pd涂層48通過(guò)微涂層過(guò)程，例如電鍍，涂覆在電極22，24的放火花端32，38。Pd涂層48可以沿著放火花端32，38的整個(gè)外表面34，42設(shè)置，僅沿著整個(gè)火花接觸表面36，44 呈現(xiàn)，僅在外表面34，42的部分呈現(xiàn)，或者僅在火花接觸表面36，44的部分呈現(xiàn)。可以通過(guò)將放火花端32、38加熱至至少500°C的溫度并且在放火花端32、38上進(jìn)行化學(xué)分析或者通過(guò)用S. Ε. M.儀器產(chǎn)生和觀看放火花端32、38的能量分散波譜(E. D. S.)來(lái)檢測(cè)出Pd涂層 48的存在、用量和厚度。Pd涂層48具有明顯影響放火花端32，38的氧化性能的厚度。在一個(gè)實(shí)施方案中， Pd涂層48的厚度為L(zhǎng)Oym至1000. Oym或者1. 0毫米(mm)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，Pd涂層48的厚度為9. 0 μ m至900. Oym0在再一個(gè)實(shí)施方案中，Pd涂層48的厚度為55. 0 μ m 至700.0 μ m。在一個(gè)實(shí)施方案中，Pd涂層48的厚度沿著放火花端32，38的整個(gè)外表面 34，42和火花接觸表面36，44是一致的。在另一個(gè)實(shí)施方案中，Pd涂層48的厚度沿著外表面34，42和火花接觸表面36，44是變化的。 在一個(gè)實(shí)施方案中，Pd涂層48的厚度是至少2. 0 μ m。在另一個(gè)實(shí)施方案中，Pd涂層48的厚度是至少64. 0 μ m。在再一個(gè)實(shí)施方案中，Pd涂層48的厚度是至少390. 0 μ m。在一個(gè)實(shí)施方案中，Pd涂層48的厚度是多達(dá)1000. Oym0在另一個(gè)實(shí)施方案中， Pd涂層48的厚度是多達(dá)534. Oym0在一個(gè)實(shí)施方案中，Pd涂層48的厚度是多達(dá)90. Oym0如上所述，本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種用于點(diǎn)燃內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃料和空氣混合物的火花塞20。圖1的示例性火花塞20包括中央電極22和接地電極24，每一個(gè)包括高溫性能合金形成的放火花端32，38。但是在另一個(gè)實(shí)施方案中，只有中央電極22包括高溫性能合金形成的放火花端32，38，接地電極24則不然。在再一個(gè)實(shí)施方案中，只有接地電極 24包括高溫性能合金形成的放火花端32，38，接地電極24則不然。每個(gè)電極22，24的放火花端32，38可以是尖端形、墊狀、盤、球形、鉚釘形或其它形狀部分。如上所述，火花塞20的放火花端32，38中的至少一個(gè)，但是優(yōu)選地兩個(gè)放火花端 32，38包括高溫性能合金。高溫性能合金可以由粉末狀金屬材料制造。粉末狀金屬材料通過(guò)壓制成形或者本領(lǐng)域已知的其它方法來(lái)形成電極(22，24 )的放火花端(28，32 )。另外，粉末金屬材料可以通過(guò)多種冶金方法例如通過(guò)燒結(jié)或者電弧熔化將粉末金屬材料加熱來(lái)形成高溫性能合金。圖1的示例性火花塞20還包括陶瓷材料的絕緣體26和導(dǎo)電金屬材料的外殼28。 陶瓷絕緣體26大體是環(huán)形的，被可支撐地設(shè)置在金屬外殼28之內(nèi)，從而金屬外殼28環(huán)繞陶瓷絕緣體26的一部分。示例性火花塞20的中央電極22設(shè)置在陶瓷絕緣體26的軸向孔內(nèi)。中央電極22 包括第一基部構(gòu)件30和第一放火花端32。第一放火花端32具有包括第一火花接觸表面 36的第一外表面34，如圖Ib所示。第一火花接觸表面36延伸到陶瓷絕緣體26的前端之外。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金形成的第一放火花端32與第一基部構(gòu)件30相獨(dú)立，如圖la、lb和2所示。第一放火花端32附接到第一基部構(gòu)件30。第一放火花端32 可以固定焊接、粘接或者其它方式附接到第一基部構(gòu)件30。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一基部構(gòu)件30包括鎳或者鎳合金。但是如上所述，高溫性能合金形成的第一放火花端32不包括任何故意添加的鎳，并且基本沒有鎳。在另一個(gè)實(shí)施方案中，如圖2所示，第一基部構(gòu)件30包括銅材料例如純銅或者銅合金的第一芯31。在一個(gè)實(shí)施方案中，中央電極22的第一基部構(gòu)件30的至少一部分也是由高溫性能合金形成。第一基部構(gòu)件30和第一放火花端32彼此整合，如圖3a和3b所示。與現(xiàn)有技術(shù)的貴金屬材料相比，高溫性能合金的高導(dǎo)熱性能和相對(duì)的低成本，允許中央電極22完全由高溫性能合金形成。示例性火花塞20的接地電極24被固定地焊接或者以其它方式附接到金屬外殼28 的前端表面，如圖1所示。接地電極24包括第二基部構(gòu)件40和第二放火花端38。第二放火花端38具有包括第二火花接觸表面44的第二外表面42，如圖Ib所示。第二火花接觸表面44位于中央電極22的第一火花接觸表面36附近?；鸹ń佑|表面36，44在它們之間限定了火花間隙46，如圖Ia和Ib所示。在一個(gè)實(shí)施方案中，高溫性能合金形成的第二放火花端38與第二基部構(gòu)件40相獨(dú)立，如圖la、lb和4所示。第二放火花端38附接到第二基部構(gòu)件30。第二放火花端38 可以固定地焊接、粘接或者其它方式附接到第二基部構(gòu)件40。在一個(gè)實(shí)施方案中，第二基部構(gòu)件30包括鎳或者鎳合金。但是如上所述，高溫性能合金形成的第二放火花端38不包括任何故意添加的鎳，并且基本沒有鎳。在另一個(gè)實(shí)施方案中，如圖4所示，第二基部構(gòu)件30 包括銅材料例如純銅或者銅合金的第二芯33。在一個(gè)實(shí)施方案中，接地電極24的第二基部構(gòu)件40的至少一部分也是由高溫性能合金形成的。第二基部構(gòu)件40和第二放火花端38彼此整合，如圖5a和5b所示。與現(xiàn)有技術(shù)的貴金屬放火花端32，38相比，高溫性能合金的高導(dǎo)熱性能和相對(duì)低的成本，允許整個(gè)接地電極24完全由高溫性能合金形成。實(shí)施例1
在一個(gè)實(shí)例實(shí)施方案中，高溫性能合金形成的放火花端32，38包括用量為49. 0wt%的 Cr、用量為2. 0wt%的Pd以及用量為49. 0wt%的鎢。高溫性能合金由粉末金屬制成，并燒結(jié)至具有0. 7毫米的直徑和1. 0毫米厚度的最終盤狀。實(shí)施例2
在第二實(shí)例實(shí)施方案中，高溫性能合金形成的放火花端32，38包括用量為39. 0wt%的 Cr、用量為2. 0wt%的Pd以及用量為59. 0wt%的鎢。高溫性能合金由粉末金屬制成，并燒結(jié)至最終形狀。試驗(yàn)1 一熱火花腐蝕速率
在第二試驗(yàn)中，實(shí)施例1和實(shí)施例2的放火花端32，38以及高溫性能合金形成的另外 8個(gè)實(shí)施例的放火花端32，38的熱火花腐蝕速率與現(xiàn)有技術(shù)的貴金屬合金或者現(xiàn)有技術(shù)的鎳合金形成的對(duì)比的放火花端的熱火花腐蝕速率進(jìn)行比較。對(duì)比的放火花端與實(shí)施例的放火花端32，38具有相同尺寸，直徑為0. 7毫米、厚度為1. 0毫米。實(shí)施例放火花端32，38的組成和對(duì)比的放火花端的現(xiàn)有技術(shù)合金組成列在表1中。實(shí)施例的放火花端32，38以及對(duì)比的放火花端在類似內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的條件下進(jìn)行測(cè)試。熱火花腐蝕測(cè)試模擬放火花條件和溫度條件的環(huán)境。樣品作為陰極測(cè)試300小時(shí)。 在整個(gè)300小時(shí)內(nèi)，樣品加熱并保持在775°C，這是火花塞20的電極22，24的典型操作溫度。在測(cè)試過(guò)程中，還將20KV的放火花電壓保持300小時(shí)。放火花頻率為158Hz。腐蝕速率等于在施加在樣品上的每火花損耗的樣品材料量。腐蝕速率提供高溫性能合金的體積穩(wěn)定性指標(biāo)。腐蝕速率以μ m3/火花來(lái)測(cè)量。樣品的腐蝕速率包括由于兩種腐蝕機(jī)制即高溫氧化腐蝕和火花腐蝕導(dǎo)致的腐蝕速率。熱火花腐蝕試驗(yàn)的樣品腐蝕速率類似于在實(shí)際的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的放火花端的腐蝕速率。高溫性能合金形成的實(shí)施例放火花端32，38的腐蝕速率和比較例放火花端的腐蝕速率還在表1中示出。圖6顯示了火花腐蝕速率測(cè)試結(jié)果的圖形表示。表 權(quán)利要求
1.一種火花塞(20)，包括:具有放火花端(28，32)的至少一個(gè)電極(22，24)； 所述放火花端(28，32)包含高溫性能合金，所述高溫性能合金以所述高溫性能合金的重量百分比計(jì)包含10. 0 wt. %至60. Owt. % 的鉻、0. 5 wt. %至10. Owt. %的鈀以及基本上鉬和鎢中的至少一種的余量。
2.如權(quán)利要求1所述的火花塞(20)，其中所述放火花端(28，32)具有火花接觸表面 (36，44)，并且包括在至少大約500°C的溫度下位于所述火花接觸表面(36，44)處的氧化鉻 (Cr2O3)層 50。
3.如權(quán)利要求2所述的火花塞(20)，其中所述放火花端(28，32)具有包括所述火花接觸表面(36，44)的外表面(34，42)，并且所述表面(34，36，42，44)中的每一個(gè)在至少大約 500°C的溫度下包括所述氧化鉻(Cr2O3)層50。
4.如權(quán)利要求1所述的火花塞(20)，其中所述高溫性能合金包含少于5.Owt. %量的Ni。
5.如權(quán)利要求1所述的火花塞(20)，其中所述高溫性能合金包含多達(dá)0.2wt.%量的釔。
6.如權(quán)利要求1所述的火花塞(20)，其中所述高溫性能合金包含多達(dá)2.Owt. %量的硅和錳中的至少一種。
7.如權(quán)利要求6所述的火花塞(20)，其中所述高溫性能合金包含多達(dá)0.5wt.%量的娃。
8.如權(quán)利要求1所述的火花塞(20)，其中所述放火花端(28，32)具有外表面(34，42)， 并且在所述外表面(34，42)處包括厚度小于1. 0毫米的鈀涂層48。
9.如權(quán)利要求1所述的火花塞(20)，其中所述余量包括10.5wt. %至90. Owt. %量的鉬和鎢中的所述至少一種。
10.如權(quán)利要求1所述的火花塞(20)，其中所述高溫性能合金包括30.Owt. %至 55. Owt. % 量的鉻、1. Owt. % 至 3. Owt. % 量的鈀以及 40. Owt. % 至 55. Owt. % 量的鎢。
11.如權(quán)利要求1所述的火花塞(20)，其中所述高溫性能合金包括20.Owt. %至 40. Owt. % 量的鉻、0. 5wt. % 至 2. 5wt. % 量的鈀、25. Owt. % 至 45. Owt. % 量的鎢以及 25. Owt. % 至45. Owt. %量的鉬。
12.如權(quán)利要求1所述的火花塞(20)，其中所述電極(22，24)包括基部構(gòu)件(30，40)， 并且所述基部構(gòu)件(30，40)和所述放火花端(28，32)彼此獨(dú)立，并且所述放火花端(28，32) 附接到所述基部構(gòu)件(30，40)。
13.如權(quán)利要求1所述的火花塞(20)，其中所述電極(22，24)包括至少部分由所述高溫性能合金形成的基部構(gòu)件(30，40)。
14.如權(quán)利要求13所述的火花塞(20)，其中所述基部構(gòu)件(30，40)和所述放火花端 (28，32)相互成一體。
15.如權(quán)利要求1所述的火花塞(20)，其中所述電極(22，24)的所述基部構(gòu)件(30，40) 包括銅材料的芯部(31，33)。
16.如權(quán)利要求1所述的火花塞(20)，包括中央電極(22)和接地電極(24)。
17.如權(quán)利要求16所述的火花塞(20)，包括具有軸向孔的陶瓷材料絕緣體(26)，所述中央電極(22)設(shè)置在所述絕緣體(26)的所述軸向孔中， 包圍著所述絕緣體(26)的導(dǎo)電金屬材料的外殼(28)，和所述接地電極(24)附接到所述外殼(28)。
18.一種用于火花塞(20)的電極(22，24)，包括 包含高溫性能合金的放火花端(28，32)，所述高溫性能合金以所述高溫性能合金的重量百分比計(jì)包含10. 0 wt. %至60. Owt. % 量的鉻、0. 5 wt. %至10. Owt. %量的鈀以及基本上鉬和鎢中的至少一種的余量。
19.一種構(gòu)成火花塞(20)的方法，所述火花塞包括具有放火花端(28，32)的電極 (22，24)，所述方法包括步驟提供包含鉬和鎢中的至少一種、鉻和鈀的粉末金屬材料； 將所述粉末金屬材料形成為電極(22，24)的放火花端(28，32)；并且將所述粉末金屬材料加熱以提供高溫性能合金，其以高溫性能合金的重量百分比計(jì)包含10. 0 wt. %至60. Owt. %的量的鉻、0. 5 wt. %至10. Owt. %的量的鈀以及基本上鉬和鎢中的至少一種的余量。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，包括在加熱所述粉末金屬材料之前將鈀的涂層48涂覆到粉末金屬材料。
全文摘要
一種火花塞(20)包括具有放火花端(28,32)的至少一個(gè)電極(22,24)。放火花端(28,32)由高溫性能合金形成，其以高溫性能合金的重量百分比計(jì)包含10.0wt.%至60.0wt.%的量的鉻、0.5wt.%至10.0wt.%的量的鈀以及基本上鉬和鎢中的至少一種的余量。放火花端(28,32)具有火花接觸表面(36,44)，并且在至少500℃的溫度下例如在火花塞(20)用在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)期間，在所述火花接觸表面(36,44)處形成氧化鉻(Cr2O3)的層(50)。該Cr2O3層(50)防止了放火花端(32,38)的內(nèi)部受到燃燒室的極端條件的影響，并且防止腐蝕、侵蝕和球化。
文檔編號(hào)H01T13/20GK102484357SQ201080041079
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者D. 利科夫斯基 J., 馬書偉 申請(qǐng)人:美國(guó)輝門(菲德爾莫古)點(diǎn)火系統(tǒng)有限公司