CN103715610A

CN103715610A - 用于内燃发动机的火花塞

Info

Publication number: CN103715610A
Application number: CN201310449869.XA
Authority: CN
Inventors: 村山勇树; 阿部信男; 土井义规; 东峰寿行
Original assignee: Denso Corp; Ishifuku Metal Industry Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Ishifuku Metal Industry Co Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: US9077158B2; DE102013219520A1; JP6039983B2; DE102013219520B4; US20140091701A1; JP2014072037A; CN103715610B

Abstract

一种用于内燃发动机中的火花塞具有中心电极、接地电极、以及形成于中心电极和接地电极的至少一个上的电极芯片。火花放电间隙形成于中心电极与接地电极之间。电极芯片具有基部、形成于基部的至少一部分上的富铬层、以及形成于基部与富铬层之间的扩散层。基部包含质量百分比为5%至45%范围内的铬、质量百分比为0.5%至25%范围内的元素X、以及由钨和不可避免杂质组成的剩余物。富铬层与基部相比铬含量更大。基部中包含的元素X由钼、硅、铝和铅中的至少一种构成。

Description

用于内燃发动机的火花塞

技术领域

本发明涉及在机动车辆的内燃发动机等中使用的火花塞。

背景技术

各种类型的火花塞广泛用于对安装至机动车辆的内燃发动机的燃烧室中的燃料混合气体点火。例如，火花塞由中心电极和接地电极构成。火花放电间隙形成于中心电极和接地电极之间。当在安装至燃烧室的火花塞的中心电极和接地电极之间产生火花放电时，空气和燃料的混合气体被点火。存在着一种具有改进结构的火花塞，其中电极芯片形成于中心电极和接地电极的至少一个上以增大点火能力。

最近，内燃发动机中燃烧室的温度升高以改善内燃发动机的功能。升高燃烧室温度就要求在火花塞中形成于中心电极和接地电极中的至少一个上的电极芯片具有优异的耐消耗性。存在着火花损耗或火花放电消耗以及氧化损耗或氧化消耗，这些损耗火花塞中的电极芯片。当发生火花损耗时，电极芯片的表面被火花放电瞬间熔化。在发生氧化损耗时，火花塞中的电极的表面在高温环境下氧化和气化。

例如，在电极芯片形成于火花塞的中心电极和接地电极的至少一个上时，铱（Ir）用作电极材料，因为铱具有高熔点和优异的耐火花放电消耗性。然而，因为铱是市场上可用的高成本的贵金属，使用铱会增大火花塞的制造成本。为了降低制造成本，钨（W）用来代替铱，因为钨具有相比铱而言更高的熔点，以及优异的耐火花放电消耗性，并且在市场上可低成本地购得。然而，因为钨具有与氧气的较大化学亲和性，钨的抗氧化性不足。为了避免这个问题，一份专利文献，日本专利延迟公开出版物（laid open publication）NO.H02-100281已经公开了使用包含钨以及具有优异抗氧化性的铬（Cr）的电极材料。

然而，日本专利延迟公开出版物NO.H02-100281中公开的火花塞具有以下问题。

为了让电极芯片具有足够的抗氧化性，电极材料包含熔点为大约1857℃的铬，这低于钨的大约3407℃（或3380℃）的熔点。因为增大电极芯片中铬的含量会降低电极芯片的熔点，电极芯片不能提供足够的耐火花放电消耗性。另一方面，降低电极芯片中铬的含量会抑制电极芯片的熔点和耐火花放电消耗性的降低。然而，电极芯片可能会难以充分地维持必要的抗氧化性。

于是，强烈希望提供一种低制造成本的具有足够耐火花放电消耗性和抗氧化性的火花塞。

发明内容

因此期望提供一种火花塞，其用于内燃发动机中，其具有优异的耐火花放电消耗性、优异的抗氧化性以及较长的使用寿命，并且制造成本较低。

一个示例性实施方式提供了一种应用在内燃发动机中的火花塞。这种火花塞具有改进的结构，其由中心电极、接地电极、以及一个或更多个电极芯片构成。所述接地电极布置为面对中心电极以在中心电极和接地电极之间形成火花放电间隙。所述电极芯片形成于中心电极与接地电极的至少一个上。例如，在中心电极和接地电极上都形成有电极芯片时，火花放电间隙形成于在中心电极上形成的电极芯片与在接地电极上形成的电极芯片之间。尤其，电极芯片由基部、富铬层以及扩散层构成。富铬层形成于基部的至少一部分上。换言之，基部的至少一部分由富铬层覆盖。扩散层形成于基部与富铬层之间。尤其，电极芯片中的基部由质量百分比在5%至45%范围内的铬、质量百分比在0.5%至25%范围内的元素X、以及由钨和不可避免杂质组成的剩余物构成。富铬层与基部相比铬含量更大。基部中所包含的元素X由钼、硅、铝和铅中的至少一种构成。

如前所述，在根据本发明的火花塞中，电极芯片形成于中心电极和接地电极的至少一个上。电极芯片由基部、富铬层以及扩散层构成。尤其，基部的至少一部分由富铬层覆盖。在电极芯片中，基部的整个表面由富铬层覆盖也是可接受的。在电极芯片中，富铬层的铬（Cr）含量比基部大。此外，扩散层形成于基部与富铬层之间。。火花塞的这种结构使得能同时具有改进的耐火花放电消耗性和改进的抗氧化性。

也就是，本发明的发明人已经注意到，电极芯片的表面具有抗氧化性并且增加铬的含量以维持电极芯片上的铬氧化保护膜是必须且有效的，而不是增加电极芯片上的铬的含量以产生铬氧化保护膜。

在根据本发明的火花塞中，富铬层形成于电极芯片的表面上，其中富铬层中铬的含量大于基部中铬的含量。这个结构使得能在火花塞的使用初期阶段在电极芯片中的富铬层的表面上产生坚硬的铬氧化保护膜。在富铬层的表面上产生铬氧化保护膜之后，能通过基部中所包含的铬的扩散来维持铬氧化保护膜。这使得能提供具有长使用寿命的火花塞。

另一方面，基部具有在特定范围内的铬含量。也就是，基部具有比富铬层中的铬含量低的铬含量。也就是，由于形成于电极芯片的表面上的富铬层的存在能充分地维持抗氧化性，能降低基部中的铬含量。这抑制了基部中的铬含量的增大。也就是，这个结构使得能抑制由于铬的存在而引起电极芯片的熔点和耐火花放电消耗性的降低。换言之，基部的这个结构使得能提供具有高熔点和耐火花放电消耗性的钨（W）的特点。因此，这种火花塞中的电极芯片能充分地具有高耐火花放电消耗性。于是，根据本发明的火花塞能具有耐火花放电消耗性和抗氧化性，同时并且因此具有长的使用寿命。

在根据本发明的火花塞中的电极芯片中，扩散层进一步形成于富铬层与基部之间。由于扩散层包含形成富铬层和基部的元素，富铬层和基部与电极芯片中的扩散层一起形成。这个结构使得能通过扩散层将富铬层与基部坚固地结合。这个结构能抑制形成于电极芯片的表面上的富铬层分开和损耗，并且能长时间维持电极芯片的优良抗氧化性。

此外，基部包含含量在特定范围内的元素X，即，质量百分比在0.5%至25%范围内。元素X是元素比如钼（Mo）、硅（Si）、铝（Al）和铅（Pd）中的至少一种。这个结构使得能提高基部的可烧结性，即，通过焙烧或烧结增大基部的烧结密度。因此，能增大火花塞的电极芯片中的基部的耐久性，并且能增大电极芯片的耐火花放电消耗性和抗氧化性。也就是，如果电极芯片中的基部具有低烧结密度，则在基部中产生多个孔隙从而基部中会发生氧化。此外，基部可能会由于孔隙的存在而在火花塞振动时破裂，例如在火花塞所安装至的内燃发动机工作时。火花塞的耐用性也可能降低。优选地增大电极芯片中的基部的烧结密度以降低基部中孔隙的存在。火花塞中电极芯片的这种结构使得能提供重要效果，比如改进的耐火花放电消耗性以及改进的抗氧化性。

此外，基部包含廉价的钨。因为钨（W）可在商业市场上以低成本买到，能降低火花塞的制造成本。本发明能提供具有低制造成本的电极芯片，并且因此与具有包含可在商业市场上以高成本买到的贵重金属（比如铱）的电极芯片的常规火花塞相比能大幅降低火花塞的制造成本。

如前所述，本发明能以低成本提供具有优良耐火花放电消耗性、优良抗氧化性和长使用寿命的火花塞。

附图说明

本发明优选的非限制性实施方式将参照附图借助示例进行描述，其中：

图1是示出根据本发明第一示例性实施方式的火花塞的一部分的横截面；

图2是示出根据图1中所示的本发明第一示例性实施方式的火花塞中的中心电极、接地电极、形成于中心电极上的电极芯片、形成于接地电极上的电极芯片以及火花放电间隙（G）的结构的视图；

图3是示出形成于根据本发明第一示例性实施方式的火花塞中的中心电极上的电极芯片的横截面；

图4是示出形成于根据本发明第一示例性实施方式的火花塞中的中心电极上的电极芯片的变型的横截面；

图5是示出根据本发明第二示例性实施方式的作为测试样品的每个电极芯片的基部中的铬含量（质量百分比）与电极芯片在耐久性测试之后的损耗体积之间的关系的图表的视图；

图6是示出根据本发明第三示例性实施方式的作为测试样品的电极芯片中的基部中的铅含量（质量百分比）与电极芯片的烧结密度之间的关系的图表的视图；

图7是示出根据第四示例性实施方式的富铬层中的铬含量（质量百分比）与作为测试样品的电极芯片在耐久试验之后的体积损耗之间的关系的图表的视图；并且

图8是示出根据本发明第五示例性实施方式的形成于作为测试样品的每个电极芯片的基部上的富铬层的厚度与电极芯片在耐久试验之后的损耗体积之间的关系的图表的视图。

具体实施方式

下文中，本发明的各个实施方式将参照附图进行描述。在以下各个实施方式的描述中，类似的参考符号或数字在全部附图中指示类似或相同的部件部分。

根据本发明的火花塞由中心电极、接地电极、形成于中心电极和接地电极的至少一个上的电极芯片构成。基部包含质量百分比占基部总含量的5%至45%范围内的铬（Cr）。

在基部中的铬的含量小于5%的质量百分比时，电极芯片可能就难以具有充分的抗氧化性。

另一方面，在基部中的铬含量超过45%的质量百分比时，电极芯片的熔点降低，并且因此电极芯片可能难以具有充分的耐火花放电消耗性。

因此优选地，火花塞中的电极芯片的基部包含基部总含量的5%至45%的质量百分比范围内的铬。

此外，更优选地，火花塞中的电极芯片的基部包含基部总含量的15%至30%的质量百分比范围内的铬。

形成于火花塞的中心电极和接地电极的至少一个上的电极芯片中的基部中的元素X的含量在基部总含量的0.5%至25%的质量百分比范围内。

当基部中的元素X的含量小于0.5%的质量百分比时，电极芯片可能就难以充分地提高基部的可烧结性，即，烧结密度。

另一方面，在基部中的元素X的含量超过25%的质量百分比时，电极芯片中的基部的熔点降低，并且因此电极芯片可能难以具有充分的耐火花放电消耗性。此外，通过在基部中添加元素X以提高基部可烧结性的效果可能会降低。

在根据本发明的火花塞中，基部的至少一部分由富铬层覆盖，富铬层形成于电极芯片的表面的至少一部分上。也就是，电极芯片的表面的一部分可形成为暴露至火花塞的外部。扩散层形成于基部与电极芯片的铬层之间。扩散层能形成在电极芯片中富铬层与基部之间的至少一部分处。

火花放电损耗发生在火花塞中电极芯片的火花放电面（面向另一个电极芯片）上，并且在该火花放电面上产生火花放电以点火燃烧室中的燃料混合物气体。另一方面，氧化损耗发生在除了电极芯片的火花放电面之外的电极芯片的另一个表面上。因此，优选地在电极芯片的除了火花放电面之外的表面上形成富铬层（以及扩散层）以防止氧化损耗并且以具有优良的抗氧化性。

扩散层形成于基部与富铬层之间。扩散层由形成基部的元素和形成富铬层的元素组成。例如，扩散层的靠近基部的部分富含形成基部的元素，并且扩散层的靠近富铬层的部分富含形成富铬层的元素。

根据本发明的火花塞中富铬层包含与基部中所包含元素相同的元素是可接受的。

这个结构使得能通过扩散层坚固地结合基部和富铬层，并且抑制富铬层与电极芯片的表面分开。基部中包含的元素指的是除了基部中包含的不可避免杂质之外的元素。

优选地，富铬层包含的铬的含量与基部中包含的铬的含量相比大不少于5%的质量百分比。这个结构使得在电极芯片（或富铬层）的表面上充分地生长和维持更坚固的富铬层。这使得电极芯片能提供和维持抗氧化性。

当基部与富铬层之间的铬含量差异在小于5%的质量百分比的范围内时，可能难以在火花塞使用的初期阶段在电极芯片（或富铬层）的表面上充分地生长和维持更坚固的富铬层。

因此，更优选地，富铬层包含的铬的含量与基部中包含的铬的含量相比质量百分比大不小于5%。

此外，优选地富铬层具有1至30μm范围内的厚度。这个结构使得能在火花塞使用的初期阶段在电极芯片（或富铬层）的表面上生长更坚固的富铬层。此外，这个结构使得电极芯片能充分地具有抗氧化性。

在富铬层具有小于1μm的厚度时，电极芯片可能难以充分地具有抗氧化性。

另一方面，在富铬层具有大于30μm的厚度时，电极芯片的熔点由于铬的存在而降低，并且电极芯片可能难以充分地具有耐火花消耗性。因此，更优选地富铬层具有1至30μm范围内的厚度。

电极芯片具有通过扩散金属化工艺形成的富铬层是可接受的。使用这种扩散金属化工艺使得能容易且精确地在基部与富铬层之间形成扩散层，并且进一步将富铬层更坚固地结合至基部。因此，这使得能更加抑制富铬层与电极芯片的表面分开和损耗。

还可能通过除了扩散金属化工艺之外的方法生长富铬层。例如，能使用电镀工艺、溅射工艺、沉积工艺等，以在基部的表面上形成铬膜。在铬膜形成之后，能在真空或惰性大气状态下以500℃至1500℃范围内的温度通过扩散退火工艺形成富铬层和扩散层。

第一示例性实施方式

将参照图1至图4给出根据第一示例性实施方式的火花塞1的描述。

图1是示出根据第一示例性实施方式的火花塞1的一部分的横截面。图2是示出根据图1中所示的第一示例性实施方式的火花塞1中的中心电极2、接地电极3、形成于中心电极2上的电极芯片4、形成于接地电极上的电极芯片4和火花放电间隙G的结构的视图。

如图1和图2中所示，火花塞1由中心电极2、接地电极3、形成于中心电极2上的电极芯片4和形成于接地电极3上的电极芯片4构成。火花放电间隙G形成于中心电极2与接地电极3之间。更详细地，火花放电间隙G形成于在中心电极2上形成的电极芯片4与在接地电极3上形成的电极芯片4之间。

图3是示出形成于根据第一示例性实施方式的火花塞1中的中心电极2上的电极芯片4的横截面的视图。如图3中所示，电极芯片4由基部41、富铬层43和扩散层42构成。富铬层43形成于基部41的至少一部分上以使得基部41由富铬层43覆盖。富铬层43的铬（Cr）含量与基部41相比更大。扩散层42形成于基部41与富铬层43之间。

尤其，电极芯片4包含质量百分比在5%至45%范围内的铬、质量百分比在0.5%至25%范围内的元素X、以及由钨和不可避免杂质组成的剩余物。基部41中包含的元素X由钼（Mo）、硅（Si）、铝（Al）和铅（Pd）的至少一种构成。

现在将详细地给出形成于中心电极2和接地电极3上的电极芯片4的描述。

如图1中所示，根据第一示例性实施方式的火花塞1由中心电极2、接地电极3、电极芯片4、电绝缘体5（比如陶瓷电绝缘体等）、以及外壳6构成。外壳6具有筒形形状。在外壳6的外周形成螺纹部61。火花塞1通过形成于燃烧室的壁段中的螺纹孔（未示出）和外壳6的螺纹部61固定至内燃发动机的燃烧室（未示出）的壁段。

电绝缘体5具有筒形形状。电绝缘体5保持于外壳6的内部。中心电极2保持于电绝缘体5的内部以使得，在火花塞1安装至内燃发动机时，中心电极2从电绝缘体5突出并且暴露至外部，即暴露至燃烧室中的燃料混合物。

接地电极3连接至外壳6的前端表面60。如图1和图2中所示，接地电极3从外壳6的前端表面60朝着中心电极2延伸，并且弯曲以使得接地电极3沿着火花塞1的轴向方向面向中心电极2。

如图2中所示，电极芯片4通过焊接连接至中心电极2的中心电极基部21的前端部21。另外，电极芯片4通过焊接连接至接地电极3的接地电极基部31的相对部311。中心电极2的中心电极基部21以及接地电极3的接地电极基部31每个由镍（Ni）合金制成。每个电极芯片具有柱形形状。火花放电间隙G形成于电极芯片4之间。

如图3中所示，电极芯片4由基部41、富铬层43以及形成于基部41与富铬层43之间的扩散层42构成。形成于接地电极3上的电极芯片4与形成于中心电极2上的电极芯片4具有相同的结构。

尤其，基部41由质量百分比在5%至45%范围内的铬（Cr）、质量百分比在0.5%至25%范围内的元素X、以及由钨和不可避免杂质组成的剩余物构成。基部41中包含的元素X由钼（Mo）、硅（Si）、铝（Al）和铅（Pd）中的至少一种构成。

富铬层43形成于电极芯片4的整个表面上以使得富铬层43暴露至火花塞1的外部，如图3中所示。富铬层43包含与基部41中包含的元素相同的元素（Cr、元素X、以及W）。尤其，富铬层43的铬含量与基部41相比更大。具体地，富铬层43中的铬的含量大于基部41中铬的含量不少于5%（质量百分比）。另外，富铬层43具有1至30μm范围内的厚度。另外，富铬层43通过扩散金属化工艺形成。

扩散层42由形成基部41的元素以及形成富铬层43的元素构成。具体地，形成基部41的元素的含量在扩散层42更靠近基部41一侧时在扩散层42中逐渐地增大。另一方面，富铬层43中元素的含量在扩散层42中的一部分逐渐靠近富铬层43一侧时逐渐增大至扩散层42中元素的含量。

此外，如稍后解释的，在富铬层43通过扩散金属化工艺形成时，形成扩散层2。

接着，现在将给出根据第一实施方式的火花塞1中的电极芯片4的生产方法的描述。

准备原材料粉末以具有电极芯片4的化学成分。原材料粉末成型为具有电极芯片4的预定形状的成型体。对放置于耐热容器中的成型体执行加热工艺以在非氧化大气环境下（例如，氩气环境）以1300至1500℃范围内的温度焙烧/烧结成型体。这个工艺使得能产生具有0.55毫米直径和0.8毫米轴向长度的柱状基部41。

接着，所生产的基部41通过扩散金属化工艺来处理。具体地，将基部41放置于耐热容器中，并且铬（Cr）在耐热容器中置于基部41周围。密封所述耐热容器并且在氩气（Ar）环境下以1500℃的温度焙烧一小时以上。这在基部41的表面上产生富铬层43，并且在基部41与富铬层43之间也形成扩散层43。完成了由基部41、扩散层42以及富铬层43构成的电极芯片4的生产，如图3中所示。

接着，现在将给出根据第一示例性实施方式的火花塞1的作用效果的描述。

如图2中所示，在根据第一示例性实施方式的火花塞1的结构中，电极芯片4形成于中心电极2和接地电极3的每个上。如前面解释的，电极芯片4由基部41、富铬层43和扩散层42构成。基部41由富铬层43覆盖。富铬层43的铬含量与基部41相比更大。扩散层42形成于基部41与富铬层43之间。根据第一示例性实施方式的火花塞1的这个结构使得其能具有耐火花放电消耗性和抗氧化性。

也就是，本发明的发明人已经注意到，电极芯片4的表面具有抗氧化性是必须且有效的，并且还需要增加铬的含量以维持电极芯片4中的铬氧化保护膜，而不是增加铬的含量以产生铬氧化保护膜。因此，在根据第一示例性实施方式的火花塞1中，富铬层形成于电极芯片4的表面上，其中富铬层43中铬的含量大于基部41中铬的含量。这个结构使得能在火花塞1的使用初期阶段在电极芯片4中的富铬层的表面上产生硬质的铬氧化保护膜。在富铬层43的表面上产生铬氧化保护膜之后，能通过基部41中包含的铬来维持铬氧化保护膜。

另一方面，基部41具有特定范围内的铬含量。也就是，基部41具有比富铬层43中的铬含量低的铬含量。由于形成于电极芯片4上的富铬层43的存在能充分地维持抗氧化性，能降低基部41中的铬含量。这抑制了基部41中的铬含量的增大。也就是，这个结构使得能抑制由于铬的存在而引起电极芯片的熔点和耐火花放电消耗性的降低。换言之，基部41的这个结构使得能提供具有高熔点和耐火花放电消耗性的钨（W）的特点。因此，根据第一示例性实施方式的火花塞1中的电极芯片4能充分地具有高耐火花放电消耗性。如前面所描述的，根据第一示例性实施方式的火花塞1能具有耐火花放电消耗性和抗氧化性，同时并且因此具有长的使用寿命。

在根据第一示例性实施方式的火花塞1中的电极芯片4中，扩散层42进一步形成于富铬层43与基部41之间。由于扩散层42由形成富铬层43和基部41的元素构成，富铬层43和基部41通过扩散层42形成在一起。这个结构使得能通过扩散层42将富铬层43与基部41坚固地结合。这使得能抑制形成于电极芯片4的表面上的富铬层43与电极芯片4的表面分开和损耗，并且能长时间维持电极芯片4的优良抗氧化性。

此外，基部41包含含量在特定范围内的元素X（即，0.5%至25%的质量百分比范围内）。元素X是元素比如钼（Mo）、硅（Si）、铝（Al）和铅（Pd）中的至少一种。这个结构使得能提高基部41的可烧结性，即，通过烧结增大所述基部41的烧结密度。因此，能增大火花塞1的电极芯片4中的基部41的耐久性，并且能增大电极芯片的耐火花放电消耗性和抗氧化性。

此外，基部41包含可在商业市场上以低成本买到的钨（W）。这使得能降低根据第一示例性实施方式的火花塞1的制造成本。第一示例性实施方式能提供具有低制造成本的电极芯片4，并且因此与具有包含可在商业市场上以高成本买到的贵重金属（比如铱）的电极芯片的常规火花塞相比能大幅降低火花塞1的制造成本。

富铬层43包含与根据第一示例性实施方式的火花塞1的基部41中所包含的元素相同的元素是可接受的。这个结构使得能通过扩散层将基部41与富铬层43坚固地结合，并且更加抑制富铬层43与电极芯片4分开以及从电极芯片4的表面损耗。

优选地，富铬层43的铬含量比基部41的铬含量大不小于5%的质量百分比。这个结构使得能充分生长更坚固的富铬层43以及在电极芯片4（或富铬层42）的表面上维持富铬层43。这个结构使得能提供具有长时间维持的优良抗氧化性的电极芯片4。

此外，优选地，富铬层43具有1至30μm范围内的厚度。这个结构使得能在火花塞1最初使用时在电极芯片4（或富铬层42）的表面上生长更坚固的富铬层43。此外，这个结构使得电极芯片4能充分地具有抗氧化性。

电极芯片4具有通过扩散金属化工艺处理的富铬层43是可接受的。使用这种扩散金属化工艺使得能容易且精确地在基部41与富铬层43之间形成扩散层42，并且还更坚固地将富铬层43结合至基部41。因此，这使得能更加抑制富铬层43与电极芯片4的表面分开以及损耗。

如前面详细描述的，第一示例性实施方式提供了具有优良耐火花放电消耗性、抗氧化性和长使用寿命的火花塞1。

如图3中所示，在根据第一示例性实施方式的火花塞1的结构中，富铬层43（以及扩散层42）形成于电极芯片4的整个表面上。本发明的概念不限于这个结构。

图4是示出形成于根据第一示例性实施方式的火花塞1中的中心电极2上的电极芯片4的变型4-1的横截面的视图。

如图4中所示，电极芯片4-1的变型具有富铬层43-1和扩散层42-1形成于基部41的侧面上的结构。也就是，富铬层43-1没有形成于基部41面向火花放电面401一侧（即，面向接地电极3）的顶面上，因为电极芯片4面向火花放电面401一侧的顶部由火花放电强烈地影响并且损耗体积。因此可仅在基部41的侧面（其在火花放电期间由于氧化而损耗）上形成富铬层43-1（以及扩散层42-1）。

第二示例性实施方式

将参照图5给出第二示例性实施方式的描述。

第二实施方式准备基部中包含不同铬（Cr）含量的各种测试样品并且评估电极芯片（即，每个测试样品的基部）的耐消耗性。

也就是，第二示例性实施方式以及第三至第五示例性实施方式（它们将稍后解释）评测使用每个测试样品的耐消耗性，尤其评测每个测试样品的耐火花放电消耗性和抗氧化性。

第二示例性实施方式准备多个测试样品。作为每个测试样品的电极芯片的基部具有不同的铬（Cr）含量（x1%（质量百分比））。为了正确地评测每个测试样品中的基部的耐消耗性，作为每个测试样品的电极芯片仅由基部构成，而不包含富铬层和扩散层。

基部具有（90-x1）%质量百分比的钨（W）、x1%质量百分比的铬（Cr）以及10%质量百分比的铅（Pd）的化学成分。也就是，每个测试样品的基部能用以下公式表示：

（90-x1）W-x1Cr-10Pd。

第二示例性实施方式执行安装有作为测试样品的电极芯片的火花塞的耐久性测试以评测作为测试样品的每个电极芯片的耐消耗性。

在具有测试样品的火花塞的耐久性测试中，作为测试样品的电极芯片通过激光焊接结合至每个火花塞中的每个中心电极和接地电极，并且每个火花塞安装至具有2500cc的发动机排气量（displacement）的直列六缸发动机。发动机以5600rpm（即，全负荷）运行100小时以上。

在每个测试样品的耐损耗的评测中，电极芯片（作为测试样品）在耐久性测试之前和之后照相，并且每个电极芯片在耐久性测试之前和之后的三维立体（3D）模型通过使用计算机辅助设计（CAD）软件比如Uni-Graphics(ug)等做出。每个测试样品的损耗体积（耐久性测试之前和之后的体积差异）通过比较所获得的3D模型来计算。

图5是示出根据第二示例性实施方式在耐久性测试之后每个电极芯片（测试样品）中的基部中的铬（Cr）含量（%质量百分比）与电极芯片的损耗体积（立方毫米）之间的关系的图表的视图。

从图5中所示的测试结果中可以清楚地理解到，具有5%至45%质量百分比范围内的铬含量的测试样品具有不超过0.15mm³的损耗体积，这些样品因此具有优良耐消耗性。尤其，具有15%至30%质量百分比范围内的铬含量的测试样品具有更低的损耗体积并且因此具有更优良的耐消耗性。

另一方面，具有小于5%质量百分比以及超过45%质量百分比范围内的铬含量的测试样品具有增大的损耗体积。

如前面详细描述的，在基部具有5%至45%质量百分比范围内的铬含量时，电极芯片中的基部能具有优良耐消耗性比如优良耐火花放电消耗性以及优良抗氧化性。

更优选地，电极芯片中的基部具有15%至30%质量百分比范围内的铬含量以更加增强耐消耗性。

第三示例性实施方式

将参照图6给出第三示例性实施方式的描述。第三示例性实施方式准备具有不同铅（Pd）（作为元素X）含量的电极芯片的测试样品并且评测每个测试样品的烧结性。

第三示例性实施方式准备多个测试样品，即，由具有不同铅（Pd）含量（x2%质量百分比）的基部构成的电极芯片。也就是，每个测试样品的基部能用以下公式表示：

60W-（40-x2）Cr-x2Pd。

第三示例性实施方式检测每个基部（作为测试样品）的烧结密度以评测每个测试样品的可烧结性。每个测试样品的烧结密度通过用Archimdeds方法将检测的烧结密度与理想密度相比较来检测。

图6是示出根据第三示例性实施方式的每个电极芯片（作为测试样品）中的基部中的铅（Pd）含量和每个电极芯片的烧结密度（作为可烧结性）之间的关系的图表的视图。

从图6中所示的结果可以清楚地理解到，具有不小于0.5%质量百分比的铅（Pd）含量的基部（作为测试样品）具有不小于85%质量百分比的烧结密度。

另一方面，在基部中的铅（Pd）的含量超过25%质量百分比时，测试样品的烧结密度基本不增大。

因此，能理解到，在基部中的铅（Pd）含量在0.5%至25%质量百分比范围内时，电极芯片中的基部的可烧结性（或烧结密度）增大。

如前面描述的，第三实施方式使用铅（Pd）作为包含于电极芯片的基部中的元素X。然而，本发明的概念不限于这个结构。例如，能使用钼（Mo）、硅（Si）、或铝（Al）中的一种来代替铅（Pd）。

表1示出基部中具有不同元素成分X（比如铅（Pd）、钼（Mo）、硅（Si）和铝（Al））的测试样品1至5的可烧结性（作为烧结密度）的测试结果。

此外，除了每个测试样品的可烧结性的结果之外，表1还示出耐消耗性（损耗体积）的结果。如表1中所示，根据第三示例性实施方式的测试样品1的可烧结性和耐消耗性的结果具有与前面描述的第二示例性实施方式的测试样品相同的结果。

表1

从表1可以清楚地理解到，包含选自钼（Mo）、硅（Si）和铝（Al）之一的元素X的测试样品No.3、No.4和No.5的烧结密度高于不包含任何元素X的测试样品No.1的烧结密度。此外，测试样品No.3、No.4和No.5具有与包含铅（Pd）的测试样品No.2大致相同的烧结密度。因此，测试样品No.2、No.3、No.4和No.5具有优良的可烧结性。

此外，从表1中所示的测试结果可以清楚地理解到，测试样品No.3、No.4和No.5与测试样品No.1相比损耗体积非常小，并且测试样品No.3、No.4和No.5具有与测试样品No.2大致相同的损耗体积。因此，测试样品No.3、No.4和No.5具有优良的耐消耗性。

第四示例性实施方式

将参照图7给出第四示例性实施方式的描述。第四示例性实施方式准备电极芯片作为测试样品，在电极芯片的富铬层中具有不同铬（Cr）含量，并且评测每个测试样品的耐消耗性。

第四示例性实施方式准备电极芯片作为测试样品，其具有基部以及具有不同铬（Cr）含量（x3%质量百分比）的富铬层。在第四示例性实施方式中，作为测试样品的每个电极芯片由基部、扩散段和富铬层构成。基部具有60W-30Cr-10Pd的成分。富铬层具有（90-x3）W-x3Cr-10Pd的成分。富铬层具有10μm的厚度。

第四示例性实施方式执行安装有作为测试样品的电极芯片的火花塞的耐久性测试以通过与前面第二示例性实施方式中解释的相同方法和过程评测作为测试样品的每个电极芯片的耐消耗性。

图7是示出根据第四示例性实施方式的富铬层中的铬（Cr）含量（%质量百分比）与耐久性测试之后电极芯片的损耗体积（立方毫米）之间的关系的图表的视图。

从图7中所示的结果可以清楚地理解到，具有不小于35%质量百分比的铬（Cr）含量的富铬层（其铬含量比基部中包含的铬含量大不小于5%质量百分比）的测试样品在耐久性测试之后具有不超过0.06立方毫米的损耗体积并且因此具有优良的耐消耗性。尤其，具有不小于40%质量百分比的铬（Cr）含量的富铬层（其铬含量比基部中包含的铬含量大不小于10%质量百分比）的测试样品在耐久性测试之后具有更低的损耗体积并且因此具有更优良的耐消耗性。

另一方面，具有小于35%质量百分比铬含量的富铬层的测试样品在耐久性测试之后具有增大的损耗体积。

从测试结果可理解到，为了充分地维持火花塞中的电极芯片的耐消耗性，优选地富铬层中的铬（Cr）含量比基部中包含的铬（Cr）含量大不小于5%质量百分比。此外，更优选地富铬层中的铬（Cr）含量比基部中包含的铬（Cr）含量大不小于10%质量百分比。

第五示例性实施方式

将参照图8给出第五示例性实施方式的描述。第五示例性实施方式准备具有不同厚度的富铬层的电极芯片作为测试样品，并且评测每个测试样品的耐消耗性。

第五示例性实施方式准备电极芯片。作为测试样品的每个电极芯片具有基部、扩散层和富铬层。基部具有60W-30Cr-10Pd的成分。富铬层具有52W-40Cr-8Pd的成分。作为测试样品的每个电极芯片中的富铬层具有不同的厚度。

第五示例性实施方式通过与前面第二示例性实施方式中解释的相同方法和过程对安装有作为测试样品的电极芯片的火花塞执行耐久性测试以评测作为测试样品的每个电极芯片的耐消耗性。

图8是示出根据第五示例性实施方式的富铬层的厚度与作为测试样品的每个电极芯片在耐久性测试之后的损耗体积之间的关系的图表的视图。

图8示出测试样品的耐久性测试的评测结果。也就是，图8示出富铬层的厚度（μm）与每个电极芯片在耐久性测试之后的损耗体积（立方毫米）之间的关系。

从图8中所示的结果可以清楚地理解到，具有厚度在1至30μm范围内的富铬层的测试样品具有不超过0.06立方毫米的损耗体积并且因此具有优良的耐消耗性。尤其，能理解到，具有厚度在5至30μm特定范围内的富铬层的测试样品具有更低的体积损耗并且因此具有更优良的耐消耗性。

另一方面，具有厚度小于1μm以及大于30μm范围内的富铬层的测试样品具有增大的损耗体积并且因此具有不良的耐消耗性。

因此，优选地电极芯片具有厚度在1至30μm，更优选地5至30μm范围内的富铬层以充分地维持耐消耗性。

虽然已经详细描述本发明的具体实施方式，本领域技术人员将明白，在本公开的整体教导之下，对这些细节能开发出各种变型和替代。因此，所公开的具体布置仅是示例性的并且不限制本发明的范围，本发明的范围将由以下权利要求及其等同的完全范围给出。

Claims

1.一种在内燃发动机中使用的火花塞（1），包括：

中心电极（2）；

接地电极（3），布置为面朝所述中心电极（2）以在所述中心电极（2）与所述接地电极（3）之间形成火花放电间隙（G）；以及

形成于所述中心电极（2）和所述接地电极（3）的至少一个上的电极芯片（4），

其中所述电极芯片（4）由下述部分构成：基部（41）；形成于所述基部（41）的至少一部分上的富铬层（43）；以及形成于所述基部（41）与所述富铬层（43）之间的扩散层（42），

其中所述基部（41）由下述物质构成：质量百分比在5%至45%范围内的铬；质量百分比在0.5%至25%范围内的元素X；以及由钨和不可避免杂质组成的剩余物，并且

所述富铬层（3）与所述基部（41）相比铬含量更大，并且

所述基部（41）中包含的元素X由钼、硅、铝和铅中的至少一种构成。

2.根据权利要求1的用于内燃发动机的火花塞（1），其中所述富铬层（43）含有与所述基部（41）中包含元素相同的元素。

3.根据权利要求1或2的用于内燃发动机的火花塞（1），其中所述富铬层（43）包含的铬的含量与所述基部（41）中包含的铬的含量相比大不小于5%的质量百分比。

4.根据权利要求1或2的用于内燃发动机的火花塞（1），其中所述富铬层（43）具有1至30μm范围内的厚度。

5.根据权利要求1或2的用于内燃发动机的火花塞（1），其中所述电极芯片（4）具有通过扩散金属化工艺处理的所述富铬层（43）。