火花塞电极材料和火花塞制造技术

本发明专利技术涉及包括镍、硅和铜的火花塞电极材料，其中该电极材料在按照规定的使用中在至少其表面的一部分上形成由氧化镍晶粒形成的氧化镍层，其中氧化镍晶粒的晶界相包含硅和／或氧化硅。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】火花塞电极材料和火花塞现有技术本专利技术涉及火花塞电极材料，以及包含电极的火花塞，该电极由火花塞电极材料所构成，和涉及用于制造火花塞电极材料的方法。火花塞在现有技术中在不同的实施方案中是已知的。火花塞在快燃发动机中它们的电极之间产生触发火花用于点燃燃料－空气－混合物。所述火花塞在此具有接地电极和中间电极，其中具有二到五个电极的火花塞构造形式是已知的。这些电极在此置于火花塞外壳（接地电极）上或者作为中间电极置于陶瓷绝缘体中。火花塞的使用寿命受到电极材料的耐腐蚀性和耐侵蚀性所影响。传统的电极材料基于含有铝成分的镍合金。然而，它们的问题在于，在发动机室中的工作条件下，即在高温和氧化气氛的情况下，镍表面的大部分以及在电极材料内部的部分镍通过与周围的氧反应而氧化。由此形成了氧化镍层，该层还包括氧化铝并且具有热绝缘性以及导电抑制性。由此所述氧化镍层在较短时间之后已经易于被腐蚀或者被火花侵蚀。因此，增大了电极间距，这最终导致火花塞的失灵。在按照规定使用火花塞时，氧化层的形成最多可以通过使用由纯贵金属构成的或基于贵金属的电极材料来实现，比如铂或者带有铱的铂合金，该电极材料具有增强的抗火花侵蚀攻击的耐磨性。但是，这样的电极材料，特别是铂，产生巨大的成本，这对于此类大量生产的部件如火花塞是成问题的。
技术实现思路
与此相反，根据本专利技术的具有权利要求1的特征的火花塞电极材料具有优点，即它是基于镍基合金，其使得电极材料的成本和从而火花塞的成本低廉。此外，这种火花塞电极材料具有优点，即在按照规定的使用中，就是说在升高的温度中和氧的存在下，至少在其表面的一部分上在最短的时间内，通常在几小时后已经形成由氧化镍晶粒（Korn）构成的特定结构化的、尤其均质的、相对薄的氧化层。氧化层的结构特征在于，在形成的氧化镍层的氧化物晶界之间，形成临界层－即所谓的晶界相，该临界层有利地对火花侵蚀磨损施加影响，因此降低了由于火花侵蚀而引起的电极材料磨损，从而增加了火花塞电极的使用寿命。通过有针对性地将硅添加到基于镍的初始电极材料（镍基合金），氧化镍晶粒的晶界相在按照规定的电极材料使用中包含硅和／或氧化硅。优选地，氧化镍晶粒的晶界相在按照规定的电极材料使用中由硅和／或氧化硅形成。通过这种包含硅和/或氧化硅的晶界相的构成，有利地影响了氧化层的热机械的、电的或导热的性能。而且，除了所形成的氧化层的电导率之外，还提高了氧化层的耐氧化性，以及它们的热力学稳定性，由此再次减少了电极材料的火花侵蚀磨损。这样在根据本专利技术的火花塞电极材料的操作过程中，在电极材料表面的至少一部分上形成具有晶界相的、尤其氧化镍晶粒的氧化层，该层包含硅和／或氧化硅，或者该层由硅和／或氧化硅组成。该氧化层具有优选6W/mK，特别是至少8W/mK或者甚至10W/mK和更大的高的热导率，以及特别高的电导率。由此，在按照规定的电极材料使用中，位于该电极材料上的电压和作用温度可以迅速均匀地分布到整个电极材料上，由此防止局限于电极表面的小区域上的，即局部的温度最大值和电压最大值，这样显著地减少电极材料的腐蚀和侵蚀。本专利技术所以选择一种新的方式，因为通过有针对性地选择电极材料成分，即镍、铜和硅，优化了在按照规定的使用中所形成的氧化层，不同于现有技术中将主要注意力置于尽可能高的耐腐蚀性。从属权利要求中说明了本专利技术的优选的扩展实施方式。各个元素和化合物的数量值，除非另有说明，分别基于火花塞电极材料的总重量计。优选地，根据本专利技术的火花塞电极材料的特征在于，氧化镍晶粒的晶界相除了硅和／或氧化硅之外还包括铜和／或氧化铜。然而，铜和／或氧化铜的主要部分主要沉积于氧化镍晶粒中。通过除了硅和／或氧化硅之外还包含或者包括铜和／或氧化铜的氧化镍晶粒的晶界相，进一步有利地影响了氧化层的热机械的、电的或导热的性能。优选地，根据本专利技术的火花塞电极材料的特征在于，氧化镍层中的硅和/或氧化硅的含量按氧化镍层的总重量计为1到5重量%，特别是2到4重量%和特别是3重量%。在此，氧化镍层中的硅和/或氧化硅的含量是指存在于晶界相中的硅和/或氧化硅的份额。这一份额可以容易地通过例如扫描电子显微镜上的能量分散X射线光谱法（EDX）测量。从氧化镍晶粒晶界相中较小份额的大约1重量%的的硅和／或氧化硅起，就已经可测量出氧化层电导率明显的升高，该升高增长直至晶界相中的硅和／或氧化硅的含量达到大约5重量%。然而，对于更高的份额，会出现相反的效果。因此，优选硅和/或氧化硅的含量按氧化镍层的总重量计为2到4重量%的范围。此外优选地，火花塞电极材料的特征在于，氧化镍晶粒的大约90％和尤其氧化镍晶粒的大约95％具有小于15微米的晶粒尺寸。具有尽可能小的晶粒尺寸的氧化镍晶粒的形成对于由氧化镍晶粒形成氧化镍层是关键的，其中该氧化镍层具有均匀分布的含硅晶界相。此外，氧化镍晶粒的晶粒尺寸越小，形成的氧化层越坚固。这点可归因于，小的晶粒形成更致密的氧化镍晶粒形成物，由此避免形成比较大的空腔，以及由此所谓的给定断裂点。包含具有晶界相的、由氧化镍晶粒形成的氧化镍层的根据本专利技术的电极材料足够的坚固性可以如下实现，即至少90%和尤其95%的在按照规定使用火花塞电极材料时形成的氧化镍晶粒具有小于15微米的晶粒尺寸。小于15微米的氧化镍晶粒的晶粒尺寸能够例如通过火花等离子（Funkenplasma）对根据本专利技术的电极材料作用而产生。特别优选的是，在按照规定使用火花塞电极材料之前，硅的含量为0.7到1.3重量%，尤其是0.9到1.1重量%，尤其是1重量%，和铜的含量为0.5到1.0重量%，尤其是0.60到0.85重量%，尤其是0.75重量%，和/或镍的含量因此为约97.5至98.5重量%，基于电极材料的总重量计。在低份额的0.7重量%的硅的情况下，已经积极地影响电极材料的氧化行为和在电极材料上形成的氧化层的电阻，即通过在按照规定使用火花塞电极材料时，在氧化镍晶粒的晶界相中含有足够量的、所使用硅的大约1到5重量%的硅和／或氧化硅。然而，从硅的总份额超过1.3重量%起出现相反的效果。通过添加0.5到1.0重量%的铜（基于电极材料的总重量计），电极材料的电阻进一步降低，因为铜离子主要嵌入在氧化镍晶格中，由此提高所形成的氧化层的电导率。这种效果在低的0.5重量%的铜份额时已经可以测量到。然而，铜的份额应该不超过1重量%，因为否则无法充分地保证火花塞电极材料足够的机械强度。尤其优选地，火花塞电极材料因此具有硅的含量为0.9到1.1重量%和尤其是1重量%，以及铜的含量为0.6到0.85重量%，尤其是0.75重量%。在这些份额中，附加的元素硅和铜通过硅和／或氧化硅或者硅和／或氧化硅与铜和／或氧化铜在按照规定使用火花塞电极材料时形成的氧化镍层的氧化镍晶粒的晶界相上的积聚和富集，导致氧化层尤其高的电导率。此外，所形成的氧化层是在热力学和机械方面足够稳定的，从而有效地减少了根据本专利技术的火花塞电极材料的火花侵蚀磨损以及腐蚀。进一步优选地，根据本专利技术的火花塞电极材料的特征在于，晶界相的层厚度小于0.3微米，尤其是小于0.2微米以及尤其是小于0.1微米。晶界相越是较薄地构成，氧化镍晶粒之间的空腔越小，而且氧化层表面越封闭和本身更坚固，从而该层面更好地受到保护而免于火花侵蚀的攻击，因为其仅具有低份额的给定断裂点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.15 DE 102011007532.11.火花塞电极材料，包括镍、硅和铜，该火花塞电极材料基于镍基合金，其中所述电极材料在按照规定的使用中在其表面的至少一部分上形成由氧化镍晶粒形成的氧化镍层，其中所述氧化镍晶粒的晶界相包含硅和/或氧化硅，在所述氧化镍层中的硅和/或氧化硅含量为1到5重量%，基于氧化层的总重量计。2.根据权利要求1所述的火花塞电极材料，其特征在于，所述氧化镍晶粒的晶界相还包含铜和/或氧化铜。3.根据权利要求1或者2所述的火花塞电极材料，其特征在于，在所述氧化镍层中的硅和/或氧化硅含量为2到4重量%，基于氧化层的总重量计。4.根据权利要求1或2所述的火花塞电极材料，其特征在于，所述氧化镍晶粒的至少90％具有小于15微米的晶粒尺寸。5.根据权利要求1或2所述的火花塞电极材料，其特征在于，在按照规定使用所述火花塞电极材料之前，硅的含量为0.7到1.3重量%，和铜的含量为0.5到1.0重量%，和镍的含量为97.5至98.5重量%。6.根据权利要求1或2所述的火花塞电极材料，其特征在于，所述晶界相的层厚度小于0.3微米。7.根据权利要求1或2所述的火花塞电极材料，其特征在于，所述电极材料还包括0.07到0.13重量%的钇...

【专利技术属性】
技术研发人员：S鲍斯，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：
国别省市：