專利名稱：火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的火花塞，其中，貴金屬觸點(diǎn)安裝在用于火花放電的電極上。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，火花塞已用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火。通常使用的火花塞包括金屬殼，該金屬殼圍繞和固定其中的絕緣體，中央電極插入軸向孔中；以及接地電極，接地電極的一端焊接到金屬殼的前端，另一端與中央電極的前端相對(duì)，從而形成火花放電間隙。在火花放電間隙中，給中央電極和接地電極之間的相對(duì)表面上提供貴金屬觸點(diǎn)，用于提高火花塞耐用性。
傳統(tǒng)地，作為用于貴金屬觸點(diǎn)的一種材料，Pt合金具有高熔點(diǎn)、優(yōu)異的耐熱性和良好的抗氧化性。對(duì)于Pt合金制成的貴金屬觸點(diǎn)，火花放電引起的電極損耗程度比采用例如Ni合金這樣的普通金屬制成電極觸點(diǎn)要小。因此，良好的點(diǎn)火性能夠保持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，而且使用壽命也較長(zhǎng)。但是，當(dāng)Pt合金制成的貴金屬觸點(diǎn)應(yīng)用在內(nèi)燃機(jī)的腐蝕性環(huán)境中時(shí)，如果觸點(diǎn)的表層部分發(fā)生晶粒生長(zhǎng)，由于晶粒邊界形成的裂縫，晶?？赡馨l(fā)生脫落。
為了抑制晶粒生長(zhǎng)，已經(jīng)知道添加Ir是有效的。但是，當(dāng)處于高溫環(huán)境時(shí)，Ir易于通過(guò)形成氧化物的形式而揮發(fā)。已經(jīng)提出了一種具有較高耐久性的貴金屬觸點(diǎn)，其中，例如Rh這樣難于氧化和揮發(fā)的貴金屬被包括在Pt-Ir合金中，用于抑制Ir的氧化和揮發(fā)，同時(shí)由于Ir的作用，抑制了Pt的晶粒生長(zhǎng)(例如參見(jiàn)JP-B-61-30014)。
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題但是，近年來(lái)，內(nèi)燃機(jī)的高輸出技術(shù)得到了發(fā)展。因此，內(nèi)燃機(jī)燃燒室，同時(shí)也是火花塞工作的地方，其中的溫度變得比以往更高。盡管Pt具有高熔點(diǎn)、優(yōu)異的耐熱性和良好的抗氧化性，但是，在如今更高的環(huán)境溫度下，有必要擔(dān)心其發(fā)生氧化的問(wèn)題。另一方面，還存在著另一種擔(dān)心，當(dāng)Ir的揮發(fā)而在表層部分產(chǎn)生許多微小間隙時(shí)，貴金屬觸點(diǎn)變脆。為了提高貴金屬觸點(diǎn)的耐久性，可以提高Rh的含量。但是，當(dāng)Rh的含量增加時(shí)，會(huì)促進(jìn)貴金屬觸點(diǎn)的晶粒生長(zhǎng)，而貴金屬觸點(diǎn)的晶粒生長(zhǎng)會(huì)在晶粒邊界形成裂縫。
本發(fā)明正是為了解決以上這些問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有貴金屬觸點(diǎn)的火花塞，即使火花塞工作在高溫環(huán)境下也能提高其耐久性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供的火花塞能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的，該火花塞包括中央電極，絕緣體，金屬殼，接地電極和貴金屬觸點(diǎn)，其中，絕緣體具有在中央電極軸向方向上延伸的軸向孔，并將中央電極固定在軸向孔內(nèi)；金屬殼圍繞著絕緣體并固定絕緣體；接地電極30包括焊接到金屬殼上的第一端部和與中央電極相對(duì)的第二端部，貴金屬觸點(diǎn)連接到中央電極前端部和接地電極第二端部中的至少一個(gè)上，其中，貴金屬觸點(diǎn)90、91中Rh的含量為5-40wt％，“X”的含量為1-20wt％，此處的“X”表示從Ir、Re和Ru中選取的一種或選取的兩種或更多種的組合，Ni的含量為0.2-3wt％，Pt的含量為大于或等于37wt％。
在本發(fā)明的第二個(gè)方面中，在第一方面的基礎(chǔ)上，貴金屬觸點(diǎn)中Rh的含量為10wt％到30wt％。
在本發(fā)明的第三個(gè)方面中，在第二方面的基礎(chǔ)上，Rh的含量為等于或小于20wt％。
在本發(fā)明的第四個(gè)方面中，在第一方面的基礎(chǔ)上，“X”包括Ir，且其含量為5wt％到20wt％。
在本發(fā)明的第五個(gè)方面中，在第四方面的基礎(chǔ)上，Ir的含量為等于或小于8wt％。
在本發(fā)明的第六個(gè)方面中，在第一方面的基礎(chǔ)上，貴金屬觸點(diǎn)中Ni的含量為0.5wt％到2wt％。
在本發(fā)明的第七個(gè)方面中，在第六方面的基礎(chǔ)上，Ni的含量為等于或大于1.5wt％。
在本發(fā)明的第八個(gè)方面中，在第一到第七方面任何一個(gè)的基礎(chǔ)上，貴金屬觸點(diǎn)還包含稀土氧化物。
對(duì)于本發(fā)明第一方面的火花塞，其貴金屬觸點(diǎn)組分如下，Rh的含量為5wt％到40wt％，“X”的含量為1wt％到20wt％，此處的“X”表示從Ir、Re和Ru中選取的一種或選取的兩種或更多種的組合，Ni的含量為0.2wt％到3wt％，Pt的含量為大于或等于37wt％。由于具有這種組分，可以提高在高溫環(huán)境中承受火花放電的貴金屬觸點(diǎn)的耐久性。也就是說(shuō)，加入的“X”對(duì)于抑制Pt的晶粒生長(zhǎng)是有效的，加入的Rh對(duì)于防止“X”的氧化和揮發(fā)是有效的。在包含Pt，Rh，“X”等的合金中加入Ni能抑制合金中“X”或Rh的腐蝕，同時(shí)能提高焊接到接地電極上時(shí)的可焊性。由于貴金屬觸點(diǎn)具有以上組分組合，所以能夠?qū)崿F(xiàn)以上的這些效果。
當(dāng)貴金屬觸點(diǎn)中Rh的含量小于5wt％時(shí)，不足以抑制“X”的氧化和揮發(fā)。當(dāng)Rh的含量大于40wt％時(shí)，能夠提高貴金屬觸點(diǎn)的抗氧化性，但是也促進(jìn)了貴金屬觸點(diǎn)表層的晶粒生長(zhǎng)。因此，由于晶粒邊界形成的裂縫，貴金屬觸點(diǎn)表面的晶?？赡馨l(fā)生脫落(掉落)。
當(dāng)貴金屬觸點(diǎn)中“X”的含量小于1wt％時(shí)，貴金屬觸點(diǎn)表面的晶粒生長(zhǎng)難以得到抑制，由于晶粒邊界形成的裂縫，貴金屬觸點(diǎn)表面的晶?？赡馨l(fā)生脫落(掉落)。另一方面，當(dāng)“X”的含量大于20wt％時(shí)，高溫下可能會(huì)增加發(fā)生氧化和揮發(fā)的“X”的量。由于“X”的氧化和揮發(fā)而在貴金屬觸點(diǎn)的表層部分產(chǎn)生許多微小間隙時(shí)，貴金屬觸點(diǎn)的耐久性降低。
另外，如果Ni的含量小于0.2wt％，當(dāng)把貴金屬觸點(diǎn)焊接到接地電極或中央電極時(shí)，則無(wú)法獲得足夠的可焊性。另一方面，當(dāng)加入過(guò)多的Ni時(shí)，Pt-Rh-X-Ni合金的硬度變得過(guò)高，其可用性降低，同時(shí)生產(chǎn)率也降低。因此，Ni的含量最好不超過(guò)3wt％。通過(guò)加入Ni，可以提高合金表面形成的氧化層的抗腐蝕性。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，Rh的含量?jī)?yōu)選為為10wt％到30wt％。這樣，可以進(jìn)一步有效地防止“X”的氧化和揮發(fā)，同時(shí)進(jìn)一步有效地提高貴金屬觸點(diǎn)的抗氧化性和抑制晶粒生長(zhǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，當(dāng)Rh的含量?jī)?yōu)選為等于或小于20wt％時(shí)，貴金屬觸點(diǎn)的晶粒生長(zhǎng)能得到更好的抑制。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，當(dāng)“X”是Ir，且Ir的含量為5wt％到20wt％時(shí)，能獲得足夠的火花塞耐用性，并能有效地抑制貴金屬觸點(diǎn)表層的晶粒生長(zhǎng)。這是因?yàn)橥琑e或Ru相比，Ir在高溫時(shí)具有優(yōu)異的抗氧化性，“X”是Ir時(shí)，加入的Ir在上述含量范圍內(nèi)時(shí)將更有效。
根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)方面，為了減小氧化和揮發(fā)的傾向而使Ir的含量等于或小于8wt％時(shí)，能在進(jìn)一步提高抗氧化性，同時(shí)獲得抑制貴金屬觸點(diǎn)表層晶粒生長(zhǎng)的效果。
根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)方面，當(dāng)Ni的含量為0.5wt％到2wt％時(shí)，貴金屬觸點(diǎn)的可焊性和火花塞耐用性可以進(jìn)一步得到提高，同時(shí)不會(huì)降低可用性。如上所述，加入Ni能抑制氧化層脫落，并提高焊接到接地電極的可焊性。但是，由于提高了合金自身的硬度，可用性傾向于降低。另一方面，由于Ni的熔點(diǎn)比貴金屬低，限制加入Ni能有效地防止火花塞耐用性降低。為了抑制氧化層脫落以及更恰當(dāng)?shù)乇ＷC對(duì)接地電極的可焊性，以及為了即使在提高火花塞耐用性的前提下也不降低貴金屬觸點(diǎn)的可用性，Ni的含量在0.5wt％到2wt％的范圍內(nèi)是有效的。
因此，當(dāng)Ni的含量等于或小于2wt％時(shí)，不會(huì)降低可用性。在這種狀態(tài)下，按照本發(fā)明的第七個(gè)方面，Ni的含量?jī)?yōu)選為等于或大于1.5wt％時(shí)，因?yàn)檫@樣能進(jìn)一步有效地提高貴金屬觸點(diǎn)的可焊性。
除了本發(fā)明第一個(gè)到第七個(gè)方面中任何一個(gè)的效果外，對(duì)于本發(fā)明第八個(gè)方面的火花塞，可以通過(guò)給貴金屬觸點(diǎn)加入稀土氧化物來(lái)提高其火花塞耐用性，所述稀土氧化物例如是Y2O3和/或La2O3。


圖1是火花塞100的局部截面圖。
圖2用于解釋對(duì)抗氧化性和可焊性的評(píng)價(jià)方法的一個(gè)例子。
圖3是貴金屬觸點(diǎn)的表面照片，其作為一個(gè)確定晶粒生長(zhǎng)程度的比較例。
圖4是貴金屬觸點(diǎn)的表面照片，其作為一個(gè)確定晶粒生長(zhǎng)程度的比較例。
圖5是貴金屬觸點(diǎn)的表面照片，其作為一個(gè)確定晶粒生長(zhǎng)程度的比較例。
附圖標(biāo)記的說(shuō)明附圖標(biāo)記用于表示圖中的各個(gè)結(jié)構(gòu)特征，包括10絕緣體12軸向孔20中央電極30接地電極31前端部32基部40末端金屬殼90，91貴金屬觸點(diǎn)100火花塞本發(fā)明的具體說(shuō)明下文中，將結(jié)合附圖解釋體現(xiàn)本發(fā)明火花塞的具體實(shí)施例。但是，不應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明解釋為只限于其實(shí)施例。首先，參照?qǐng)D1解釋實(shí)施例中火花塞100的結(jié)構(gòu)。圖1是火花塞100的局部截面圖。將參考中央電極20沿軸“O”的方向固定在軸向孔12中的一側(cè)進(jìn)行解釋，這一側(cè)作為火花塞100的前端側(cè)。
如圖1所示，粗略的看，火花塞100包括絕緣體10、金屬殼50、中央電極20、接地電極30以及末端金屬殼40，其中，金屬殼50位于絕緣體10縱向方向上大體中央的部分，金屬殼50固定著絕緣體10；中央電極20沿軸向方向固定于絕緣體10的軸向孔12中；接地電極30具有第一端部(基部32)和第二端部(前端部31)，第一端部(基部32)焊接到金屬殼50的前端表面57上，第二端部(前端部31)與中央電極的前端部22相對(duì)；末端金屬殼40位于中央電極20的后端部。
首先解釋作為火花塞100的絕緣體的絕緣體10。絕緣體10是管狀絕緣元件，其包括沿軸“O”方向的軸向孔12，如公知的那樣，通過(guò)燒制鋁等而形成。具有最大直徑的凸緣部19位于沿軸“O”方向的大體中央位置，后端一側(cè)的部分18位于后端一側(cè)。波紋部分16用于提供爬電距離，其位于比后端一側(cè)的部分18更靠近后端的位置。前端一側(cè)的部分17的外部直徑比后端一側(cè)的部分18的外部直徑小，前端一側(cè)的部分17比凸緣部19更靠近前端一側(cè)。長(zhǎng)腿部13的外部直徑比前端一側(cè)的部分17的外部直徑小，長(zhǎng)腿部13比前端一側(cè)的部分17更靠近前端一側(cè)。長(zhǎng)腿部13的直徑朝著前端一側(cè)的方向逐漸變小，當(dāng)火花塞100安裝在內(nèi)燃機(jī)(未示出)上時(shí)，腿部13暴露在燃燒室內(nèi)。
接下來(lái)解釋中央電極20。中央電極20是柱狀電極，其中的芯部材料23嵌入電極的基底材料21的中央部分，芯部材料23由銅、銅合金或類似物制成，用于提高輻射性，電極的基底材料21由鎳合金或類似物制成，例如INCONEL(商標(biāo))600或601。中央電極20的前端部22從絕緣體10的前端表面凸出，在朝著前端一側(cè)的方向上其直徑逐漸變小。在前端部22的前端表面上，柱狀貴金屬觸點(diǎn)90通過(guò)電阻焊的方式被焊接，因此柱體軸線與中央電極20的軸線一致。中央電極20也通過(guò)密封體14和軸向孔12內(nèi)的陶瓷電阻3與上部的末端金屬殼電連接。高壓導(dǎo)線(未示出)通過(guò)火花塞帽(未示出)與末端金屬殼40連接，高壓電被施加到火花塞帽上。
接下來(lái)解釋金屬殼50。金屬殼50固定絕緣體10，從而將火花塞100固定到內(nèi)燃機(jī)(未示出)上。金屬殼50固定絕緣體10，從而從凸緣部19附近的后端一側(cè)部分19到凸緣部19、前端一側(cè)的部分17和長(zhǎng)腿部13而將絕緣體10環(huán)繞。金屬殼50由低碳鋼材料制成，金屬殼50包括工具接合部分51和螺絲部分52，工具接合部分51用于接受火花塞扳手的擰動(dòng)，螺絲部分52用于旋入發(fā)動(dòng)機(jī)蓋中，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋位于內(nèi)燃機(jī)(未示出)上部。
環(huán)狀的環(huán)形元件6、7位于金屬殼50的工具接合部分51和絕緣體10的后端一側(cè)的部分18之間。另外，在環(huán)形元件6、7之間填充滑石粉9。在工具接合部分51的后端一側(cè)形成有卷曲部分53，通過(guò)使卷曲部分53卷曲而將絕緣體10在金屬殼50內(nèi)穿過(guò)環(huán)形元件6、7和滑石粉9而推向前端一側(cè)。這樣，前端一側(cè)的部分17和長(zhǎng)腿部13之間的梯狀部分15被梯狀部分56所支承，梯狀部分56穿過(guò)板形襯墊8形成在金屬殼50的內(nèi)部圓周上。因此，金屬殼50和絕緣體10結(jié)合在一起。襯墊8保持金屬殼和絕緣體10之間的氣密性，防止燃燒氣體流出。凸緣部分54形成在金屬殼50的中央部分，墊圈54插入和安裝在螺絲部分52(圖1的上部)后端一側(cè)的附近，也就是說(shuō)，墊圈54插入和安裝在凸緣部分54的基座表面55上。
接下來(lái)解釋接地電極30。接地電極30由具有高耐腐蝕性的金屬制成。作為一個(gè)例子，可以使用鎳合金，例如INCONEL(商標(biāo))600或601。接地電極30在其縱向方向上具有大體矩形的截面積，基部32焊接到金屬殼50的前端表面57上。接地電極30的前端部31被彎曲從而與中央電極20的前端部22相對(duì)。作為面對(duì)中央電極20一側(cè)的表面，接地電極30的內(nèi)表面33與中央電極20的軸向方向大體垂直。在內(nèi)表面33上，柱狀貴金屬觸點(diǎn)91類似于中央電極20的貴金屬觸點(diǎn)90，柱狀貴金屬觸點(diǎn)91通過(guò)例如電阻焊的方式被焊接，在貴金屬觸點(diǎn)91和貴金屬觸點(diǎn)90之間形成火花放電間隙。
在該實(shí)施例中，貴金屬觸點(diǎn)90、91的材料是Pt-Rh-X-Ni合金，其中Pt(鉑)作為主要成分，Rh(銠)的含量為5wt％到40wt％，X的含量為1wt％到20wt％(此處的“X”表示從Ir、Re和Ru中選取的一種，或選取的兩種或更多種的組合)，Ni的含量為0.2wt％到3wt％。
Pt的熔點(diǎn)高達(dá)1772C，并具有優(yōu)異的耐熱性和良好的抗氧化性。作為“X”，例如加入Ir，可以抑制Pt的晶粒生長(zhǎng)。Ir具有比Pt更高的熔點(diǎn)，并具有優(yōu)異的耐熱性。因此，Pr-Ir合金的火花塞耐用性比較好。另外，通過(guò)把Rh加入Pr-Ir合金，可以抑制Ir的氧化和揮發(fā)。Rh對(duì)于抑制高溫下Ir的氧化更有效。當(dāng)把少量Ni加入Rh-Ni合金時(shí)，可以提高可焊性。通過(guò)加入Ni，可以提高合金表面上形成的氧化層的抗腐蝕性。
但是，上述效果并不是僅僅通過(guò)給貴金屬觸點(diǎn)90、91加入上述Pt、Rh、Ir和Ni成分獲得的，重要的是，按照特定的組分比整體地(即不可分開(kāi)地)加入它們。當(dāng)貴金屬觸點(diǎn)90、91中的Rh含量為5wt％到40wt％時(shí)，能有效地防止Ir的氧化和揮發(fā)。如果Rh的含量低于5wt％，就不足以抑制Ir的氧化和揮發(fā)。從而，貴金屬觸點(diǎn)90、91的抗氧化性會(huì)降低。如果Rh的含量高于40wt％，貴金屬觸點(diǎn)90、91的抗氧化性會(huì)提高。但是，這樣也促進(jìn)了貴金屬觸點(diǎn)90、91表層的晶粒生長(zhǎng)，由于晶粒邊界形成的裂縫，貴金屬觸點(diǎn)90、91表面的晶?？赡馨l(fā)生脫落(掉落)。下文中評(píng)估測(cè)試的結(jié)果顯示，當(dāng)Pt-Rh-Ir-Ni合金中Rh的含量為10wt％到30wt％時(shí)，本實(shí)施例可以獲得更好的效果。
評(píng)估測(cè)試的結(jié)果還顯示，當(dāng)Rh的含量等于或小于20wt％時(shí)，可以獲得進(jìn)一步的抑制晶粒生長(zhǎng)的效果，同時(shí)保持防止Ir氧化和揮發(fā)的效果。如果重點(diǎn)要獲得抑制晶粒生長(zhǎng)的效果，優(yōu)選采用較低的Rh含量。當(dāng)Rh的含量等于或小于10wt％時(shí)，可以更好的獲得抑制晶粒生長(zhǎng)的效果。
當(dāng)Ir的含量為1wt％到20wt％時(shí)，貴金屬觸點(diǎn)90、91表層的晶粒生長(zhǎng)能得到抑制，抗氧化性也能得到提高。當(dāng)貴金屬觸點(diǎn)90、91中Ir的含量小于1wt％時(shí)，貴金屬觸點(diǎn)90、91表層的晶粒生長(zhǎng)難以得到抑制。因此由于晶粒邊界形成的裂縫，貴金屬觸點(diǎn)90、91表面的晶粒可能發(fā)生脫落(掉落)。另一方面，當(dāng)Ir的含量大于20wt％時(shí)，在高溫時(shí)氧化和揮發(fā)的Ir的量會(huì)提高。也就是說(shuō)，抗氧化性會(huì)降低。由于Ir的氧化和揮發(fā)而在貴金屬觸點(diǎn)90、91的表層部分產(chǎn)生許多微小間隙時(shí)，貴金屬觸點(diǎn)90、91的耐久性降低。當(dāng)Pt-Rh-Ir-Ni合金中Ir的含量為5wt％到20wt％時(shí)，評(píng)估測(cè)試結(jié)果顯示，火花塞耐用性和實(shí)施例的效果均得到提高。
另外，評(píng)估測(cè)試結(jié)果還顯示，高溫時(shí)Ir的氧化和揮發(fā)會(huì)減小貴金屬觸點(diǎn)90、91的耐久性，而當(dāng)Ir的含量等于或小于8wt％時(shí)，則可會(huì)進(jìn)一步降低Ir氧化和揮發(fā)的傾向。同時(shí)，抑制貴金屬觸點(diǎn)表層晶粒生長(zhǎng)的效果會(huì)得到保持而不會(huì)降低。因此，能進(jìn)一步提高抗氧化性。
接下來(lái)，當(dāng)Ir的含量為0.2wt％到3wt％時(shí)，能有效地提高貴金屬觸點(diǎn)90、91的可焊性和可用性。如果Ni的含量小于2wt％，當(dāng)把觸點(diǎn)焊接到接地電極30或中央電極20時(shí)，無(wú)法獲得足夠的可焊性。如果Ni的含量大于3wt％，Pt-Rh-Ir-Ni合金變硬，可用性降低。另外，當(dāng)Ni的含量為0.5wt％到2wt％時(shí)，評(píng)估測(cè)試結(jié)果顯示，火花塞耐用性也得到提高，實(shí)施例的效果也更容易獲得。通過(guò)加入Ni，合金表面形成的氧化層的抗腐蝕性也得到提高。
參照評(píng)估測(cè)試結(jié)果，當(dāng)Ni的含量為1.5wt％到2wt％時(shí)，可用性并沒(méi)有顯著降低。這是有利的，因?yàn)榘奄F金屬觸點(diǎn)90、91焊接到中央電極20或接地電極30的可焊性可以進(jìn)一步得到提高。
例子例1為了確定本發(fā)明的抗氧化性、火花塞耐用性、可焊性、晶粒生長(zhǎng)程度和可用性的效果，根據(jù)作為貴金屬觸點(diǎn)材料的Pt-Rh-X-Ni合金中的各組分含量，進(jìn)行評(píng)估測(cè)試。所有的比例以wt％的形式給出，另有說(shuō)明的除外。
在評(píng)估測(cè)試中，首先，如表1所示，直徑為Ф0.7mm的貴金屬觸點(diǎn)作為樣品生產(chǎn)出來(lái)，其采用30種不同組分的Pt-Rh-X-Ni合金材料?？紤]到貴金屬觸點(diǎn)的高度，0.9mm的貴金屬觸點(diǎn)用于火花塞耐久性評(píng)估測(cè)試，0.3mm的貴金屬觸點(diǎn)用于其它的評(píng)估測(cè)試。
樣品1不含有Ni，其組分為Pt-20Rh-10Ir。樣品2不含有“X”(從Ir、Re和Ru中選取的一種，或選取的兩種或更多種的組合)，其組分為Pt-20Rh-1Ni。樣品3到5除了Pt外只包括一種成分，其組分分別是Pt-20Rh，Pt-20Ir和Pt-20Ni。
樣品6到10，12和14是用于比較的樣品，其中的Rh含量不同。其組分分別是Pt-45Rh-10Ir-1Ni，Pt-40Rh-10Ir-1Ni，Pt-30Rh-10Ir-1Ni，Pt-20Rh-10Ir-1Ni，Pt-10Rh-10Ir-1Ni，Pt-5Rh-10Ir-1Ni和Pt-3Rh-10Ir-1Ni。
樣品11到13，17，18，21和22是用于比較的樣品，其中的Ir含量不同。在樣品11到13中，Rh的含量是5wt％，在樣品17，18，21和22中，Rh的含量是20wt％，作為比較的是，生產(chǎn)各個(gè)樣品時(shí)使其具有不同的Ir含量。樣品11到13，17，18，21和22的組分分別是Pt-5Rh-8Ir-1Ni，Pt-5Rh-20Ir-1Ni，Pt-20Rh-1Ir-1Ni，Pt-20Rh-5Ir-1Ni，Pt-20Rh-20Ir-1Ni和Pt-20Rh-25Ir-1Ni。
樣品15，16和樣品19，20是與樣品17和18比較的樣品，樣品15，16和樣品19，20中的“X”是Re或Ru，樣品17和18分別用Ir作為“X”。上述樣品的各組分分別是Pt-20Rh-1Re-1Ni，Pt-20Rh-1Ru-1Ni，Pt-20Rh-5Re-1Ni和Pt-20Rh-5Ru-1Ni。
樣品23到28是用于比較的樣品，其中Ni的含量不同。各樣品的組分分別為Pt-20Rh-10Ir-0.2Ni，Pt-20Rh-10Ir-0.5Ni，Pt-20Rh-10Ir-1.5Ni，Pt-20Rh-10Ir-2Ni，Pt-20Rh-10Ir-3Ni，Pt-20Rh-10Ir-3.5Ni。
接下來(lái)是樣品29和30，將稀土氧化物加入樣品29和30的Pt-Rh-X-Ni合金中，各組分分別是Pt-20Rh-10Ir-1Ni-1.5Y2O3和Pt-20Rh-10Ir-1Ni-1.5La2O3。
樣品31到33與樣品9相比，其中的“X”包括兩種元素，而總的“X”含量不變。各組分分別為Pt-20Rh-5Ir-5Re-1Ni，Pt-20Rh-5Ir-5Ru-1Ni和Pt-20Rh-5Ru-5Re-1Ni。樣品34與樣品9相比，其“X”采用Re，組分是Pt-20Rh-10Re-1Ni。
按照下文所述的步驟，評(píng)估各個(gè)樣品的抗氧化性、火花塞耐用性、可焊性、晶粒生長(zhǎng)程度和可用性。
對(duì)于抗氧化性的評(píng)估，各樣品在電爐中的空氣環(huán)境下被加熱到1100℃，加熱時(shí)間是30小時(shí)。熱處理之后，各樣品沿著穿過(guò)柱狀軸線的截面被切開(kāi)，利用放大鏡觀察切割面。如圖2所示，在(i)氧化層95(形成于貴金屬91的表面)和(ii)組分部分98(由于貴金屬觸點(diǎn)91的組分中Ir的氧化和揮發(fā)而在組分部分98上形成微小間隙)的總厚度最大的位置處，測(cè)量切開(kāi)的樣品部分的厚度“B”。
厚度“B”與貴金屬觸點(diǎn)91的外部直徑“A”相比較，當(dāng)“B/Ax100(％)”確定的比值小于10％時(shí)，對(duì)樣品的評(píng)估結(jié)果為等級(jí)“A”，即具有優(yōu)異的抗氧化性。類似地，當(dāng)比值為10％到15％時(shí)，對(duì)樣品的評(píng)估結(jié)果為“B”，即具有良好的抗氧化性。當(dāng)比值為15％到25％時(shí)，對(duì)樣品的評(píng)估結(jié)果為“C”，即具有較好的抗氧化性。當(dāng)比值大于25％時(shí)，對(duì)樣品的評(píng)估結(jié)果為“F”，即具有差的抗氧化性和耐久性。
作為抗氧化性評(píng)估測(cè)試的結(jié)果，樣品1到3，6到11，15到21以及23到34被評(píng)估為等級(jí)“A”。樣品12和13被評(píng)估為“B”，樣品5被評(píng)估為“C”，樣品4，14和22被評(píng)估為“F”。
接下來(lái)是對(duì)火花塞耐用性的評(píng)估測(cè)試，由各樣品制成火花塞，其中，將貴金屬觸點(diǎn)焊接到中央電極和接地電極的每一個(gè)上?；鸹ǚ烹婇g隙的大小被調(diào)整為1.05mm。接下來(lái)，使樣品在空氣氛圍下承受0.6Mpa的壓力，同時(shí)承受60Hz頻率和大約16kV的放電電壓并持續(xù)100小時(shí)，然后測(cè)量每個(gè)火花塞樣品的火花放電間隙的增大量。
火花放電間隙的增大量小于0.1mm時(shí)，樣品被評(píng)估為等級(jí)“B”，即具有良好的火花塞耐用性。火花放電間隙的增大量為0.1mm到0.2mm時(shí)，樣品被評(píng)估為等級(jí)“C”，即具有較好的火花塞耐用性?；鸹ǚ烹婇g隙的增大量大于0.2mm時(shí)，樣品被評(píng)估為“F”，即具有差的火花塞耐用性。
在火花塞耐用性的評(píng)估中，樣品1，4，6到14，18，21到26以及29到34被評(píng)估為等級(jí)“B”。樣品3，15到17，19，20和27被評(píng)估為“C”，樣品2，5和28被評(píng)估為“F”。
接下來(lái)是對(duì)各樣品可焊性的評(píng)估測(cè)試，如圖2所示，通過(guò)電阻焊方式焊接到接地電極30的貴金屬觸點(diǎn)91被燃燒器加熱，保持在950℃的溫度持續(xù)2小時(shí)，然后自然冷卻(在室溫環(huán)境中)1分鐘。將上述過(guò)程作為一個(gè)循環(huán)，對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行1000個(gè)循環(huán)操作。然后，各樣品連同接地電極30沿著穿過(guò)柱狀軸線的截面被切開(kāi)，利用放大鏡觀察兩個(gè)焊接面。在焊接面上，測(cè)量在與柱狀軸線垂直的方向上貴金屬觸點(diǎn)91發(fā)生脫落的部分93的長(zhǎng)度“C”。在發(fā)生脫落的切割面的最大長(zhǎng)度上進(jìn)行上述測(cè)量。
將上述長(zhǎng)度與預(yù)先測(cè)量得到的貴金屬觸點(diǎn)91的外部直徑“A”相比較，當(dāng)“C/Ax100(％)”確定的比值小于20％時(shí)，對(duì)樣品的評(píng)估結(jié)果為等級(jí)“A”，即具有優(yōu)異的可焊性。類似地，當(dāng)上述比值為20％到30％時(shí)，對(duì)樣品的評(píng)估結(jié)果為“B”，即具有良好的可焊性。當(dāng)比值為30％到50％時(shí)，對(duì)樣品的評(píng)估結(jié)果為“C”，即具有較好的可焊性。當(dāng)比值大于50％時(shí)，對(duì)樣品的評(píng)估結(jié)果為“F”，即具有差的可焊性，貴金屬觸點(diǎn)易于脫落。
在可焊性的評(píng)估中，樣品25到28被評(píng)估為等級(jí)“A”，樣品4，5，7到14，17到21，24以及29到34被評(píng)估為“B”，樣品2，3，6，15，16，22和23被評(píng)估為“C”，樣品1被評(píng)估為“F”。
接下來(lái)是對(duì)晶粒生長(zhǎng)程度的評(píng)估測(cè)試，各樣品在100℃溫度的真空爐中被熱處理20小時(shí)。之后，利用放大50倍的顯微鏡檢查各樣品的表面，能觀察到有明顯晶粒生長(zhǎng)的樣品被評(píng)估為等級(jí)“F”。如圖3所示是被評(píng)估為“F”的樣品的表面照片的一個(gè)例子，其可以作為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)使用。具有同樣的或更多的晶粒生長(zhǎng)的樣品被評(píng)估為“F”。能觀察到晶粒生長(zhǎng)，但是其晶粒生長(zhǎng)與“F”樣品相比不如“F”樣品明顯的那些樣品被評(píng)估為“C”。晶粒尺寸小于圖3所示的晶粒同時(shí)大于圖4所示的晶粒時(shí)，樣品被評(píng)估為“C”。幾乎看不到晶粒生長(zhǎng)的樣品被評(píng)估為“A”，其晶粒尺寸比圖5所示樣品的表面照片的晶粒尺寸小。另外，晶粒生長(zhǎng)沒(méi)有達(dá)到等級(jí)“C”的程度，但是能觀察到某些晶粒生長(zhǎng)的樣品被評(píng)估為“B”。具有“B”等級(jí)的樣品的晶粒尺寸如圖4或圖5的表面照片所示，或者介于兩者之間。
在晶粒生長(zhǎng)程度的評(píng)估測(cè)試中，樣品9到14被評(píng)估為等級(jí)“A”。樣品4，5，8以及15到34被評(píng)估為“B”，樣品1，2和7被評(píng)估為“C”，樣品3和6被評(píng)估為“F”。
接下來(lái)，在對(duì)可用性的評(píng)估測(cè)試中，即確定生產(chǎn)各粗線樣品時(shí)軋制過(guò)程的生產(chǎn)率(非不良產(chǎn)品與總產(chǎn)品量的比率)。當(dāng)生產(chǎn)率大于或等于70％時(shí)，對(duì)樣品的評(píng)估結(jié)果為等級(jí)“B”，即具有優(yōu)異的可用性。當(dāng)生產(chǎn)率為50％到70％時(shí)，對(duì)樣品的評(píng)估結(jié)果為“C”，即具有良好的可用性，當(dāng)生產(chǎn)率小于50％時(shí)，對(duì)樣品的評(píng)估結(jié)果為“F”，即材料具有差的可用性。
在可用性的評(píng)估測(cè)試中，樣品1到21，23到25以及29到34被評(píng)估為“B”。樣品22，26和27被評(píng)估為“C”，樣品28被評(píng)估為“F”。
在抗氧化性的評(píng)估測(cè)試中，如圖2所示，貴金屬觸點(diǎn)91焊接到接地電極30的一側(cè)，但是，相同的貴金屬觸點(diǎn)90焊接到中央電極20的尖端部。當(dāng)進(jìn)行抗氧化性評(píng)估測(cè)試時(shí)，不必總是如圖2所示將貴金屬觸點(diǎn)91焊接到接地電極30上，可以只利用貴金屬觸點(diǎn)90進(jìn)行該評(píng)估。另外，不必總是利用制成品狀態(tài)的火花塞來(lái)進(jìn)行該項(xiàng)評(píng)估。
通過(guò)對(duì)各樣品的各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果指定權(quán)重和計(jì)算總的結(jié)果，可以獲得各樣品的綜合評(píng)估。權(quán)重的分配方法是，評(píng)估為等級(jí)“A”的樣品得3分，評(píng)估為“B”的樣品得2分，評(píng)估為“C”的樣品得1分，評(píng)估為“F”的樣品得0分。將各樣品的所有分?jǐn)?shù)相加得到總分?？偡值扔诨虼笥?1的樣品被評(píng)估為“A”，具有及其優(yōu)異的性能，總分等于10的樣品被評(píng)估為“B”，具有良好的性能。當(dāng)樣品總分是9時(shí)，樣品被評(píng)估為“C”，表示樣品可以用于實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)樣品總分等于或小于8時(shí)，樣品被評(píng)估為“F”，表示樣品用于火花塞時(shí)具有差的性能。
作為綜合評(píng)估的結(jié)果，樣品8到13，18，21，24到26以及29到34被評(píng)估為等級(jí)“A”。樣品7，17，19，20，23和27被評(píng)估為“B”，樣品14到16被評(píng)估為“C”，樣品1到6，22和28被評(píng)估為“F”。
表1(第一行從左到由依次是)樣品，組分，抗氧化性，火花塞耐用性，可焊性，晶粒生長(zhǎng)，可用性，綜合評(píng)估。
表1


由各評(píng)估測(cè)試可見(jiàn)，樣品1的結(jié)果顯示，當(dāng)貴金屬觸點(diǎn)不包含Ni時(shí)，可焊性變差。樣品2和3的結(jié)果顯示，當(dāng)貴金屬觸點(diǎn)不包含“X”(從Ir、Re和Ru中選取的一種，或選取的兩種或更多種的組合)時(shí)，火花塞耐用性變差。另外，樣品3到5顯示，當(dāng)以Pt為主要組分的貴金屬觸點(diǎn)只包含Rh、“X”和Ni中的一種時(shí)，沒(méi)有效果(綜合評(píng)估是“F”)。
接下來(lái)，從樣品6到10，12和14的結(jié)果可以獲得最佳的Rh含量。樣品6和7顯示，當(dāng)Rh的含量大于40wt％時(shí)，無(wú)法抑制晶粒生長(zhǎng)，樣品12和14顯示，當(dāng)Rh的含量小于5wt％時(shí)，無(wú)法抑制Ir的氧化和揮發(fā)。具體地說(shuō)，當(dāng)Rh的含量為5wt％到40wt％時(shí)，能夠在提高抗氧化性的同時(shí)抑制晶粒生長(zhǎng)。樣品8到10的結(jié)果顯示，當(dāng)Rh的含量設(shè)定為10wt％到30wt％時(shí)，可以同時(shí)強(qiáng)化對(duì)晶粒生長(zhǎng)的抑制和對(duì)抗氧化性的提高。特別地，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Rh的含量被設(shè)定為等于或小于20wt％時(shí)，能進(jìn)一步有效地抑制晶粒生長(zhǎng)。
從樣品11到13，17，18，21和22的結(jié)果可以獲得最佳的Ir含量。樣品17，18，21和22顯示，當(dāng)Ir的含量減少時(shí)，火花塞耐用性的效果降低。樣品2顯示，當(dāng)貴金屬觸點(diǎn)不包含Ir時(shí)，火花塞耐用性惡化。因此，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中最好使Ir的含量等于或大于1wt％。還可以看出，Ir的含量等于或大于5wt％時(shí)更有利于提高火花塞耐用性。另一方面，樣品21和22的結(jié)果顯示，當(dāng)Ir的含量大于20wt％時(shí)，抗氧化性惡化。也就是說(shuō)，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中最好使Ir的含量為1wt％到20wt％，更優(yōu)選為5wt％到20wt％。當(dāng)通過(guò)相對(duì)提高Ir含量的方式把樣品11到13的Rh含量減少到5wt％從而提高抗氧化性的敏感度時(shí)，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在Ir的含量等于或小于8wt％的情況下，能在進(jìn)一步提高抗氧化性的同時(shí)保持抑制晶粒生長(zhǎng)的效果。從樣品15到17之間的比較和樣品18到20之間的比較可見(jiàn)，當(dāng)各組分含量處于上述范圍內(nèi)時(shí)，即使“X”是Re或Ru而非Ir，也能得到優(yōu)選的結(jié)果，但是，當(dāng)“X”是Ir時(shí)，能得到更優(yōu)選的結(jié)果。
接下來(lái)，參照樣品23到28評(píng)估Ni的最佳含量。根據(jù)樣品23和24，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Ni的含量小于0.2wt％時(shí)，可焊性變差，根據(jù)樣品27和28，當(dāng)Ni的含量大于3wt％時(shí)，火花塞耐用性和可用性都出現(xiàn)問(wèn)題。具體地說(shuō)，測(cè)試結(jié)果顯示，當(dāng)Ni的含量為0.2wt％到3wt％時(shí)，樣品具有足夠的性能。另外根據(jù)樣品24到26還可以看出，當(dāng)Ni的含量等于或大于0.5wt％時(shí)，可焊性得到提高，當(dāng)Ni的含量等于或小于2wt％時(shí)，火花塞耐用性得到提高，這構(gòu)成了優(yōu)選的組分范圍。特別地，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)Ni的含量最好為等于或大于1.5wt％，因?yàn)檫@樣能進(jìn)一步提高可焊性。
從樣品29和30的測(cè)試結(jié)果可以看出，在Pt-Rh-X-Ni合金中加入稀土氧化物也是有效的。
應(yīng)當(dāng)注意的是，在各項(xiàng)評(píng)估測(cè)試中，樣品9(Pt-20Rh-10Ir-1Ni)具有較好的結(jié)果，樣品31到34也是經(jīng)過(guò)準(zhǔn)備的和被評(píng)估過(guò)的，在包含“X”(從Ir、Re和Ru中選取的一種，或選取的兩種或更多種的組合)的組分的組合總含量為10wt％不變的情況下，包含“X”的組分的組合不同。所有這些樣品都具有較好的結(jié)果。
當(dāng)然，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種形式的改進(jìn)。例如，本發(fā)明中貴金屬觸點(diǎn)90、91通過(guò)電阻焊的方式焊接到中央電極20或接地電極30上，但是，也可以用激光焊接的方式焊接貴金屬觸點(diǎn)。該實(shí)施例中貴金屬觸點(diǎn)90是柱狀形狀，但是，也可以是長(zhǎng)方體形狀，棱錐形狀或圓錐形狀，也可以是具有大直徑部分和小直徑部分的凸面截面。貴金屬觸點(diǎn)也可以是薄板形狀。也就是說(shuō)，除了貴金屬觸點(diǎn)的形狀，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行其它各種改進(jìn)都是可能的。對(duì)于貴金屬觸點(diǎn)的組成，已經(jīng)對(duì)各種樣品進(jìn)行了準(zhǔn)備和評(píng)估，把從Ir，Re和Ru中選出的一種作為“X”加入樣品中，或者，把從Ir，Re和Ru中選出的兩種作為“X”加入樣品中。但是，也可以同時(shí)選用Ir，Re和Ru這三種元素。在本實(shí)施例中，貴金屬觸點(diǎn)90被焊接到中央電極20上，貴金屬觸點(diǎn)91被焊接到接地電極30上。但是，貴金屬觸點(diǎn)可以只焊接到一個(gè)電極上，或焊接到另一個(gè)電極上，本發(fā)明不限于把貴金屬觸點(diǎn)90、91分別焊接到中央電極20和接地電極30上的實(shí)施例。
無(wú)需說(shuō)明的是，可以對(duì)與火花放電不直接相關(guān)的部分進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。例如，對(duì)滑石粉的使用是可選擇的，彎曲的方法也是可以自由選擇的。另外，并不總是需要在絕緣體上形成波紋。
本發(fā)明適用于采用貴金屬觸點(diǎn)進(jìn)行電極火花放電的火花塞。
本申請(qǐng)基于申請(qǐng)日為2004年12月28日的日本專利申請(qǐng)JP2004-381527，在此將其全部?jī)?nèi)容作為參考并進(jìn)行引用，如同該申請(qǐng)?jiān)敿?xì)描述的那樣。
權(quán)利要求
1.一種火花塞，包括中央電極；絕緣體，所述絕緣體具有在所述中央電極軸向方向上延伸的軸向孔，并將所述中央電極固定在所述軸向孔內(nèi)；金屬殼，所述金屬殼圍繞著所述絕緣體并將所述絕緣體固定在其中；接地電極，所述接地電極包括焊接到所述金屬殼上的第一端部和與所述中央電極相對(duì)的第二端部；以及貴金屬觸點(diǎn)，所述貴金屬觸點(diǎn)焊接到所述中央電極的前端部和所述接地電極的所述第二端部中的至少一個(gè)上；其中所述貴金屬觸點(diǎn)包含Rh，含量為5-40wt％；Ir、Re和Ru中的至少一種，含量為1-20wt％；Ni，含量為0.2-3wt％；以及Pt，含量為等于或大于37wt％。
2.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其中所述貴金屬觸點(diǎn)包含的Rh的含量為10-30wt％。
3.如權(quán)利要求2所述的火花塞，其中所述貴金屬觸點(diǎn)包含的Rh的含量為等于或小于20wt％。
4.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其中所述貴金屬觸點(diǎn)包含的Ir的含量為5-20wt％。
5.如權(quán)利要求4所述的火花塞，其中所述貴金屬觸點(diǎn)包含的Ir的含量為等于或小于8wt％。
6.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其中所述貴金屬觸點(diǎn)包含的Ni的含量為0.5-2wt％。
7.如權(quán)利要求6所述的火花塞，其中所述貴金屬觸點(diǎn)包含的Ni的含量為等于或大于1.5wt％。
8.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其中所述貴金屬觸點(diǎn)還包含稀土氧化物。
全文摘要
一種火花塞，包括貴金屬觸點(diǎn)，所述貴金屬觸點(diǎn)焊接到中央電極的前端部和與中央電極相對(duì)的接地電極的端部中的至少一個(gè)。所述貴金屬觸點(diǎn)包含Rh，含量為5wt％到40wt％；Ir、Re和Ru中的至少一種，含量為1wt％到20wt％；Ni，含量為0.2wt％到3wt％；以及Pt，含量為等于或大于37wt％。
文檔編號(hào)H01T13/39GK1797880SQ20051013572
公開(kāi)日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者吉本修, 松原佳弘 申請(qǐng)人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社