專利名稱：火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種火花塞，尤其涉及一種具有高耐用性的火花塞。
背景技術(shù)：
關(guān)于常見的火花塞，已經(jīng)知道存在一種火花塞，其中，貴金屬尖端(下文稱之為尖端)焊接于電極(中心電極或外電極)主體的前端，從而延長火花塞的壽命。在這種火花塞中，主要成分為鎳的鎳合金一般用于電極主體。但是當(dāng)尖端與主要成分為鎳的電極主體簡單焊接在一起時，令人擔(dān)心的是，在使用中尖端會與電極主體分離從而損壞耐用性。所以，以下的專利文獻1中披露了這樣一種技術(shù)，即，將鎳也包含于尖端中，從而抑制尖端脫落。此外，以下的專利文獻2中披露了另一種技術(shù)，即，將尖端設(shè)計為具有由低鎳含量部分和高鎳含量部分構(gòu)成的兩層結(jié)構(gòu)，該高鎳含量部分與電極主體焊在一起。
專利文獻1日本專利特開平No.26480/1983專利文獻2日本專利特開平No.135081/1986發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的問題近年來，需求一些具有在比傳統(tǒng)使用條件更苛刻的使用條件下抑制電極磨損的性能(耐磨性)的火花塞。僅通過調(diào)節(jié)上述專利文獻1和上述專利文獻2所披露的尖端中的鎳含量是不能滿足這些需求的。
也即，防止尖端脫落的目的可通過使所述尖端含有足夠的鎳來解決，該鎳是電極主體的主要成分。但是，尖端中鎳含量的增加導(dǎo)致尖端的熔點等等降低，從而尖端的耐磨性趨向于削弱。因此，已證實這樣一種的情況，即，在較苛刻的使用條件下幾乎不可能獲得足夠的耐用性。
本發(fā)明是考慮到上述情況而開發(fā)出來的。本發(fā)明的目的是提供一種火花塞，其中在不增加尖端中鎳含量的情況下可以防止該尖端脫落，并可獲得足夠的耐磨性。
解決所述問題的方法為此，本發(fā)明人回顧了形成外電極的電極主體部的電極材料，以便可防止所述尖端脫落。結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)考慮了下面將描述的這些內(nèi)容，即形成電極主體部的組分為尖端所用的量，此時該組分的均衡等等時，電極主體部能夠防止尖端脫落并能夠獲得足夠耐磨性。基于這種發(fā)現(xiàn)，完成了本發(fā)明。
也即，本發(fā)明提供(1)一種火花塞，其包括外電極和中心電極，該外電極包括電極主體部和與該電極主體部相結(jié)合的尖端，該中心電極與尖端隔著火花放電間隙而對立，所述的火花塞的特征在于上述電極主體部由鎳合金制成，以質(zhì)量百分比計算，該鎳合金包含13-18％的鉻，0.03-0.08％的碳，1-3.5％的鉬，68％或更高的鎳。
(2)根據(jù)上述段(1)的火花塞，其特征在于，上述鎳合金具有185-220Hv的硬度。
(3)根據(jù)上述段(1)或(2)的火花塞，其特征在于，上述鎳合金具有在900℃時高于120MPa的拉伸強度。
(4)根據(jù)上述段(1)-(3)中任一段的火花塞，其特征在于，以質(zhì)量百分比計算，上述鎳合金中的硅、鋁、錳和鈦的總含量不高于0.8％。
(5)根據(jù)上述段(1)-(4)中任一段的火花塞，其特征在于，上述尖端由鉑合金制成，以質(zhì)量百分比計算，該鉑合金包含4％或更少的鎳。
(6)根據(jù)上述段(1)-(5)中任一段的火花塞，其特征在于，上述外電極用于陰極側(cè)。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的火花塞，當(dāng)火花塞在惡劣條件下使用時，在防止尖端脫落的同時可以獲得足夠的耐磨性。
此外，當(dāng)鎳合金的硬度處于預(yù)定范圍內(nèi)時，鎳合金在加工性特別是冷加工性方面占優(yōu)勢，這樣外電極可被精確地加工和定位。結(jié)果，在防止昂貴的尖端脫落的同時可以獲得足夠的耐磨性。
此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在近年來所要求的使用條件下，特別是當(dāng)火花塞的外電極用于陰極側(cè)時，令人擔(dān)心的是，傳統(tǒng)的規(guī)格可能會導(dǎo)致尖端在某些熱循環(huán)條件下脫落。
由于火花放電引起的電極消耗在陰極側(cè)較高，陰極的各種特性不得不調(diào)節(jié)至具有較高耐磨性。在背景技術(shù)里的火花塞中，充分考慮了中心電極，這是因為將中心電極用于陰極側(cè)以及將外電極用于陽極側(cè)是理所當(dāng)然的。然而，近年來，已經(jīng)開發(fā)出這樣一種系統(tǒng)，即陰極電源以與背景技術(shù)中相同的方式與多個氣缸中的中心電極相連，而陽極電源與其它氣缸中的外電極相連。也即，在一些火花塞中，根據(jù)火花塞在氣缸中的安裝，它們的外電極用于陰極側(cè)。因此，火花塞用于比背景技術(shù)中預(yù)計的更惡劣的條件中。當(dāng)使用本發(fā)明的火花塞時，可以獲得足夠的耐磨性，同時防止尖端脫落。


圖1為解釋性視圖，示出了放大20倍的本發(fā)明產(chǎn)品(實例1)中的外電極的尖端附近的部分。
圖2為解釋性視圖，示出了放大20倍的對比產(chǎn)品(對比例9)中的外電極的尖端附近的部分。
圖3為解釋性視圖，示出了放大400倍的圖1(實例1)中的矩形區(qū)域。
圖4為解釋性視圖，示出了放大400倍的圖2(對比例9)中的矩形區(qū)域。
圖5為解釋性視圖，示出了放大400倍的實例1中的外電極的一部分測定表面。
圖6為解釋性視圖，示出了放大400倍的比較例9中的一部分外部電極。
圖7為局部剖視圖，示意性地示出了本發(fā)明的火花塞實例。
圖8為解釋性視圖，示出了放大的本發(fā)明火花塞的電極附近的實例。
圖9為解釋性視圖，示出了放大的本發(fā)明火花塞的電極附近的另一實例。
圖10為解釋性視圖，示出了放大的本發(fā)明火花塞的電極附近的再一個實例。
圖11為解釋性視圖，示出了當(dāng)測量實例中的尖端存活率時火花塞。
附圖標(biāo)記說明100；火花塞，10；外電極，11；外電極的電極主體部，12；外電極尖端，20；中心電極，21；中心電極尖端，221和222；導(dǎo)電玻璃，23；電阻器，24；端電極，30；輔助電極，40；絕緣體，50；金屬外殼，51；與內(nèi)燃機相連的螺紋部，52；卷曲部(crimping portion)，611和612；密封劑，62；滑石，P1；中心電極的前端面，P2；中心電極的側(cè)面，和P3；半截面。
具體實施例方式
以下將詳細描述本發(fā)明。
火花塞
(1)電極材料(鎳合金和鉑合金)在本發(fā)明的火花塞中，外電極的電極主體部由鎳合金制成，以質(zhì)量百分比計算，該鎳合金具有13-18％的鉻、0.03-0.08％的碳、1-3.5％的鉬、68％或更多的鎳。
上述的“鎳合金”構(gòu)成外電極的電極主體部。在包含于鎳合金的元素當(dāng)中，上述的“鉻”可在電極主體部中形成氧化膜。以質(zhì)量百分比計算，鉻的含量為13-18％(優(yōu)選15-17％)。以質(zhì)量百分比計算，當(dāng)鉻含量低于13％時，難以獲得該鉻含量的效果，這樣抗氧化性降低。因此，隨著不斷地使用，具有從電極主體部與尖端之間的界面容易地且逐漸地推進氧化的傾向。所以，尖端易于與電極主體部分離。相反，以質(zhì)量百分比計算，當(dāng)鉻含量超過18％時，電極主體部變得堅硬從而具有加工性降低的趨勢。此外，導(dǎo)熱性被過度降低，從而不能實現(xiàn)從電極主體部釋放出足夠的熱量。因此，尖端的溫度易于增加，從而耐磨性(例如，實例中所示的存活率等)降低。附帶地，利用色散X-線分光計(下文簡稱為“WDS分析”)通過電極微量分析器分析來測量鉻含量。
此外，上述的“碳”可提高電極主體部的高溫強度，并有效防止由于熱應(yīng)力造成的尖端脫落。以質(zhì)量百分比計算，碳含量為0.03-0.08％(優(yōu)選0.04-0.07％)。以質(zhì)量百分比計算，當(dāng)碳含量低于0.03％，該電極主體部由于碳的含量，難以獲得提高高溫強度的效果。相反，以質(zhì)量百分比計算，當(dāng)碳含量超過0.08％時，電極主體部變得堅硬，從而具有加工性(尤其是冷加工性)降低的趨勢。附帶地，碳含量通過紅外吸收分析來測量。
另外，上述“鉬”可增加電極主體部的高溫強度和抗高溫氧化性。以質(zhì)量百分比計算，鉬含量為1-3.5％(優(yōu)選2-3％)。以質(zhì)量百分比計算，當(dāng)鉬含量低于1％時，該電極主體部由于鉬含量，難以獲得提高高溫強度的效果(防止尖端由于熱應(yīng)力而脫落)。此外，具有鎳合金的組分不會充分擴散至尖端內(nèi)的傾向，這樣尖端通過焊接進行粘結(jié)的粘結(jié)強度不可能足夠緊固。相反，以質(zhì)量百分比計算，當(dāng)鉬含量超過3.5％時，鎳合金變得堅硬，從而使加工性(尤其是冷加工性)趨向于降低。附帶地，鉬含量通過WDS分析來測量。
此外，上述“鎳”用作鎳合金的主要組分，以質(zhì)量百分比計算，鎳含量不低于68％(優(yōu)選不低于72％以及不高于82％)。附帶地，鎳含量通過WDS分析來測量。
另外，優(yōu)選的是，以質(zhì)量百分比計算，電極主體部中的硅、鋁、錳和鈦的總含量不高于0.8％。一般地，當(dāng)這些元素作為殘余還原劑而被包含在內(nèi)時，不能塑料變形的氧化物在粘結(jié)的時刻形成于尖端與鎳合金之間的界面上。此外，這種氧化物在使用中還可形成保護性氧化膜。相信這些氧化物由于熱應(yīng)力將導(dǎo)致尖端脫落。以質(zhì)量百分比計算，當(dāng)這些元素的總含量超過0.8％時，就令其它元素難以獲得抗氧化的效果。因此，在使用中，氧化作用從電極主體部和尖端之間的界面逐漸地推進，這樣尖端易于與電極主體部分離。此外，優(yōu)選的是，以質(zhì)量百分比計算，硅、鋁、錳和鈦中的每種的含量不高于0.35％。附帶地，硅、鋁、錳和鈦的含量通過原子吸收光譜測定法來測量。
這種鎳合金可包括上述元素鎳、鉻、碳、鉬、硅、鋁、錳和鈦之外的其它元素。其它元素之一為鐵。鐵具有加工和制造鎳合金的附加效果。以質(zhì)量百分比計算，鐵含量不特別限制，但鐵含量優(yōu)選為5-12％(更優(yōu)選為6-10％)。當(dāng)鐵含量處于該范圍時，可以獲得鐵含量的效果，特別是足夠的高溫強度。附帶地，鐵含量通過WDS分析來測量。
其它元素的其它實例包括鈮、鉭、鎢等。
優(yōu)選的是，以質(zhì)量百分比計算，這些其它元素的總含量不高于2％(不包括0％)。以質(zhì)量百分比計算，當(dāng)其它元素的總含量超過2％時，本發(fā)明中鎳合金所需的性能幾乎不能充分發(fā)揮。
僅可包含這些其它元素(鐵、鈮、鉭、鎢等)中的一種，或者可包含該其它元素中的兩種或多種。
此外，上述成分范圍內(nèi)的這種鎳合金在25℃時的硬度優(yōu)選為185-220Hv(更優(yōu)選為200-220Hv)。當(dāng)硬度處于該范圍內(nèi)，特別是高粘結(jié)強度可通過焊接獲得，并且加工性(尤其是冷加工性)也尤其好。這樣，可形成精密的外電極。結(jié)果，所得到的火花塞在防止尖端脫落的同時可具有充分的耐磨性。
而且，優(yōu)選的是，上述成分范圍內(nèi)的這種鎳合金在900℃時的拉伸強度不低于125Mpa。當(dāng)拉伸強度處于這個范圍時，所獲得的外電極在防止尖端脫落的同時具有充分的耐磨性。
另一方面，優(yōu)選的是，尖端由鉑合金制成，以質(zhì)量百分比計算，該鉑合金中的鎳含量不高于4％。由于鎳合金構(gòu)成前面所述的電極主體部，鎳含量可提高粘結(jié)特性。以質(zhì)量百分比計算，當(dāng)鎳含量超過4％時，尖端的耐熱性易于降低從而不能獲得足夠耐磨性。所以，以質(zhì)量百分比計算，不優(yōu)選的是鎳含量超過4％。附帶地，鎳含量通過WDS分析來測量。
此外，這種鉑合金一般含有除了鉑和鎳之外的其它元素。其它貴金屬元素可包括各種貴金屬元素(銥、釕、銠等)?？砂@些其它元素中的僅僅一種，或者可包含這些其它元素中的兩種或多種。此外，優(yōu)選的是，以質(zhì)量百分比計算，這些其它元素的總含量不高于40％(除了0％)。以質(zhì)量百分比計算，當(dāng)這些其它元素的總含量超過40％時，本發(fā)明的鉑合金所需的性能幾乎不能充分地發(fā)揮。
在這些其它元素之中，銥可形成具有鉑的完全固溶體從而獲得增加鉑合金熔點的效果。銥含量不進行特別限制，但以質(zhì)量百分比計算，優(yōu)選為5-30％(更優(yōu)選為10-25％)。當(dāng)銥含量處于該范圍時，銥含量的效果可充分獲得，而且可獲得良好加工性。附帶地，銥含量通過WDS分析來測量。
此外，上述組分范圍內(nèi)的這種鉑合金的硬度在25℃時優(yōu)選為200-500Hv(更優(yōu)選為250-400Hv)。當(dāng)硬度處于該范圍內(nèi)時，特別高粘結(jié)強度可通過焊接獲得。
因此，就構(gòu)成如上所述電極主體部的預(yù)定鎳合金來說，可防止尖端脫落，并可獲得足夠的耐磨性。相信這特別依賴于預(yù)定含量的鉬。在使用中隨著構(gòu)成電極主體部的鎳合金的溫度升高，鎳合金的組分的擴散系數(shù)增加。因而，據(jù)觀察，鎳合金的組分逐漸擴散至構(gòu)成尖端的鉑合金內(nèi)。鉬的原子半徑較大，并且鉬構(gòu)成具有鎳的固溶體。所以，相信鉬在鎳合金的晶格中產(chǎn)生應(yīng)變從而進一步加速其它元素的擴散。
同時，還觀察到電極主體部與尖端之間的界面由于這種擴散條件的變化而發(fā)生改變。經(jīng)證明，主要當(dāng)沒有充分包含鉬時，所述改變導(dǎo)致電極主體部與尖端之間的界面中的間隙在使用中由于熱應(yīng)力而逐漸形成并最終導(dǎo)致尖端脫落(見圖2，4和6)。另一方面，當(dāng)包含預(yù)定范圍的鉬時，尖端中出現(xiàn)晶間裂紋(許多微裂紋)(例如，電極主體部與尖端之間的界面至尖端的距離約20-30μm)，但其后不再發(fā)生大的變化，并且尖端也不會出現(xiàn)脫落(見圖1，3和5)。相應(yīng)地，可以認為，鉬增加了每個其它元素的擴散速度，由此形成晶間裂紋，該晶間裂紋很好地吸收熱應(yīng)力，這是防止本發(fā)明產(chǎn)品中的尖端脫落的一個因素。
這些晶間裂紋的大小和數(shù)目不進行特別限制。一般地，當(dāng)其長度約為10-50μm，在50平方微米的區(qū)域中觀察到大約1-5個裂縫時，可充分防止尖端脫落。
(2)電極附近的結(jié)構(gòu)本發(fā)明的火花塞包括外電極和中心電極，該外電極包括電極主體部和與該電極主體部相結(jié)合的貴金屬尖端，該中心電極與貴金屬尖端對立相距火花放電間隙。
上述的“外電極”包括鎳合金制成的電極主體部(11)和鉑合金制成的尖端(12)。至于這種外電極(10)，僅可設(shè)置一個外電極(例如，圖7和8)，或者可設(shè)置兩個或多個外電極(例如，圖9)。而且，如圖10所示，根據(jù)本發(fā)明可設(shè)置一個外電極(10)，并且可設(shè)置其它材料制成的輔助電極(30)。
上述的“電極主體部”是用于支撐尖端(12)的部件。一般地，電極主體部設(shè)成從后面將描述的金屬外殼(50)(見圖7-10)伸出。附帶地，電極主體部和金屬外殼可獨立形成，然后彼此粘結(jié)，或一體形成。
上述的“尖端”設(shè)置在外電極(10)的電極主體部(11)的前端部，從而與中心電極(20)相對。至于尖端(12)，一個主體部僅可設(shè)置一個尖端，或者一個主體部可設(shè)置兩個或多個尖端。此外，該尖端(12)與中心電極(20)對立相距火花放電間隙(G)。上述的“對立”意為位置關(guān)系，其中，中心電極(當(dāng)中心電極尖端(21)如下文將描述地設(shè)置時的中心電極尖端)和尖端(外電極尖端)可經(jīng)由穿過所述空間(火花放電間隙)的虛擬直線而相連。換言之，可以排除這樣的位置關(guān)系，即由于設(shè)置其間的外來物質(zhì)的干擾，中心電極表面的任何位置與尖端表面的任何位置不能通過虛擬直線直接相連。當(dāng)排除了這種位置關(guān)系時，相互位置關(guān)系不進行特別限制。例如，尖端可如圖8所示地與中心電極的前端面(P1)相對(至少部分相對)，或者可如圖9所示地與中心電極的側(cè)面(P2)相對(至少部分相對)。
這種尖端(外電極尖端)的形狀不進行特別限制。尖端可成形為圓盤形狀、長方體形狀、立方體形狀等。此外，優(yōu)選地，尖端的尺寸適于內(nèi)燃機的規(guī)格。優(yōu)選最大表面(與中心電極相對的最大表面)的表面積不小于0.5mm2(其上限不進行特別限制，但約3mm2或更小)。此外，尖端的厚度不進行特別限制，但從耐磨的角度看，優(yōu)選尖端的厚度不比0.2mm更薄(其上限不進行特別限制，但約0.6mm或更薄)。
上述的“火花放電間隙”是將中心電極(21)與尖端(12)彼此分開的空間?；鸹ǚ烹婇g隙(G)的距離優(yōu)選適于內(nèi)燃機等的規(guī)格，但一般地約0.5-1.5mm。
上述“中心電極”可以是由耐熱金屬等制成的整體部件，但中心電極主要包括設(shè)置在其前端部的尖端(21)(為了與外電極的尖端區(qū)分開來，以下稱之為“中心電極尖端”)，該尖端主要成分為與外電極(10)相同的貴金屬。中心電極尖端的形狀不進行特別限制。中心電極尖端可成形為圓柱形、方棱柱形、立方體形、圓盤形、長方體形等等。此外，這種中心電極尖端可由任何材料制成，只要它能執(zhí)行電極尖端的功能。雖然所述材料不進行特別限制，但一般優(yōu)選中心電極尖端的主要成分為貴金屬。在貴金屬之中，銥或鉑優(yōu)選作為主要組分。至于具有銥作為其主要組分的銥合金，還可使用含有除了銥之外的銠、鉑、釕、鎳等中的一種或兩種或多種的銥合金。而且，至于主要組分為鉑的鉑合金，可使用與構(gòu)成上述外電極尖端的鉑合金類似的鉑合金。
(3)火花塞的結(jié)構(gòu)雖然本發(fā)明的火花塞具有與上述電極接近的結(jié)構(gòu)，但對于火花塞的其它結(jié)構(gòu)沒有進行特別限制，由此可適當(dāng)使用公知的結(jié)構(gòu)。也即，例如，如圖7所示，中心電極(20)、終端電極(24)等可設(shè)置在絕緣體(40)的通孔內(nèi)。另外，由碳鋼(JIS-G3507)等制成的金屬外殼(50)可設(shè)置在絕緣體(40)的外圓周上。外電極(10)如前所述地可設(shè)成從上述的金屬外殼(50)伸出。
(4)火花塞的用途本發(fā)明的火花塞的用途不進行特別限制。也即，在發(fā)出火花的時候的極性等不進行特別限制。相應(yīng)地，與背景技術(shù)中相同，外電極可僅用作接地電極(陽極)。但是，當(dāng)該外電極在陰極側(cè)使用時，本發(fā)明的火花塞尤其可以顯示其性能(分離阻力、耐磨性等)。
例如，假定外電極用作陰極，5000rpm的旋轉(zhuǎn)數(shù)保持在400小時以上，外電極的尖端(12)的最高溫度達到950℃。即使在這種情況下，外電極的尖端部也不會脫落，而下文將描述的殘余比率可保持不低于50％(進一步地，不低于60％，更特別地，不低于65％)。
以下參照實例和附圖將更具體地描述本發(fā)明。
火花塞的評估(1)火花塞的制造將中心電極(20)、導(dǎo)電玻璃(221)、電阻器(23)、導(dǎo)電玻璃(222)和終端電極(24)安裝在絕緣體(40)的通孔內(nèi)，按照這種順序準備組件。中心電極(20)具有這樣一種構(gòu)造，其中鉑合金制成的尖端被激光焊接至中心電極(20)的前端。所述的組件被插入圓柱形金屬外殼(50)，并經(jīng)由密封材料鎖定于該金屬外殼內(nèi)。圓柱形金屬外殼(50)具有被切割于其外圓周上的內(nèi)燃機安裝螺紋部分(51)。在這之后，金屬外殼(50)的后端部中的卷曲部(52)經(jīng)由密封材料(611和612)和滑石(62)被卷曲，從而將組件固定于金屬外殼(50)內(nèi)。
接下來，由下面表1中所示的每種鎳合金制成的桿狀主體的一個端面通過電阻焊而與金屬外殼(50)的環(huán)形端面相結(jié)合，該桿狀主體成形為矩形形狀并且剖面尺寸為1.6mm×2.8mm。所述的桿狀主體可用作外電極(10)的電極主體部(11)。在此之后，由下面表1所示的每種鉑合金制成的、直徑為1.0mm、高為0.5mm的尖端通過電阻焊與結(jié)合于金屬外殼(50)的電極主體部(11)的另一端相結(jié)合。這種電阻焊在應(yīng)用34kg/cm2的壓力的同時，借助于電流值為900A的60Hz交流電的電流導(dǎo)電循環(huán)10次而進行。其后，外電極的主體部(11)通過彎曲機而被彎曲，從而外電極尖端(12)和中心電極尖端(21)彼此相對。因此，形成火花放電間隙(G)，并且獲得火花塞(100)。


表中的“*”表示不屬于本發(fā)明的條目。
(2)冷加工性的評估當(dāng)在上述章節(jié)(1)中形成火花放電間隙時，用作外電極(10)的電極主體部(11)的桿狀主體通過彎曲而塑性變形。在此之后，利用下列公式所計算的散射(Cp)根據(jù)下列標(biāo)準進行評估，其結(jié)果在表2中示出。此外，對每個實例和對比例中的30種火花塞進行這種評估。
散射(Cp)＝牽引公差/(6×標(biāo)準偏差)標(biāo)準Cp≥1.67的火花塞 …“○”1.33≤Cp＜1.67的火花塞…“△”Cp＜1.33的火花塞 …“×”[表2]

(3)外電極尖端部的焊接強度的評估在上文章節(jié)(2)中評估了冷加工性之后，將火花放電間隙調(diào)節(jié)至0.9mm。在此之后，將每個火花塞連至四缸式2.0升汽油發(fā)動機，并在其上執(zhí)行下面的耐用試驗。在這之后，根據(jù)下列標(biāo)準進行評估外電極尖端部的焊接強度。評估的結(jié)果包含在表2中。在每個火花塞上進行耐用試驗，使得下列循環(huán)重復(fù)200小時。也即，在每個循環(huán)中，發(fā)動機在每分鐘5000rpm的速度下保持1分鐘，并進行空轉(zhuǎn)1分鐘。此外，陰極用作將功率供至火花塞的電源。也即，外電極用作陽極。附帶地，外電極尖端部(12)中的最高溫度為950℃(在5000rpm期間)，最低溫度為400℃(在空轉(zhuǎn)期間)。
標(biāo)準火花塞的尖端(12)依然存在…“○”火花塞的尖端(12)局部脫落…“△”火花塞的尖端(12)完全脫落…“×”(4)在耐用試驗之后尖端部的存活率的評估在上述章節(jié)(2)中評估冷加工性之后，將火花塞間隙調(diào)節(jié)至0.9mm。在此之后，每個火花塞被連至六缸式2.0升汽油發(fā)動機，并在其上執(zhí)行下列耐用試驗。在這之后，切割外電極，從而把通過基本切斷尖端部的一半而獲得的半截面(P3)露出，如圖11所示。對尖端的露出截面積進行計算。接著，在進行耐用試驗之前，計算尖端部的截面積(0.39mm2)的殘余比率“S”，根據(jù)下列標(biāo)準對S進行評估。評估的結(jié)果包含在表2中。在發(fā)動機速度保持5000rpm的同時對每個火花塞執(zhí)行400小時的耐用試驗。此外，陽極用作將功率供至火花塞的電源。也即，外電極用作陰極。附帶地，中心電極尖端部(21)中的最高溫度為850℃，外電極尖端部(12)中的最高溫度為950℃。
標(biāo)準具有S≥65％的火花塞 …“○”具有50％≤S＜65％的火花塞…“△”具有S＜50％的火花塞 …“×”(5)主體部與尖端部之間的界面的評估對表1中的實例1的火花塞以及對比例9的火花塞進行相同的耐用試驗50小時，該試驗與在上述章節(jié)(3)中評估外電極尖端的焊接強度相同。在此之后，將每個火花塞的外電極像在上述章節(jié)(4)中一樣進行切割以露出一半截面。接著，在酸性溶液中對該半截面表面的電極主體部進行電解蝕刻，從而可從視覺上辨別出外電極的電極主體部(11)與外電極的尖端(12)之間的邊界。之后，分別獲得該半截面在蝕刻之后被放大20倍的圖像。采用該圖像的解釋性視圖在圖1(實例1)和圖2(對比例9)中示出。另外，由圖1和2中的矩形框架包圍的部分分別被放大400倍，采用該包圍部分所在的圖像的解釋性視圖在圖3(實例1)和圖4(對比例9)中示出。
(6)實例的效果根據(jù)表1和表2，在對比例1中可發(fā)現(xiàn)焊接強度試驗中尖端部的脫落，這是因為鉻的含量低于其下限值。在對比例2中，冷加工性降低并且放電間隙中的散射增加，這是因為鉻含量高于其上限值。此外，也可發(fā)現(xiàn)存活率降低，這是因為導(dǎo)熱性降低了。在對比例3中，碳的含量低于其下限值，使得不可能獲得增強高溫強度的效果。因此，在焊接強度試驗中可發(fā)現(xiàn)尖端部的脫落。在對比例4中。碳含量高于其上限值，從而使冷加工性降低。因此，放電間隙中的散射增加。在對比例5中，鉬含量低于其下限值。因而，在焊接強度試驗中可發(fā)現(xiàn)尖端部的脫落。在對比例6中，鉬含量高于其上限值，從而使冷加工性降低。這樣，放電間隙中的散射增加。在對比例7中，硅、鋁、錳和鈦的總含量高于其上限值，從而不能獲得抗氧化的效果。因此，在焊接強度試驗中可發(fā)現(xiàn)尖端部的脫落。在對比例8中，鎳含量高于其上限值的鉑合金用于尖端部。所以，獲得了足夠的焊接強度，但尖端部的存活率降低。在對比例9中，不含有鉬，而硅、鋁、錳和鈦的總含量高于其上限值，這樣不能獲得抗氧化的效果。從而，在焊接強度試驗中發(fā)現(xiàn)尖端部的脫落。在對比例10中，鎳含量高于其上限值的鉑合金用于尖端部，所以，獲得了足夠的焊接強度，但尖端部的存活率降低。附帶地，對比例9和對比例10中使用的鎳合金是背景技術(shù)中經(jīng)常使用的因科(Inconel)鎳合金(注冊商標(biāo))。
與上述的各個對比例相比，在本發(fā)明的實例1-7的每個實例中，用于主體部的鎳合金以及用于尖端部的鉑合金處于其相應(yīng)的范圍內(nèi)。相應(yīng)地，獲得了關(guān)于焊接強度、存活率和冷加工性的均勻的良好結(jié)果。在實例4中，硬度超過220Hv，從而使冷加工性輕微降低。因此，發(fā)現(xiàn)了微小的散射，但其處于允許的范圍內(nèi)。此外，在實例5中，硬度低于185Hv，從而發(fā)現(xiàn)焊接強度略有降低，但這種降低如此之小，以致對于使用沒有影響。在實例1-3、6和7中，硬度處于其最佳范圍內(nèi)，這樣可以防止尖端的脫落，并可獲得足夠的耐磨性。而且，獲得了極好的加工性。在實例1-7中，拉伸強度在900℃時不低于125Mpa。因而，在可獲得足夠耐磨性的同時，可防止尖端脫落。
另一方面，圖1-6是用于從視覺上辨別脫落狀態(tài)的解釋性視圖。圖5為實例1中放大400倍的外電極的部分測定表面的解釋性視圖。此外，圖6為對比例9中放大400倍的部分外電極的解釋性視圖。從這些解釋性視圖可以理解的是，圖5中可發(fā)現(xiàn)晶間裂紋(S1)。另一方面，圖6中可發(fā)現(xiàn)脫落部(S2)。但是，在這些解釋性視圖中，不能看出外電極的電極主體部(11)與外電極的尖端(12)之間的邊界。所以，像前面所述地進行蝕刻。結(jié)果，可像圖1-4中所示地那樣分辨出所述邊界。
根據(jù)圖2，可以理解的是，對比例9中的尖端(12)從電極主體部(11)釋放。另一方面，根據(jù)圖1，可以理解的是，電極主體部(11)和尖端(12)在實例1的火花塞中緊緊粘在一起，該實例1為本發(fā)明的產(chǎn)品。附帶地，圖1中的黑帶狀區(qū)域是在蝕刻的時候由于其組分而過蝕刻的邊界區(qū)域。根據(jù)圖5，還應(yīng)理解的是，所述區(qū)域不是脫落部。此外，根據(jù)圖3，可以理解，當(dāng)觀察電極主體部(11)與尖端(12)之間的界面時，可以發(fā)現(xiàn)不能在圖4中發(fā)現(xiàn)的尖端(12)中的晶間裂紋(至少兩處)。這些晶間裂紋(S1)在(主體部與尖端部之間的)邊界中沒有發(fā)現(xiàn)，但在尖端(12)中卻有發(fā)現(xiàn)。另一方面，由于脫落引起的縮減部(空隙部)出現(xiàn)在圖4的電極主體(11)和尖端(12)之間的邊界中。根據(jù)這些結(jié)果并且考慮了在對比例9中的焊接強度試驗中尖端脫落的事實，圖3中所發(fā)現(xiàn)的晶間裂紋(S1)可以認為是防止尖端(12)脫落的因素。
雖然已經(jīng)參照特定實施例描述了本發(fā)明，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不違背本發(fā)明的宗旨和范圍的情況下可以對本發(fā)明作出各種變化或變型。
本申請是以2004年1月27日提出的日本專利申請(專利申請?zhí)朜O.2004-019015)為基礎(chǔ)的，該申請的內(nèi)容在此結(jié)合作為參考。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于與火花塞有關(guān)的領(lǐng)域中。也即，本發(fā)明可應(yīng)用于電阻器塞子、多極型塞子、農(nóng)業(yè)/林業(yè)機器用的塞子等。此外，本發(fā)明可應(yīng)用于GHP塞子、燃氣發(fā)動機塞子等。
權(quán)利要求
1.一種火花塞，包括外電極，其包括電極主體部以及與所述電極主體部相結(jié)合的尖端；以及中心電極，其與所述尖端隔著火花放電間隙而對立，其中，所述電極主體部由鎳合金制成，以質(zhì)量百分比計算，該鎳合金包含13-18％的鉻、0.03-0.08％的碳、1-3.5％的鉬和68％或更高的鎳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述鎳合金具有185-220Hv的硬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述鎳合金在900℃時具有高于120Mpa的拉伸強度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的火花塞，其特征在于，以質(zhì)量百分比計算，所述的鎳合金中硅、鋁、錳和鈦的總含量不高于0.8％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的火花塞，其特征在于，所述尖端由鉑合金制成，以質(zhì)量百分比計算，該鉑合金含有4％或更少的鎳。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的火花塞，其特征在于，所述外電極用作陰極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在不增加尖端部中的鎳含量的情況下可以防止尖端脫落并且可獲得足夠耐磨性的火花塞，以及該火花塞的使用方法。在火花塞(100)中，包括外電極(10)和中心電極(20)，該外電極(10)包括電極主體部(11)和與該電極主體部(11)相結(jié)合的尖端(12)，該尖端(12)與中心電極(20)的前端部對立相距火花放電間隙(G)，電極主體部(11)由鎳合金制成，以質(zhì)量百分比計算，該鎳合金包含13－18％的鉻，0.03－0.08％的碳，1－3.5％的鉬，0－0.8％的硅、鋁、錳和鈦，以及68％或更高的鎳，而尖端(12)由鉑合金制成，以質(zhì)量百分比計算，該鉑合金含有0－4％的鎳。
文檔編號C22C5/04GK1839525SQ20058000076
公開日2006年9月27日 申請日期2005年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月27日
發(fā)明者熊谷健一, 松谷涉, 小林憲司 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社