火花塞制造技术

一种火花塞，具有中央电极和接地电极，其中该中央电极和接地电极中的至少一个包括基体材料和防护材料，该防护材料基本上防止了该基体材料的腐蚀。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】火花塞相关申请的交叉引用本申请主张美国临时专利申请No.60/790,215的权益，申请日为2006年4月7日，其申请的全部公开作为本申请披露的一部分，并通过引用 合并入本申请。
技术介绍
本专利技术涉及具有中央电极和接地电极的火花塞。该中央电极和该 接地电极中的至少一个部分具有基体材料和防护材料，以防止该基体材料的 腐蚀。火花塞在产业中为人熟知，并已长期用于在内燃发动机内引燃。 火花塞的基本功能是在发动机汽缸内引燃气体，其引燃产生动力冲程(power stroke)。由于内燃发动机的特有属性，火花塞会暴露于发动机汽缸内所发生 的很多极端条件中，包括高温和各种腐蚀性可燃气体，这传统地縮短了火花 塞的寿命。火花侵蚀也会縮短火花塞的寿命。电火花侵蚀是指由于汽化电极材料的火花弧的周期性能量，电极 以及特别是火花塞的点火端(firingtip)在操作期间侵蚀受损。传统的火花塞具 有由易受火花侵蚀影响的镍或镍合金所形成的电极。为提高原料经济性，在 发动机内使用新技术导致了更多的能量通过火花塞，以迫使火花跳跃过中央 电极和接地电极之间的间隙，以及潜在地较长的电弧持续时间。该增加的能 量增加了易受火花侵蚀影响的材料的火花侵蚀率，因此，更多的火花塞制造 商不再青睐常规使用的镍或镍合金材料，转而寻求高度耐火花侵蚀的材料， 例如铂、铱、或它们的合金。镍和镍合金传统上非常耐腐蚀，但很多比镍或镍合金更加耐火花 侵蚀的替代金属或替代合金，也易受腐蚀影响。最常用的替代镍或镍合金的 金属是铂、铱、或它们的合金。由于铂和铱通常价格昂贵，所以期望最少量地利用该材料来作为火花部分。因此，由铂或铱或其合金形成的火花部分通 常附于镍或镍合金中央电极上，并在尺寸上最小化。铂和铂合金在降低火花侵蚀方面表现良好，但它们易受腐蚀影响。 另外，铂和铂合金当用于火花部分时可能与可燃组分形成合金，因此可能在 该火花部分上形成圆块或赘生物。长时间后这些赘生物会逐渐影响火花或改 变火花间隙或火花轮廓，由此降低了火花塞的性能。进一步地，因为某些可 燃气体会导致铂火花部分的腐蚀，该种腐蚀会导致火花塞间隙改变，由此降 低了火花塞的性能。火花塞性能的降低可导致发动机失灵，燃料经济性的降 低，以及低劣的发动机性能。为增强火花塞性能和防止在火花塞的火花部分上各种材料的扩 大，很多火花塞制造商最近已转而用铱作为放电或火花部分。由于铱具有非 常高的熔点，因此它高度地耐火花侵蚀，但是在较高操作温度下易受氧化和 其它腐蚀影响。但是，发动机制造商通过发动机改进，对火花塞增加电应力 和热应力，以提高燃料经济性，已经发现，铱在高温下具有非常不稳定的氧 化状态，例如火花塞操作范围的上限(800-1100°C)。相比于传统的发动机， 这些新技术发动机需要通过火花塞提供更多能量，以迫使火化跳跃过中央电 极和接地电极之间的间隙，并使火花塞的操作温度增加。在高温下，火花塞 的铱火花部分可能会遭受严重的腐蚀。在一种特殊的模式中，当钙和/或磷与铱反应导致火花部分腐蚀和 侵蚀时，认为会发生铱的腐蚀。随着发动机制造商试图通过减少摩擦增加燃 油经济性，相对较新的发展是在可燃材料中含有钙和磷，因此，有时容许更 多的油料渗入内燃腔室中。钙和磷主要存在于发动机油料中，尤其是油料添 加剂中。发动机气缸中内燃期间含有有氧的情况下，钙和磷会与铱反应形成 不稳定的化合物，其蒸发并导致火花部分铱的损耗。更具体地，在燃烧和排 气循环过程中，气态的钙会凝结在火花塞的铱火花部分上，尤其是火花部分 的侧边。已知熔融的钙溶解铱，并且铱在含有磷时容易氧化。因此，当磷和 氧与溶解的钙铱混合物反应后形成的化合物非常不稳定，并且易受蒸发或汽 化，这导致了铱火花部分的损耗。更具体地，磷和钙的腐蚀机理通常腐蚀电 极的侧边，而不是朝向相对电极的火花表面，这是由于火花表面上的火花的9活性防止了腐蚀沉积物的堆积。图1中显示出火花部分的部分损耗的火花塞示意图。还应当注意，在约800至110(TC的温度范围内且不含有钙和磷的条 件下，铱仍可能遭受氧化，并且在含有钙和磷的条件下，上述腐蚀过程在低 达60(TC时也可能发生，该温度在火花塞的标准工作范围内。当然，当发动 机压縮增加时，火花塞的温度工作范围将会增加，从而即使在不存在钙和磷 的条件下，铱的氧化将会越来越成为一个难题。
技术实现思路
综上，本专利技术有关一种火花塞，其中中央电极和接地电极中的至 少一个包括火花部分，该火花部分具有高耐火花侵蚀的基体材料以及具有对 火花塞可能经受的各种腐蚀机理的高度抵抗性的防护材料。该防护材料是涂 覆到基体材料或随同该基体材料形成的作为外层的金属合金薄层或者多个金 属层。该防护材料可由具有从镍、铂、钯、铑、铱、钌、铼、铜、铬、钒、 锆、钨、锇、金、铁、和铝所组成的组中选择的至少一种元素的合金形成。本专利技术的其它应用范围将会从以下具体实施方式、权利要求、及 附图进一步说明。但是，应当理解，该具体描述和特定的示例虽然表明了本 专利技术优选的实施方式，但它们仅用于说明目的，在本专利技术主旨和范围内的许 多变化和改进对本领域技术人员而言，是显而易见的。附图说明下面结合所附的权利要求，附图，给出本专利技术的较佳实施例，使能更好地理 解本实专利技术的功能、特点。其中图1是己被严重腐蚀的铱火花部分的示例性示意图； 图2是火花塞的部分截面图；图3是包括火花塞的火花部分的中央电极的放大截面图； 图4是包括火花塞的火花部分的中央电极的放大截面图； 图5是包括火花塞的火花部分的中央电极的放大截面图；图6是包括火花塞的火花部分的中央电极的放大截面图；图7是包括火花塞的火花部分的中央电极的放大截面图8是包括火花塞的火花部分的中央电极的放大截面图； 图9是包括火花部分的接地电极的放大截面图；图IO是显示出扩散边界的火花部分的放大截面图；图11是包括火花塞的火花部分的中央电极的放大截面图，该部分 在防护材料与基体材料扩散之前，具有多层防护材料；以及 图12是包括火花部分的接地电极的放大截面图。具体实施例方式如图所示，本专利技术有关一种火花塞10(图2)，其具有接地电极12 和中央电极20。中央电极20和/或接地电极12包括火花部分30。火花部分 30可粘结、焊接38、或以其他方式接合于中央电极20 (图2)和/或接地电 极12 (图9)。火花部分30包括基体材料36和一般作为外层或防护层的防护材 料34 (图3-9)。如图IO所示，防护材料34可与基体材料相互扩散，从而形 成在防护材料34和基体材料36之间无明显层的火花部分30。更具体地，基 体材料36主要由耐火花侵蚀的材料形成，例如铱(Ir)、钼(Pt)、钯(Pd)、 铑(Rh)、钌(Ru)、铼(Re)、或它们的合金。上述组中最常用的元素包括 铂和铱。用于形成上述基体材料合金的代表性添加物包括从由铱、铂、钯、 铑、钌、铼、锆(Zr)、镍(Ni)、和钨(W)所组成的组中选取的一种或多 种元素。另一种由合金形成的代表性基体材料36更详细地描述于美国专利申 请No.l 1/691,288中，申请日为2007年3月26日，名称为火花塞。尽管 本专利技术将铱或铂或铱合金或铂合金考虑为基体材料，本专利技术并不局限于使用 铱或铂、或铱或铂合金作为基体材料。再一种适于用作基体材料的示例性铱 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火花塞，具有中央电极和接地电极，并且所述中央电极和所述接地电极的至少一个包括火花部分，该火花部分包括基体材料和防护材料，该防护材料包括镍以及从由铂、钯、铑、铱、钌、铼、铜、铬、钒、锆、钨、锇、金、铁、和铝所组成的组中选取的至少一种元素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-4-7 60/790,215;US 2007-4-5 11/697,1241、一种火花塞，具有中央电极和接地电极，并且所述中央电极和所述接地电极的至少一个包括火花部分，该火花部分包括基体材料和防护材料，该防护材料包括镍以及从由铂、钯、铑、铱、钌、铼、铜、铬、钒、锆、钨、锇、金、铁、和铝所组成的组中选取的至少一种元素。2、 根据权利要求1所述的火花塞，其中所述基体材料包括铱。3、 根据权利要求1所述的火花塞，其中所述从由铂、钯、铑、铱、钌、 铼、铜、铬、钒、锆、钨、锇、金、铁、和铝所组成的组中选取的至少一种 元素，是从由铂、钯、铑、铱、钌、和铼所组成的组中选取。4、 根据权利要求1所述的火花塞，其中所述从由铂、钯、铑、铱、钌、 铼、铜、铬、钒、锆、钨、锇、金、铁、和铝所组成的组中选取的至少一种 元素，是从由铜、铬、钒、锆、钨、锇、金、铁、和铝所组成的组中选取。5、 根据权利要求1所述的火花塞，其中所述防护材料的镍含量大于所述 防护层重量的50%。6、 根据权利要求5所述的火花塞，其中所述防护材料包括至少80%重 量比的镍。7、 根据权利要求6所述的火花塞，其中所述防护材料的镍占所述防护层 重量的80%至卯％。8、 根据权利要求1所述的火花塞，其中所述防护材料包括小于99%重 量比的量的镍。9、 根据权利要求8所述的火花塞，其中所述防护材料包括小于95%重 量比的量的镍。10、 根据权利要求1所述的火花塞，其中所述防护材料包括从由铂、钯、 铑、铱、钌、和铼所组成的组中选取的至少一种元素，其含量小于所述防护 层重量的85%。11、 根据权利要求10所述的火花塞，其中所述防护材料包括从由铂、钯、 铑、铱、钌、和铼所组成的组中选取的至少一种元素，其含量小于所述防护 层重量的50%。12、 根据权利要求1所述的火花塞，其中所述防护材料包括从由铂、钯、 铑、铱、钌、和铼所组成的组中选取的至少两种元素的组合物，其含量小于所述防护层重量的90%。13、 根据权利要求1所述的火花塞，其中所述防护材料包括从由铜、铬、 钒、锆、钨、锇、金、铁、和铝所组成的组中选取的至少一种元素，其含量 小于所述防护层重量的40%。14、 根据权利要求13所述的火花塞，其中所述防护材料包括从由铜、铬、 钒、锆、钨、锇、金、铁、和铝所组成的组中选取的至少一种元素，其含量 小于所述防护层重量的20%。15、 根据权利要求14所述的火花塞，其中所述防护材料包括从由铜、铬、 钒、锆、钨、锇、金、铁、和铝所组成的组中选取的至少一种元素，其含量 小于所述防护层重量的5%。16、 根据权利要求1所述的火花塞，其中所述防护材料包括从由铜、铬、 钒、锆、钨、锇、金、铁、和铝所组成的组中选取的至少一种元素，其含量 小于所述防护层重量的0.5%。17、 根据权利要求16所述的火花塞，其中所述防护材料包括从由铜、铬、 钒、锆、钨、锇、金、铁、和铝所组成的组中选取的至少一种元素，其含量 小于所述防护层重量的5%。18、 根据权利要求1所述的火花塞，其中所述防护材料包括从由铜、铬、 钒、锆、钨、锇、金、铁、和铝所组成的组中选取的至少一种元素，其含量 占所述防护层重量的0.5%至50%。19、 根据权利要求18所述的火花塞，其中所述防护材料包括从由铜、铬、 钒、锆、钨、锇、金、铁、和铝所组成的组中选取的至少一种元素，其含量 占所述防护层重量的5%至30%。20、 根据权利要求1所述的火花塞，其中所述防护材料包括从由铜、铬、 钒、锆、钨、锇、金、铁、和铝所组成的组中选取的至少一种元素，其含量 占所述防护层重量的7%至25%。21、 根据权利要求20所述的火花塞，其中所述防护材料包括从由铜、铬、 钒、锆、钨、锇、金、铁、和铝所组成的组中选取的至少一种元素，其含量 占所述防护层重量的10%至18%。22、 根据权利要求1所述的火花塞，其中所述基体材料包括小于40%重 量比的从由铂、钯、铑、钌、和铼所组成的组中选取的一种或多种元素。23、 根据权利要求22所述的火花塞，其中所述基体材料包括小于5%重量比的铑。24、 根据权利要求1所述的火花塞，其中所述防护材料包括0.5%至20%重量比的量的铬。25、 根据权利要求24所述的火花塞，其中所述防护材料包括5%至18% 重量比的量的辂。26、 根据权利要求24所述的火花塞，其中所述防护材料包括小于10% 重量比的从由铜、钒、锆和钨所组成的组中选取的一种或多种元素。27、 根据权利要求26所述的火花塞，其中所述防护材料包括小于7%重 量比的铜。28、 根据权利要求1所述的火花塞，其中所述基体材料包括50%至100% 重量比的铱，并且所述防护材料包括75%至99%重量比的镍、5%至25%重 量比的铬、且其余量从由铜、钒、锆、钨、铂、钯、铑、钌、和铼所组成的 组中的一种或多种元素中选取。29、 根据权利要求28所述的火花塞，其中所述基体材料包括90%至100% 重量比的铱，并且所述防护材料包括80%至90%重量比的镍、10%至20%重 量比的铬、且其余量从由铜、钒、锆、钨、铂、钯、铑、钌、和铼所组成的 组中的一种或多种元素中选取。30、 根据权利要求28所述的火花塞，其中所述防护材料包括小于10% 重量比的铜。31、 根据权利要求1所述的火花塞，其中所述基体材料包括50%至100% 重量比的铱，并且所述防护材料包括0.001%至卯％重量比的镍、小于10% 重量比的铬以及小于10%重量比的铜。32、 根据权利要求1所述的火花塞，其中所述从由铂、钯、铑、铱、钌、 铼、铜、铬、钒、锆、钨、锇、金、铁、和铝所组成的组中选取的至少一种 元素为铂。33、 根据权利要求32所述的火花塞，其中所述铂形成所述防护材料的至 少90%。34、 根据权利要求33所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯D吕科瓦基，艾里纳勒维纳，
申请(专利权)人：费德罗莫格尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]