CN102484357A - 具有高温性能电极的火花塞 - Google Patents

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CN102484357A CN2010800410792A CN201080041079A CN102484357A CN 102484357 A CN102484357 A CN 102484357A CN 2010800410792 A CN2010800410792 A CN 2010800410792A CN 201080041079 A CN201080041079 A CN 201080041079A CN 102484357 A CN102484357 A CN 102484357A
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马书伟
J.D.利科夫斯基
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American Gate (fidel Mo Gu) Ignition Systems Ltd
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Abstract

一种火花塞(20)包括具有放火花端(28,32)的至少一个电极(22,24)。放火花端(28,32)由高温性能合金形成，其以高温性能合金的重量百分比计包含10.0wt.%至60.0wt.%的量的铬、0.5wt.%至10.0wt.%的量的钯以及基本上钼和钨中的至少一种的余量。放火花端(28,32)具有火花接触表面(36,44)，并且在至少500℃的温度下例如在火花塞(20)用在内燃发动机期间，在所述火花接触表面(36,44)处形成氧化铬(Cr2O3)的层(50)。该Cr2O3层(50)防止了放火花端(32,38)的内部受到燃烧室的极端条件的影响，并且防止腐蚀、侵蚀和球化。

Description

具有高温性能电极的火花塞
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年7月15日提交的美国临时专利申请No.61/225615的权益，其通过参考在这里并入。
技术领域
本发明涉及内燃发动机的火花塞，且更具体地涉及包括高温性能电极的火花塞。
背景技术
火花塞广泛用于引发在内燃发动机中的燃烧。火花塞通常包括陶瓷绝缘体、包围着陶瓷绝缘体的导电外壳、设置在陶瓷绝缘体中的中央电极和操作地附接到导电外壳的接地电极。电极每个都具有放火花端例如尖端、盘、铆钉形或其它形状部分。每个放火花端具有外表面，包括火花接触表面。放火花端的火花接触表面通常为彼此相邻设置并且在它们之间限定有火花隙的暴露平面。这些火花塞通过发出跳过在中央电极和接地电极之间的火花隙的电火花来点燃在发动机气缸中的气体，该气体的点燃在发动机中产生出动力冲程。
由于内燃发动机的特性，火花塞在至少为500℃的高温并且具有各种腐蚀性燃烧气体的极端环境下工作，这通常降低火花塞的使用寿命。电极的放火花端或者在电极的放火花端附近的材料还经受由于在火花塞工作期间从电弧的高电弧温度所导致的局部蒸发所引起的电腐蚀。随着时间，电火花腐蚀、颗粒物和氧化物降低了在中央电极和接地电极之间的火花质量，这继而影响火花塞性能以及所导致的点火和燃烧。
现有的火花塞电极通常由镍(Ni)材料例如具有非常耐腐蚀和氧化的纯Ni或Ni合金形成。但是，这种Ni电极经受大量的电火花腐蚀，这限制了其在火花塞中的使用。
为了降低电火花腐蚀的量并且改善Ni电极的性能，已经将由贵金属形成的放火花端附接到由Ni材料形成的底座。贵金属材料通常为铂(Pt)材料例如纯Pt或其合金。由Pt材料形成的放火花端具有低的电火花腐蚀速度，因此改善了电极的性能。但是，这种贵金属的高成本限制了其在整个电极上的使用。
另外，在放火花端中使用Pt材料受到限制，因为Pt材料经受由于在暴露于燃烧室的极端条件和火花时过度氧化而引起的球化或桥接。图7显示出由Pt合金形成并且包括形成在放火花端处的金属球的现有技术放火花端。金属球通常随着时间增长，并且可以桥接在中央电极和接地电极之间的火花隙。桥接通常影响了电极的性能，这继而影响所导致的点火和燃烧，包括发动机的功率输出、燃烧效率、性能以及排放物。
放火花端还由铱(Ir)材料例如纯Ir或其合金形成。Ir材料不会经受Ni材料和Pt材料所经受的球化或火花腐蚀。但是，Ir材料的使用是有限的，因为这些材料在存在钙(Ca)和磷(P)的情况下出现腐蚀。Ca和P往往存在于发动机油和油添加剂中，放火花端在内燃发动机中在火花塞的操作期间暴露到它们之中。近来，发动机制造商在燃烧材料中发现提高Ca和P含量来试图降低摩擦以通过使得更多发动机油合金化以渗入到燃烧室中来提高燃油经济性。
发明内容
本发明的一个方面提供一种火花塞，其包括至少一个电极，所述电极具有由高温性能合金形成的放火花端。以高温性能合金的重量百分比计，该高温性能合金包含10.0 wt.%至60.0wt.%的量的铬、0.5 wt.%至10.0wt.%的量的钯以及基本上钼和钨中的至少一种的余量。
本发明的另一个方面提供一种用于内燃发动机的火花塞中的电极，该电极具有由高温性能合金形成的放火花端。以高温性能合金的重量百分比计，该高温性能合金包含10.0 wt.%至60.0wt.%的量的铬、0.5 wt.%至10.0wt.%的量的钯以及基本上钼和钨中的至少一种的余量。
本发明的另一个方面提供一种构造火花塞的方法，该火花塞包括具有放火花端的电极，该方法包括步骤：提供包含铬、钯以及钼和钨中的至少一种的粉末金属材料；将所述粉末金属材料形成为电极的放火花端；并且将所述粉末金属材料加热以提供高温性能合金，其以高温性能合金的重量百分比计包含10.0 wt.%至60.0wt.%的量的铬、0.5 wt.%至10.0wt.%的量的钯以及基本上钼和钨中的至少一种的余量。
由高温性能合金形成的放火花端提供与由Ni材料形成的放火花端提供的耐腐蚀和氧化类似的高耐腐蚀和氧化。但是，该高温性能合金更适用于电极的放火花端，因为与Ni材料不同，该高温性能合金还耐电火花腐蚀。
该高温性能合金的电火花腐蚀速率大于等于Pt和Pt-Ni材料的电火花腐蚀速率。但是，该高温性能合金更适用于电极的放火花端，因为该高温性能合金在高于500℃的温度下不会出现球化。因此，由该高温性能合金形成的放火花端给火花塞20提供了改善的性能。
附图说明
本发明的其它优点将容易明白，因为参照结合附图给出的下面详细说明将更好地理解它们。
图1a为根据本发明一个实施方案的火花塞在暴露于至少500℃的温度之前的纵向剖视图；
图1b为图1a的火花塞的放火花端在暴露于至少500℃的温度之后的放大剖视图；
图2为第二实施方案的中央电极在暴露于至少500℃的温度之前的纵向剖视图；
图3a为包括Pd涂层的第三实施方案的中央电极在暴露于至少500℃的温度之前的纵向剖视图；
图3b图3a的中央电极在暴露于至少500℃的温度之后的剖视图；
图4为第四实施方案的接地电极在暴露于至少500℃的温度之前的纵向剖视图；
图5a为第五实施方案的接地电极在暴露于至少500℃的温度之前的纵向剖视图；
图5b为图5a的接地电极在暴露于至少500℃的温度之后的纵向剖视图；
图6为示出发明实施例和比较实施例的火花腐蚀速率的曲线图；以及
图7为由现有技术Pt合金形成的放火花接触表面的剖视图，显示出球化。
具体实施方式
参照图1a，显示出用于点燃在内燃发动机中的燃料和空气混合物的代表性火花塞20。本发明的一个方面提供了具有由高温性能合金形成的放火花端32、38的电极22、24。如图1b所示，放火花端32、38具有外表面34、42，其包括火花接触表面36、44。以高温性能合金的重量百分比计，该高温性能合金包含10.0 wt.%（重量百分比）至60.0wt.%量的铬(Cr)、0.5 wt.%至10.0wt.%量的钯(Pd)以及基本上在钼(Mo)和钨(W)中的至少一种的余量。在一个实施方案中，放火花端32、38包括在至少500℃的高温下例如在火花塞20用在内燃发动机中期间位于火花接触表面36、44处的氧化铬(Cr2O3)层50，如图1b所示。该高温性能合金还在高于500℃的温度下提供了足够的性能且没有明显的电火花腐蚀、侵蚀、球化或氧化。因此，该高温性能合金给火花塞20提供了改善的性能。
在烧结高温性能合金之后确定出高温性能合金的每种元素的存在和量。每种元素的重量百分比基于高温性能合金的总重量。通过首先确定在该高温性能合金中的各种元素的质量并且将各种元素的质量除以高温性能合金的总质量来确定出每种单独元素的重量百分比。可通过化学分析或者通过观看放火花端32、38的能量分散波谱(E.D.S.)来检测出在高温性能合金中的每种元素的存在和量。可以通过扫描电子显微(S.E.M.)仪器来产生出E.D.S.。
该高温性能合金包含数量足以明显影响高温性能合金的氧化性能的Cr。Cr的量直接影响了Cr2O3层50的存在、量和厚度。在一个实施方案中，高温性能合金包含10.0wt.%至60.0wt.%量的Cr。在另一个实施方案中，该高温性能合金包含15.0wt.%至58.0wt.%量的Cr。在又一个实施方案中，该高温性能合金包含23.0wt.%至47.0wt.%量的Cr。
在一个实施方案中，高温性能合金包含至少10.0wt.%量的Cr。在另一个实施方案中，该高温性能合金包含至少24.0wt.%量的Cr。在又一个实施方案中，该高温性能合金包含至少43.0wt.%量的Cr。
在一个实施方案中，该高温性能合金包含小于59.0wt.%量的Cr。在另一个实施方案中，该高温性能合金包含小于55.0wt.%量的Cr。在又一个实施方案中，该高温性能合金包含小于30.0wt.%量的Cr。
该高温性能合金包含数量足以明显影响高温性能合金的氧化性能的Pd。在一个实施方案中，该高温性能合金包括0.5wt%至10.0wt%的量的Pd。在另一个实施方案中，该高温性能合金包括0.9wt%至7.6wt%的量的Pd。在再一个实施方案中，该高温性能合金包括3.6wt%至5.0wt%的量的Pd。
在一个实施方案中，该高温性能合金包括至少0.5wt%量的Pd。在另一个实施方案中，该高温性能合金包括至少1.6wt%的量的Pd。在再一个实施方案中，该高温性能合金包括至少6.3wt%的量的Pd。
在一个实施方案中，该高温性能合金包括少于10.0wt%的量的Pd。在另一个实施方案中，该高温性能合金包括少于8.4wt%的量的Pd。在再一个实施方案中，该高温性能合金包括少于3.0wt%的量的Pd。
该高温性能合金包含数量足以明显影响高温性能合金的火花腐蚀速率的Mo和W中的至少一种。在一个实施方案中，高温性能合金的余量包括Mo和W中的至少一种。Mo和W中的所述至少一种的重量百分比等于高温性能合金中的Mo的重量百分比与高温性能合金中的W的重量百分比之和。通过首先确定高温性能合金中的Mo的质量以及确定高温性能合金中的W的质量，从而获得Mo的质量和W的质量的和，然后将该和除以高温性能合金的总质量，来确定Mo和W的重量百分比。
在一个实施方案中，高温性能合金包括10.5wt%至90.0wt%量的Mo和W中的至少一种。换句话说，高温性能合金的余量包括10.5wt%至90.0wt%量的Mo和W中的至少一种。在另一个实施方案中，高温性能合金包括24.8wt%至85.2wt%量的Mo和W中的至少一种。在再一个实施方案中，高温性能合金包括30.5wt%至71.4wt%量的Mo和W中的至少一种。
在一个实施方案中，高温性能合金包括至少10.5wt%量的Mo和W中的至少一种。在另一个实施方案中，高温性能合金包括至少30.4wt%量的Mo和W中的至少一种。在再一个实施方案中，高温性能合金包括至少41.9wt%量的Mo和W中的至少一种。
在一个实施方案中，高温性能合金包括少于90.5wt%量的Mo和W中的至少一种。在另一个实施方案中，高温性能合金包括少于84.5wt%量的Mo和W中的至少一种。在再一个实施方案中，高温性能合金包括少于60.3wt%量的Mo和W中的至少一种。
在一个实施方案中，高温性能合金包括10.5wt%至90.0wt%量的Mo。在另一个实施方案中，高温性能合金包括25.7wt%至79.2wt%量的Mo。在再一个实施方案中，高温性能合金包括32.4wt%至66.4wt%量的Mo。
在一个实施方案中，高温性能合金包括10.5wt%至90.0wt%量的W。在另一个实施方案中，高温性能合金包括22.3wt%至77.1wt%量的W。在再一个实施方案中，高温性能合金包括31.1wt%至50.9wt%量的W。
在一个实施方案中，高温性能合金包括1.0wt%至89.0wt%量的Mo和1.0wt%至89.0wt%量的W。在另一个实施方案中，高温性能合金包括1.0wt%至30.0wt%量的Mo和35.0wt%至60.0wt%量的W。在又一个实施方案中，高温性能合金包括23.0wt%至29.7wt%量的Mo和4.2wt%至21.9wt%量的W。
在一个实施方案中，放火花端32、38包括在至少500℃的高温下例如在火花塞20在内燃发动机中使用期间位于火花接触表面36、44处的 Cr2O3层50，如图3b和5b所示。在将高温性能合金加热至通常为内燃发动机工作温度的至少500℃的温度时，Cr2O3层50如图3b和5b所示一样沿着火花接触表面36、44形成。Cr2O3层50致密、稳定并且具有低的形成自由能量。因此，Cr2O3层50保护了放火花端32、38的材料受到腐蚀、侵蚀，并且防止由于火花和燃烧室的极端情况而在放火花端32、38处引起的球化。通常，Cr2O3层50沿着包括火花接触表面36、44的放火花端32、38的整个外表面34、42形成。但是，Cr2O3层50可以仅沿着整个火花接触表面36、44存在，仅存在于火花接触表面36、44的部分处，仅存在于整个火花接触表面36、44和外表面34、42的部分处，或者仅出现在火花接触表面36、44的部分和外表面34、42的部分处。因此，在至少500℃的温度下，放火花端32、38包括梯度结构，其中放火花端32、38的材料包含Cr、Pd以及基本上Mo和W中的至少一种的余量，并且外表面34、42包括Cr2O3层50。Cr2O3层50不存在于放火花端32、38的主体内。一旦Cr2O3层50形成在火花接触表面36、44处，则Cr2O3层50将保持在所有温度下存在。
Cr2O3层50具有明显影响放火花端32、38的氧化性能的厚度。该厚度在至少为500℃的温度下在火花塞20的工作期间还提供充分的每火花烧蚀容量和放电电压。可以通过将放火花端32、38加热至至少500℃的温度并且在放火花端32、38上进行化学分析或者通过用S.E.M.仪器产生和观看放火花端32、38的能量分散波谱(E.D.S.)来检测出Cr2O3层50的存在、量和厚度。
在一个实施方案中，Cr2O3层50的厚度为0.10微米(μm)至10.0μm。在另一个实施方案中，Cr2O3层50的厚度为0.20μm至8.5μm。在再一个实施方案中，Cr2O3层50的厚度为1.8μm至6.3μm。在一个实施方案中，Cr2O3层50的厚度沿着放火花端32,38的整个外表面34,42和火花接触表面36,44是一致的。在另一个实施方案中，Cr2O3层50的厚度沿着外表面34,42和火花接触表面36,44是变化的。
如上面所提到的，Cr的量直接影响Cr2O3层50的存在、量和厚度。放火花端32,38的高温性能合金需要至少为10.0wt%量的Cr，从而使得Cr2O3层50具有足以明显影响放火花端32,38的氧化性能的厚度。但是，当Cr存在的量大于60.0wt%的时候，Cr2O3层50的厚度大于10.0 μm，这会导致在火花塞20操作期间的增大的并且是不理想的每火花烧蚀量和放电电压。
在一个实施方案中，高温性能合金包括用量足以明显影响高温性能合金的氧化性能的钇(Y)。Y增强了Cr2O3层50在放火花端32、38的主体上的粘附。在一个实施方案中，该高温性能合金包括用量为0.001 wt.%至0.200wt.%的Y。在另一个实施方案中，高温性能合金包含用量为0.040 wt.%至0.150wt.%的Y。在又一个实施方案中，该高温性能合金包含用量为0.130 wt.%至0.174wt.%的Y。
在一个实施方案中，该高温性能合金包含用量至少为0.001wt.%的Y。在另一个实施方案中，该高温性能合金包含用量至少为0.036wt.%的Y。在又一个实施方案中，该高温性能合金包含用量至少为0.090wt.%的Y。
在一个实施方案中，高温性能合金包含用量多达0.200wt.%的Y。在另一个实施方案中，高温性能合金包含用量多达0.175wt.%的Y。在再一个实施方案中，高温性能合金包含用量多达0.110wt.%的Y。
在一个实施方案中，高温性能合金包括用量足以明显影响高温性能合金的氧化性能的硅(Si)。在一个实施方案中，该高温性能合金包括用量为0.001 wt.%至0.500wt.%的Si。在另一个实施方案中，高温性能合金包含用量为0.009 wt.%至0.441wt.%的Si。在还有一个实施方案中，该高温性能合金包含用量为0.010 wt.%至0.391wt.%的Si。
在一个实施方案中，该高温性能合金包含用量至少为0.001wt.%的Si。在另一个实施方案中，该高温性能合金包含用量至少为0.010wt.%的Si。在又一个实施方案中，该高温性能合金包含用量至少为0.200wt.%的Si。
在一个实施方案中，高温性能合金包含用量多达0.500wt.%的Si。在另一个实施方案中，高温性能合金包含用量多达0.450wt.%的Si。在再一个实施方案中，高温性能合金包含用量多达0.388wt.%的Si。
在一个实施方案中，高温性能合金包括用量足以明显影响高温性能合金的氧化性能的硅和锰（Mn）中的至少一种。Si和Mn中的所述至少一种的重量百分比等于高温性能合金中的Si的重量百分比与高温性能合金中的Mn的重量百分比之和。如上所述，在一个实施方案中，Si的重量百分比限于高温性能合金的0.500wt%。通过首先确定高温性能合金中的Si的质量和高温性能合金中的Mn的质量，从而获得Si的质量和Mn的质量的和，然后将该和除以高温性能合金的总质量，来确定Si和Mn的重量百分比。
在一个实施方案中，高温性能合金包括用量为0.001wt%至2.000wt%的Si和Mn中的至少一种。在另一个实施方案中，高温性能合金包括用量为0.055wt%至1.600wt%的Si和Mn中的至少一种。在再一个实施方案中，高温性能合金包括用量为0.690wt%至1.100wt%的Si和Mn中的至少一种。如上所述，Si的重量百分比限于高温性能合金的0.500wt%。
在一个实施方案中，高温性能合金包括用量为至少0.001wt%的Si和Mn中的至少一种。在另一个实施方案中，高温性能合金包括用量为至少0.066wt%的Si和Mn中的至少一种。在再一个实施方案中，高温性能合金包括用量为至少0.990wt%的Si和Mn中的至少一种。
在一个实施方案中，高温性能合金包括用量多达2.000wt%的Si和Mn中的至少一种。在另一个实施方案中，高温性能合金包括用量为多达1.700wt%的Si和Mn中的至少一种。在再一个实施方案中，高温性能合金包括用量为多达0.953wt%的Si和Mn中的至少一种。
在一个实施方案中，高温性能合金包括用量为0.001wt%至2.000wt%的Mn。在另一个实施方案中，高温性能合金包括用量为0.077wt%至1.922wt%的Mn。在再一个实施方案中，高温性能合金包括用量为0.188wt%至1.550wt%的Mn。
在一个实施方案中，高温性能合金包括用量为0.001wt%至1.900wt%的Si和用量为0.001wt%至1.900wt%的Mn。在另一个实施方案中，高温性能合金包括用量为0.001wt%至0.500wt%的Si和用量为0.5wt%至1.950wt%的Mn。在再一个实施方案中，高温性能合金包括用量为0.540wt%至1.800wt%的Si和用量为0.001wt%至0.780wt%的Mn。
在一个实施方案中，由高温性能合金形成的放火花端32,38不包括任何特意添加的镍（Ni），因此基本没有Ni。在一个实施方案中，高温性能合金包括用量小于5.0wt%的Ni。在另一个实施方案中，高温性能合金包括用量小于2.7wt%的Ni。在再一个实施方案中，高温性能合金包括用量小于0.2wt%的Ni。
在一个实施方案中，放火花端32,38包括沿着外表面34,42，包括火花接触表面36,44的钯（Pd）涂层48，如图3a和3b所示。如上所述，放火花端32,38的主体包括Cr、Pd，并且余量基本为Mo和W中的至少一种。Pd涂层48设置在放火花端32,38的主体上，从而放火花端32,38包括在所有温度的梯度结构。如图3b所示，当放火花端32,38被加热至至少500℃的温度（该温度通常是内燃发动机的操作温度）时，Cr2O3层50沿Pd涂层48形成。
Pd涂层48通过微涂层过程，例如电镀，涂覆在电极22,24的放火花端32,38。Pd涂层48可以沿着放火花端32,38的整个外表面34,42设置，仅沿着整个火花接触表面36,44呈现，仅在外表面34,42的部分呈现，或者仅在火花接触表面36,44的部分呈现。可以通过将放火花端32、38加热至至少500℃的温度并且在放火花端32、38上进行化学分析或者通过用S.E.M.仪器产生和观看放火花端32、38的能量分散波谱(E.D.S.)来检测出Pd涂层48的存在、用量和厚度。
Pd涂层48具有明显影响放火花端32,38的氧化性能的厚度。在一个实施方案中，Pd涂层48的厚度为1.0μm至1000.0μm或者1.0毫米(mm)。在另一个实施方案中，Pd涂层48的厚度为9.0μm至900.0μm。在再一个实施方案中，Pd涂层48的厚度为55.0μm至700.0μm。在一个实施方案中，Pd涂层48的厚度沿着放火花端32,38的整个外表面34,42和火花接触表面36,44是一致的。在另一个实施方案中，Pd涂层48的厚度沿着外表面34,42和火花接触表面36,44是变化的。
在一个实施方案中，Pd涂层48的厚度是至少2.0μm。在另一个实施方案中，Pd涂层48的厚度是至少64.0μm。在再一个实施方案中，Pd涂层48的厚度是至少390.0μm。
在一个实施方案中，Pd涂层48的厚度是多达1000.0μm。在另一个实施方案中，Pd涂层48的厚度是多达534.0μm。在一个实施方案中，Pd涂层48的厚度是多达90.0μm。
如上所述，本发明的一个方面提供一种用于点燃内燃发动机内的燃料和空气混合物的火花塞20。图1的示例性火花塞20包括中央电极22和接地电极24，每一个包括高温性能合金形成的放火花端32,38。但是在另一个实施方案中，只有中央电极22包括高温性能合金形成的放火花端32,38，接地电极24则不然。在再一个实施方案中，只有接地电极24包括高温性能合金形成的放火花端32,38，接地电极24则不然。
每个电极22,24的放火花端32,38可以是尖端形、垫状、盘、球形、铆钉形或其它形状部分。如上所述，火花塞20的放火花端32,38中的至少一个，但是优选地两个放火花端32,38包括高温性能合金。高温性能合金可以由粉末状金属材料制造。粉末状金属材料通过压制成形或者本领域已知的其它方法来形成电极（22,24）的放火花端（28,32）。另外，粉末金属材料可以通过多种冶金方法例如通过烧结或者电弧熔化将粉末金属材料加热来形成高温性能合金。
图1的示例性火花塞20还包括陶瓷材料的绝缘体26和导电金属材料的外壳28。陶瓷绝缘体26大体是环形的，被可支撑地设置在金属外壳28之内，从而金属外壳28环绕陶瓷绝缘体26的一部分。
示例性火花塞20的中央电极22设置在陶瓷绝缘体26的轴向孔内。中央电极22包括第一基部构件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触表面36的第一外表面34，如图1b所示。第一火花接触表面36延伸到陶瓷绝缘体26的前端之外。
在一个实施方案中，高温性能合金形成的第一放火花端32与第一基部构件30相独立，如图1a、1b和2所示。第一放火花端32附接到第一基部构件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构件30。在一个实施方案中，第一基部构件30包括镍或者镍合金。但是如上所述，高温性能合金形成的第一放火花端32不包括任何故意添加的镍，并且基本没有镍。在另一个实施方案中，如图2所示，第一基部构件30包括铜材料例如纯铜或者铜合金的第一芯31。
在一个实施方案中，中央电极22的第一基部构件30的至少一部分也是由高温性能合金形成。第一基部构件30和第一放火花端32彼此整合，如图3a和3b所示。与现有技术的贵金属材料相比，高温性能合金的高导热性能和相对的低成本，允许中央电极22完全由高温性能合金形成。
示例性火花塞20的接地电极24被固定地焊接或者以其它方式附接到金属外壳28的前端表面，如图1所示。接地电极24包括第二基部构件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触表面44的第二外表面42，如图1b所示。第二火花接触表面44位于中央电极22的第一火花接触表面36附近。火花接触表面36,44在它们之间限定了火花间隙46，如图1a和1b所示。
在一个实施方案中，高温性能合金形成的第二放火花端38与第二基部构件40相独立，如图1a、1b和4所示。第二放火花端38附接到第二基部构件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构件40。在一个实施方案中，第二基部构件30包括镍或者镍合金。但是如上所述，高温性能合金形成的第二放火花端38不包括任何故意添加的镍，并且基本没有镍。在另一个实施方案中，如图4所示，第二基部构件30包括铜材料例如纯铜或者铜合金的第二芯33。
在一个实施方案中，接地电极24的第二基部构件40的至少一部分也是由高温性能合金形成的。第二基部构件40和第二放火花端38彼此整合，如图5a和5b所示。与现有技术的贵金属放火花端32,38相比，高温性能合金的高导热性能和相对低的成本，允许整个接地电极24完全由高温性能合金形成。
实施例1
在一个实例实施方案中，高温性能合金形成的放火花端32,38包括用量为49.0wt%的Cr、用量为2.0wt%的Pd以及用量为49.0wt%的钨。高温性能合金由粉末金属制成，并烧结至具有0.7毫米的直径和1.0毫米厚度的最终盘状。
实施例2
在第二实例实施方案中，高温性能合金形成的放火花端32,38包括用量为39.0wt%的Cr、用量为2.0wt%的Pd以及用量为59.0wt%的钨。高温性能合金由粉末金属制成，并烧结至最终形状。
试验1－热火花腐蚀速率
在第二试验中，实施例1和实施例2的放火花端32,38以及高温性能合金形成的另外8个实施例的放火花端32,38的热火花腐蚀速率与现有技术的贵金属合金或者现有技术的镍合金形成的对比的放火花端的热火花腐蚀速率进行比较。对比的放火花端与实施例的放火花端32,38具有相同尺寸，直径为0.7毫米、厚度为1.0毫米。实施例放火花端32,38的组成和对比的放火花端的现有技术合金组成列在表1中。
实施例的放火花端32,38以及对比的放火花端在类似内燃发动机的条件下进行测试。热火花腐蚀测试模拟放火花条件和温度条件的环境。样品作为阴极测试300小时。在整个300小时内，样品加热并保持在775℃，这是火花塞20的电极22,24的典型操作温度。在测试过程中，还将20KV的放火花电压保持300小时。放火花频率为158Hz。腐蚀速率等于在施加在样品上的每火花损耗的样品材料量。腐蚀速率提供高温性能合金的体积稳定性指标。腐蚀速率以μm3/火花来测量。样品的腐蚀速率包括由于两种腐蚀机制即高温氧化腐蚀和火花腐蚀导致的腐蚀速率。热火花腐蚀试验的样品腐蚀速率类似于在实际的燃烧发动机中使用的放火花端的腐蚀速率。高温性能合金形成的实施例放火花端32,38的腐蚀速率和比较例放火花端的腐蚀速率还在表1中示出。图6显示了火花腐蚀速率测试结果的图形表示。
表1
Figure 997128DEST_PATH_IMAGE001
 试验结论
高温性能合金形成的实施例的放火花端32,38的热电火花腐蚀速率大约等于现有技术的Pt和Pt-Ni材料的腐蚀速率。但是，高温性能合金能更好地适合于火花塞电极22,24，因为高温性能合金形成的实施例放火花端32,38不会经历在大于500℃的温度下的球化。另外，本发明的合金的成本与贵金属例如Pt和Pt-Ni合金相比明显更低，并更容易获得。因此高温性能合金形成的放火花端32,38提供更好性能的火花塞20。
明显地，本发明的很多改进和变化根据上述教导是可以作出的，并可以与所具体描述不一样的其他方式来实践，它们都落在本发明所附权利要求的范围内。另外，权利要求中的附图标记仅是为了方便并且不视为有任何限制的含意。

Claims (20)

1.一种火花塞(20)，包括：
具有放火花端(28,32)的至少一个电极（22,24）；
所述放火花端(28,32)包含高温性能合金，
所述高温性能合金以所述高温性能合金的重量百分比计包含10.0 wt.%至60.0wt.%的铬、0.5 wt.%至10.0wt.%的钯以及基本上钼和钨中的至少一种的余量。
2.如权利要求1所述的火花塞(20)，其中所述放火花端(28,32)具有火花接触表面(36,44)，并且包括在至少大约500℃的温度下位于所述火花接触表面(36,44)处的氧化铬(Cr2O3)层50。
3.如权利要求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触表面(36,44)的外表面(34,42)，并且所述表面(34,36,42,44)中的每一个在至少大约500℃的温度下包括所述氧化铬(Cr2O3)层50。
4.如权利要求1所述的火花塞(20)，其中所述高温性能合金包含少于5.0wt.%量的Ni。
5.如权利要求1所述的火花塞(20)，其中所述高温性能合金包含多达0.2wt.%量的钇。
6.如权利要求1所述的火花塞(20)，其中所述高温性能合金包含多达2.0wt.%量的硅和锰中的至少一种。
7.如权利要求6所述的火花塞(20)，其中所述高温性能合金包含多达0.5wt.%量的硅。
8.如权利要求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)处包括厚度小于1.0毫米的钯涂层48。
9.如权利要求1所述的火花塞(20)，其中所述余量包括10.5wt.%至90.0wt.%量的钼和钨中的所述至少一种。
10.如权利要求1所述的火花塞(20)，其中所述高温性能合金包括30.0wt.%至55.0wt.%量的铬、1.0wt.%至3.0wt.%量的钯以及40.0wt.%至55.0wt.%量的钨。
11.如权利要求1所述的火花塞(20)，其中所述高温性能合金包括20.0wt.%至40.0wt.%量的铬、0.5wt.%至2.5wt.%量的钯、25.0wt.%至45.0wt.%量的钨以及25.0wt.%至45.0wt.%量的钼。
12.如权利要求1所述的火花塞(20)，其中所述电极(22,24)包括基部构件(30,40)，并且所述基部构件(30,40)和所述放火花端(28,32)彼此独立，并且所述放火花端(28,32)附接到所述基部构件(30,40)。
13.如权利要求1所述的火花塞(20)，其中所述电极(22,24)包括至少部分由所述高温性能合金形成的基部构件(30,40)。
14.如权利要求13所述的火花塞(20)，其中所述基部构件(30,40)和所述放火花端(28,32)相互成一体。
15.如权利要求1所述的火花塞(20)，其中所述电极(22,24)的所述基部构件(30,40)包括铜材料的芯部(31,33)。
16.如权利要求1所述的火花塞(20)，包括中央电极(22)和接地电极(24)。
17.如权利要求16所述的火花塞(20)，包括具有轴向孔的陶瓷材料绝缘体(26)，
所述中央电极(22)设置在所述绝缘体(26)的所述轴向孔中，
包围着所述绝缘体(26)的导电金属材料的外壳(28)，和
所述接地电极(24)附接到所述外壳(28)。
18.一种用于火花塞(20)的电极(22,24)，包括：
包含高温性能合金的放火花端(28,32)，
所述高温性能合金以所述高温性能合金的重量百分比计包含10.0 wt.%至60.0wt.%量的铬、0.5 wt.%至10.0wt.%量的钯以及基本上钼和钨中的至少一种的余量。
19.一种构成火花塞(20)的方法，所述火花塞包括具有放火花端(28,32)的电极(22,24)，所述方法包括步骤：
提供包含钼和钨中的至少一种、铬和钯的粉末金属材料；
将所述粉末金属材料形成为电极（22,24）的放火花端（28,32）；并且
将所述粉末金属材料加热以提供高温性能合金，其以高温性能合金的重量百分比计包含10.0 wt.%至60.0wt.%的量的铬、0.5 wt.%至10.0wt.%的量的钯以及基本上钼和钨中的至少一种的余量。
20.如权利要求19所述的方法，包括在加热所述粉末金属材料之前将钯的涂层48涂覆到粉末金属材料。
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