CN115038803A - 火花塞用贵金属电极头、火花塞用电极和火花塞 - Google Patents
火花塞用贵金属电极头、火花塞用电极和火花塞 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115038803A CN115038803A CN202180012395.5A CN202180012395A CN115038803A CN 115038803 A CN115038803 A CN 115038803A CN 202180012395 A CN202180012395 A CN 202180012395A CN 115038803 A CN115038803 A CN 115038803A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- spark plug
- tip
- electrode
- noble metal
- mass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 36
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims abstract description 18
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 31
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 31
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 16
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 29
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 29
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 28
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 25
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 20
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 17
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000005536 corrosion prevention Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T13/00—Sparking plugs
- H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
- H01T13/39—Selection of materials for electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C5/00—Alloys based on noble metals
- C22C5/04—Alloys based on a platinum group metal
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T13/00—Sparking plugs
- H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T21/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs
- H01T21/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs of sparking plugs
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/14—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of noble metals or alloys based thereon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Spark Plugs (AREA)
Abstract
本发明的火花塞用贵金属电极头32含有50质量％以上的铱(Ir)和0.1质量％以上且5质量％以下的铝(Al)，还包含铑(Rh)，在所述火花塞用贵金属电极头中观察到纤维状的金相组织R，纤维状的金相组织R的长径比的平均值为150以上，并且短轴方向的平均长度为25μm以下。
Description
技术领域
本发明涉及火花塞用贵金属电极头、火花塞用电极和火花塞。
背景技术
火花塞被用作汽车发动机等内燃机的点火装置。火花塞具有中心电极和接地电极，通过在这些电极之间施加高电压而产生火花放电。然后，通过该火花放电进行混合气体的点火。在这样的火花塞的电极处，为了提高点火性能，设置有以贵金属为主体的电极头(点火部)。
作为这种电极头，出于耐氧化性、耐消耗性优异等理由，广泛使用以熔点高的铱(Ir)为主体的电极头。但是，近年来，由于发动机的使用环境的高温化、高增压化等的影响，电极的温度高温化。因此，当在包含氧气的高温气氛下使用所述电极头时，导致铱容易氧化挥发，电极头的体积(质量)减少成为问题。
由于这样的情况等，提供了通过在铱中添加铝(Al)而在电极头的表面形成铝氧化物的覆膜(保护膜)来提高电极头的耐氧化性的技术(参照专利文献1)。该电极头通过对包含铱和铝的合金进行电弧熔化而制作铸锭，使用细切割机从该铸锭切出预定形状而得到。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-248322号公报
(发明所要解决的课题)
在铱的熔点(2466℃)与铝的熔点(660.3℃)之间存在大的差异，由于铝的熔点比铱的熔点低很多，因此在它们的合金在电弧熔化后被冷却的情况下，铝的凝固偏析非常容易发生。由于发生了凝固偏析的电极头的耐久性变低，因此当作为火花塞的电极(点火部)使用时，有可能产生晶粒从电极头的脱落，从而火花塞的点火性能降低。
另外，当对铱和铝的混合粉末进行电弧熔化时，由于其影响，导致发生一定程度的粉末飞扬。此时，由于比重小的铝容易飞扬，因此存在混合粉末的组成比偏离目标值，最终得到的电极头的性能不稳定等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供耐久性优异的火花塞用贵金属电极头等。
(用于解决课题的手段)
用于解决所述课题的手段如下所述。即，
＜1＞一种火花塞用贵金属电极头，其中，所述火花塞用贵金属电极头含有50质量％以上的铱(Ir)和0.1质量％以上且5质量％以下的铝(Al)，还含有铑(Rh)，在所述火花塞用贵金属电极头中观察到纤维状的金相组织，所述纤维状的金相组织的长径比的平均值为150以上，并且短轴方向的平均长度为25μm以下。
＜2＞如所述＜1＞所述的火花塞用贵金属电极头，其中，所述火花塞用贵金属电极头含有3质量％以上且小于30质量％的铑(Rh)。
＜3＞如所述＜1＞或＜2＞所述的火花塞用贵金属电极头，其中，所述火花塞用贵金属电极头包含钌(Ru)和镍(Ni)中的至少一者。
＜4＞如所述＜3＞所述的火花塞用贵金属电极头，其中，所述火花塞用贵金属电极头包含3质量％以上且小于20质量％的钌(Ru)和0.1质量％以上且小于5质量％的镍(Ni)中的至少一者。
＜5＞如所述＜1＞～＜4＞中任一项所述的火花塞用贵金属电极头，其中，所述火花塞用贵金属电极头在表面具有包含铝氧化物的覆膜。
＜6＞一种火花塞用电极，其中，所述火花塞用电极具有所述＜1＞～＜5＞中任一项所述的火花塞用贵金属电极头。
＜7＞一种火花塞，其中，所述火花塞具有所述＜6＞所述的火花塞用电极。
＜8＞一种火花塞，所述火花塞的中心电极和接地电极中的至少一者具有所述＜5＞所述的火花塞用贵金属电极头，其中，所述覆膜至少设置在所述火花塞用贵金属电极头的放电面上。
发明效果
根据本发明，能够提供耐久性优异的火花塞用贵金属电极头等。
附图说明
[图1]为第一实施方式的火花塞的局部剖视说明图。
[图2]为电极头的立体图。
[图3]为示意性地表示在电极头中所含的纤维状的金相组织的说明图。
[图4]为示意性地表示电极头的制造方法的说明图。
[图5]为示意性地表示形成有覆膜的电极头的构成的截面图。
[图6]为示意性地表示在比较例2的电极头中所含的金相组织的说明图。
[图7]为在实施例14的电极头表面附近处的切割面的SEM图像中，通过EDS元素映射将铝的分布可视化而得到的图。
[图8]为在实施例14的电极头表面附近处的切割面的SEM图像中，通过EDS元素映射将氧的分布可视化而得到的图。
具体实施方式
＜第一实施方式＞
参照图1～图5对本发明的第一实施方式简单地进行说明。在本实施方式中，将火花塞1与在其中使用的火花塞用电极、火花塞用贵金属电极头一起例示。
图1为第一实施方式的火花塞1的局部剖视说明图。图1所示的在上下方向上延伸的直线(单点划线)表示火花塞1的轴线AX。火花塞1的前端侧配置在图1的下侧，火花塞1的下端侧配置在图1的上侧。需要说明的是，在图1中，在从轴线AX到右侧的部分表示火花塞1的外观，在从轴线AX到左侧的部分表示火花塞1的截面图。
火花塞1安装在汽车的发动机(内燃机的一例)上，用于对发动机的燃烧室内的混合气体进行点火。火花塞1主要具有绝缘体2、中心电极3、接地电极4、端子配件5、主体配件6、电阻体7和密封构件8、9。
绝缘体2为在内部包含贯通孔21的在上下方向上延伸的大致圆筒状的构件，由氧化铝等陶瓷构成。
主体配件6为在将火花塞1安装到发动机(具体而言，发动机缸盖)上时所利用的构件，整体呈在上下方向上延伸的圆筒形状，由导电性的金属材料(例如低碳钢材)构成。在主体配件6的前端侧的外表面形成有螺纹部61。另外，在螺纹部61的后端侧形成有向外侧以环状突出的座部62。需要说明的是，在螺纹部61的后端(所谓螺纹头)外嵌有环状的垫片G。此外，在主体配件6的后端侧设置有工具卡合部63，所述工具卡合部63用于在将主体配件6安装到发动机上时使扳手等工具卡合。而且，在主体配件6的后端部设置有向径向内侧弯曲的紧固部64。
另外，主体配件6在内部具有在上下方向上贯通的通孔65，绝缘体2以插入贯通该通孔65的形式保持在主体配件6的内部。绝缘体2的后端成为从主体配件6的后端向外侧(图1的上侧)大幅突出的状态。与此相对，绝缘体2的前端成为从主体配件6的前端向外侧(图1的下侧)稍微突出的状态。
在安装在主体配件6的内部的状态下，在绝缘体2的内部配设有中心电极3。中心电极(火花塞用电极的一例)3具有在上下方向上延伸的棒状的中心电极主体31和安装在该中心电极主体31的前端的圆柱状(圆板状)的电极头(点火部)32。中心电极主体31为长度方向的长度与绝缘体2、主体配件6相比更短的构件，其以前端侧露出到外部的方式被保持在绝缘体2的贯通孔21内。中心电极主体31的后端收容在绝缘体2的内部。中心电极主体31由镍(Ni)或含镍最多的镍基合金(例如NCF600、NCF601等)构成。需要说明的是，中心电极主体31可以为双层结构，所述双层结构包含由镍或镍基合金构成的鞘部(母材)和埋设在该鞘部的内部的芯部。在此情况下，芯部优选由导热性比鞘部优异的铜(Cu)或含铜最多的铜基合金形成。需要说明的是，中心电极3的电极头32的详细情况将在后面说明。
端子配件5为在上下方向上延伸的棒状构件，以插入绝缘体2的贯通孔21的后端侧的形式安装。端子配件5在绝缘体2(贯通孔21)内配置在比中心电极3更靠后端侧。端子配件5由导电性的金属材料(例如低碳钢)构成。需要说明的是，出于防腐蚀等目的，可以对端子配件5的表面实施镍等的镀敷。
端子配件5具有配置在前端侧的棒状的脚部51、配置在该脚部51的后端侧的凸缘部52和配置在比该凸缘部52更靠后端侧的帽安装部53。脚部51插入绝缘体2的贯通孔21内。凸缘部52为从绝缘体2的后端部露出并且卡定在该后端部的部分。帽安装部53为安装连接有高压电缆的塞帽(未图示)的部分，经由该帽安装部53，从外部施加用于产生火花放电的高电压。
电阻体7在绝缘体2的贯通孔21内配置在端子配件5的前端(脚部51的前端)与中心电极3的后端(中心电极主体31的后端)之间。电阻体7例如具有1kΩ以上的电阻值(例如5kΩ)，具有降低产生火花时的无线电噪声的功能等。电阻体7例如由包含作为主要成分的玻璃粒子、玻璃以外的陶瓷粒子和导电性材料的组合物构成。
在贯通孔21内的电阻体7的前端和中心电极3的后端之间设置有间隙，以填埋该间隙的形式配设有导电性的密封构件8。另外，在贯通孔21内的电阻体7的后端和端子配件5的前端之间也设置有间隙，以填埋该间隙的形式配设有导电性的密封构件9。各密封构件8、9例如由包含B2O3-SiO2类等的玻璃粒子和金属粒子(Cu、Fe等)的导电性组合物构成。
接地电极4整体上由在中途弯曲成大致L字状的板片构成，其后端部42与主体配件6的前端接合。并且，其前端部41以与中心电极3的前端部(电极头32)保持间隔的同时相对的方式配置。接地电极4和主体配件6例如通过电阻焊接、激光焊接等焊接技术彼此接合。由此，接地电极4和主体配件6彼此电连接。接地电极4例如与主体配件6同样地由镍或镍基合金构成。
在位于中心电极3的前端部的电极头32与接地电极4的前端部41之间存在间隙S，当在中心电极3与接地电极4之间施加高电压时，在该间隙S中，以大致沿着轴线AX的形式产生火花放电。
接着，对电极头32进行详细说明。图2为电极头32的立体图。电极头(火花塞用贵金属电极头的一例)32为作为点火部安装在中心电极3的前端部的构件，呈圆柱状(圆板状)。电极头32的上表面32a和下表面呈圆形，上表面32a以与棒状的中心电极主体31的下端面接触的形式安装。电极头32和中心电极主体31通过电阻焊接、激光焊接等焊接技术彼此接合。
电极头32由铱基合金构成，该铱基合金以铱(Ir)为主要成分，同时包含铝(Al)等其它成分。具体而言，由如下铱基合金构成，所述铱基合金含有50质量％以上的铱(Ir)和0.1质量％以上且5质量％以下的铝(Al)，还包含铑(Rh)。
而且，在由这样的铱基合金构成的电极头32中观察到纤维状的金相组织。
图3为示意地表示在电极头32中所含的纤维状的金相组织的说明图。图3表示在左右方向上以纤维状细长地延伸的由铱基合金构成的金相组织R。需要说明的是，在本说明书中，有时将由铱基合金构成的纤维状的金相组织称为“纤维状组织”。纤维状组织R通过在后述的电极头32的制造方法中在热加工时拉伸而形成。需要说明的是，图2和图3所示的双箭头A表示纤维状组织R的长度方向(即，纤维状组织R的延伸方向)。电极头32以纤维状组织R的长度方向(延伸方向、双箭头A)与火花塞1的轴线AX方向一致的方式(换言之，以平行的方式)设置。
纤维状组织(晶粒)R的长径比通过以下方法求出。首先，将电极头32以包含火花塞1的轴线AX的面切割，将该切割面研磨而得到研磨面。在图3中表示以包含轴线AX(双箭头A方向)的面切割而得到的电极头32的切割面(研磨面)。然后，利用FE-SEM(Field EmissionScanning Electron Microscope：场发射扫描电子显微镜)观察该研磨面，测定与轴线AX平行的方向(图3所示的双箭头A方向)上的纤维状组织(晶粒)R的最大长度l和与轴线AX垂直的方向(图3所示的双箭头B方向)上的所述纤维状组织(晶粒)的最大长度m。对于多个纤维状组织R，同样地分别测定最大长度l和最大长度m，对于各纤维状组织R，分别算出l/m，将算出的值的平均值(例如，20个晶粒的平均值)L/M作为纤维状组织(晶粒)R的长径比。需要说明的是，各最大长度L、M(平均值)中值小的一方(M)为纤维状组织(晶粒)R的短轴方向的平均长度。另外，纤维状组织(晶粒)R的长轴方向的平均长度为L。
另外，在由铱基合金构成的电极头32中，纤维状的金相组织的长径比的平均值L/M为150以上，并且短轴方向的平均长度M为25μm以下。当纤维状的金相组织具有这样的范围的长径比(平均值)和短轴方向的平均长度时，抑制了晶粒从电极头32脱落，耐久性优异。
需要说明的是，所述长径比(平均值)优选为160以上。另外，所述短轴方向的平均长度M优选为14μm以上，并且优选为19μm以下。
在用于电极头32的铱基合金中，铱(Ir)的含有比例(下限值)优选为55质量％以上，更优选为60质量％以上。
例如，在电极头32中使用的铱基合金可以含有50质量％以上的铱(Ir)、0.1质量％以上且5质量％以下的铝(Al)，并且含有3质量％以上且小于30质量％的铑(Rh)。需要说明的是，当所述铱基合金中铝(Al)的含有比例在所述范围内时，加工性、耐久性等优异。另外，当所述铱基合金中铑(Rh)的含有比例在所述范围内时，加工性、耐久性等优异。
另外，所述铱基合金还可以含有钌(Ru)和镍(Ni)中的至少一者。在此情况下，所述铱基合金可以含有3质量％以上且小于20质量％的钌(Ru)和0.1质量％以上且小于5质量％的镍(Ni)中的至少一者。需要说明的是，当所述铱基合金中钌(Ru)的含有比例在所述范围内时，加工性、耐久性等优异。另外，当所述铱基合金中镍(Ni)的含有比例在所述范围内时，加工性、耐久性等优异。
需要说明的是，在本实施方式中，钌(Ru)和镍(Ni)为任选成分，根据需要配合在铱基合金中。
另外，只要不损害本发明的目的，则铱基合金可以含有铂(Pt)等其它元素作为任选成分。
接着，参照图4对电极头32的制造方法进行说明。图4为示意地表示电极头32的制造方法的说明图。如图4(a)所示，首先，制备以铱为主要成分的预定组成比的原料粉末P。原料粉末P为铱粉末、铝粉末、铑粉末等的混合粉末，以成为上述组成比的方式配合各成分。需要说明的是，各粉末的粒径与制造这种电极头时利用的原料粉末的粒径大致相同。像这样，通过将各成分以粉末的状态彼此混合，能够得到均匀组成的原料粉末P。
接着，如图4(b)所示，利用预定的粉末压制机将原料粉末P压制成形为预定形状(例如圆柱状)，从而得到成形体100。像这样通过对成形体100进行压制成形(粉末压制成形)，能够得到保持了均匀组成的状态的成形体100。在此，得到圆柱状的成形体100。
然后，利用电弧熔化将所得到的成形体100熔化而进行热锻造，从而得到如图4(c)所示的铸锭110。
在得到铸锭110之后，在保持赤热程度的温度的状态下，进行铸锭110的热加工，使得铝不会因温度降低而偏析。例如，通过使用了旋转锤的热旋转锻造(所谓的热型锻)、热线材压延(例如，使用了形成辊孔型的带槽辊的热线材压延)或它们的组合，将所得到的圆柱状的铸锭110在一个方向上拉伸为长条状而制作棒状材料，将该棒状材料例如通过使用了拉丝模的热拉丝进一步在一个方向上拉伸，得到如图4(d)所示的线状材料200。像这样，通过热加工将铸锭110在一个方向上拉伸，从而形成线状材料200。线状材料200为细长地延伸的圆柱状，其截面(与延伸方向垂直的截面)为圆形。图4(d)的双箭头C表示线状材料200的延伸方向。
如图4(e)所示，在延伸方向(长度方向)上以预定的间隔切割线状材料200(即，以与延伸方向垂直的方向切割)，由此得到电极头32。这样的电极头32具有沿延伸方向C细长地延伸的纤维状的金相组织(纤维状组织)R(参照图3)。如上所述，能够由原料粉末P制造电极头32。
需要说明的是，如上所述，可以在以预定的间隔切割线状材料200之后，对于所得到的电极头32，在氧化气氛(即，包含大量氧气等氧化性气体的气氛)下，在预定的高温条件下实施热处理，由此在电极头32的表面形成覆膜32x。该热处理可以在作为氧化气氛的例如大气气氛下进行，也可以在从外部积极地供给氧化性气体的气氛下进行。另外，作为该热处理的高温条件，例如可以列举800℃～950℃的温度范围。
图5为示意地表示形成有覆膜32x的电极头32的构成的截面图。在图5中示意地表示覆膜32x以覆盖电极头32的内侧部32y的整个表面的方式形成的状态。覆膜32x主要含有铝氧化物，其厚度通常为约1μm～约10μm。在本说明书中，“铝氧化物”是指通过铝氧化而得到的物质(即铝的氧化物)，例如可以为Al2O3、由Al2O3以外的化学式表示的铝的氧化物。
在热处理前的电极头32(即，将线状材料200切割成电极头状而得到的电极头)中，除了铝(Al)以外，还含有铱(Ir)、铑(Rh)等其它金属元素，但铝与这样的其它金属元素(在电极头32中使用的金属元素)相比，容易与氧气反应。因此，推测通过上述热处理，在电极头32的表面主要形成包含铝氧化物的覆膜。需要说明的是，在电极头32中，被覆膜32x覆盖的内侧部32y实质上不含有铝氧化物(氧)。推测在内侧部32y，铝以不是氧化物的非氧化物(具体而言金属铝)的状态存在。
如上所述，当在电极头32的表面形成包含铝氧化物的覆膜32x时，存在于电极头32中(具体而言，内侧部32y中)的铱(特别是表面附近的铱)被覆膜32x保护，铱(Ir)的挥发氧化得到抑制。其结果，电极头32的耐久性进一步提高。需要说明的是，当直至内侧部32y中也存在铝氧化物时，在高温条件(例如1100℃～1200℃)下，有可能产生伴随体积膨胀的晶界裂纹。因此，优选在内侧部32y以金属铝的状态存在。
包含铝氧化物的覆膜32x的存在例如可以通过搭载能量分散型X射线分析装置的扫描型电子显微镜(SEM-EDS)来确认。另外，如上所述的纤维状的金相组织在电极头32的内侧部32y观察到。
如图5所示，在电极头32的上表面32a和下表面32b中，在以上表面32a与棒状的中心电极主体31(参照图1)的下端面接触的形式安装的情况下，下表面32b成为火花塞的放电面。需要说明的是，在中心电极3用的电极头32中，与接地电极4相对的面成为中心电极3的放电面。因此，优选在电极头32上至少在成为放电面的部分(下表面32b)形成有覆膜32x。另外，只要不损害本发明的目的，则用于在电极头32上形成覆膜32x的热处理可以在电极头32的状态下进行，也可以在将电极头32安装在中心电极主体31上的状态下进行。
在本实施方式中，在制造电极头32时，在粉末状态下均匀地混合作为原料的铱、铝等各成分，并且在保持所得到的原料粉末P被均匀地混合的状态的同时制成成形体100。因此，在制造过程中抑制了比重小的铝等从原料粉末P中飞扬等而被除去、从而原料粉末P的组成发生变化的情况。
另外，在本实施方式中，由于将由成形体100得到的铸锭110在赤热的状态下直接通过热加工在一个方向上拉伸，因此在拉伸后的铸锭110(即，线状材料200)的内部，在氧化铝等的凝固偏析被抑制的状态下，得到预定的纤维状的金相组织R。从这样的线状材料200切出的电极头32由于在内部具有由预定的铱基合金构成的纤维状的金相组织R，因此没有容易脱落的粒状的晶粒，耐久性优异。
＜其它的实施方式＞
在其它的实施方式中，例如，可以在图1所示的接地电极4的前端部41上，以与电极头32相对的形式安装由与电极头32同种的材料构成的电极头。该接地电极4用的电极头与第一实施方式的中心电极3用的电极头32同样地以纤维状组织的长度方向(延伸方向)与轴线AX方向一致的方式(换言之，以平行的方式)设置。这样的接地电极4用的电极头也不易产生晶粒的脱落，耐久性优异。需要说明的是，在接地电极4用的电极头表面也可以与中心电极用的情况同样地形成包含铝氧化物的覆膜。在此情况下，在接地电极4用的电极头中，优选至少在与中心电极3相对的面(放电面)上形成覆膜。
以下，基于实施例对本发明更详细地进行说明。需要说明的是，本发明不受这些实施例的任何限定。
[实施例1～15]
将以铱(Ir)为主要原料的实施例1～15的原料粉末制备成表1所示的组成比(质量％)。由所得到的原料粉末，与上述电极头的制造方法(参照图4)同样地制作各实施例的电极头。具体而言，对原料粉末进行粉末压制成形，制作成形体，通过电弧熔化将所得到的成形体熔化，通过热锻造得到铸锭。将所得到的铸锭在赤热的状态下直接进行热加工，得到了在一个方向上延伸的细长的线圆柱状的线状材料。然后，通过适当地切割线状材料，得到了圆柱状的电极头(尺寸：直径0.8mm，厚度0.6mm)。
[比较例1～3]
将比较例1～3的原料粉末制备成表1所示的组成比(质量％)。通过与实施例1等相同的方法，由所得到的原料粉末制作比较例1的电极头。
需要说明的是，在比较例3中，由于铱基合金过硬等原因，难以加工，在通过热加工由铸锭加工成线状材料时，铸锭破裂。因此，对于比较例3，在中途放弃电极头的制造。
另外，对于比较例2，与实施例1等不同，将包含铱和铝的合金电弧熔化而制作铸锭，对所得到的铸锭实施切削加工而得到比较例2的电极头。需要说明的是，比较例2的电极头的外观形状(尺寸)与实施例1等相同。
[金相组织的状态]
对于各实施例等的电极头，观察内部的金相组织。具体而言，以包含延伸方向(火花塞的轴线方向)的面切割电极头，利用FE-SEM观察将该切割面研磨而得到的研磨面。将结果示于表1。需要说明的是，在表1中，在观察到纤维状的金相组织的情况下，表示为“线状”，在观察到粒状的金相组织的情况下，表示为“粒状”。
[长径比等]
对各实施例等的电极头求出金相组织的长径比。具体而言，对各实施例等的电极头求出合计20个金相组织(晶粒)中的长径比的平均值(L/M)。需要说明的是，L为金相组织的长轴方向的平均长度，M为金相组织的短轴方向的平均长度。L、M的具体求法如上所述。表1示出各实施例等的长径比、短轴方向的平均长度M。
[晶粒脱落评价试验]
使用各实施例等的电极头分别制作火花塞试验体。电极头用作火花塞试验体的中心电极的点火部。火花塞试验体的基本构成与上述第一实施方式的火花塞相同。
需要说明的是，在用作火花塞试验体的中心电极(点火部)的各实施例等的电极头的表面(放电面等)上形成包含铝氧化物的覆膜。用于形成覆膜的热处理与形成火花塞试验体的密封构件(对应于第一实施方式的密封构件8)时的热处理一起进行。以下，说明用于形成覆膜的热处理。
密封构件由将混合了B2O3-SiO2类等的玻璃粒子、金属粉末(Cu、Fe等)等的导电性玻璃粉末混合物烧结而得到的物质构成。将这样的玻璃粉末混合物压缩并填充到被保持在主体配件(主体配件6)的内部并且插入有在前端焊接有电极头的中心电极(中心电极3)的状态下的筒状绝缘体(绝缘体2)的贯通孔(贯通孔21)中，在该玻璃粉末混合物上以堆积的方式进一步填充用于形成电阻体(电阻体7)的电阻体组合物。电阻体组合物通过将导电性的炭黑、陶瓷粒子和预定的粘合剂分别配合，并将水作为介质混合，然后使混合而得到的浆料干燥，将玻璃粉末(例如由B2O3-SiO2类的玻璃材料构成)混合到在其中并搅拌而得到。接着，在绝缘体的贯通孔中插入在前端部附着有脱模剂的高耐热性的压销，然后在将压销从中心电极的相反侧压入绝缘体的贯通孔内的状态下，在烧制炉内，在氧化气氛下，在玻璃化转变温度以上且用于使电极头表面的铝氧化的高温条件(800℃～950℃)下在预定时间(例如约20分钟)内进行将玻璃粉末混合物等、电极头加热的处理(热处理)。然后，通过在保持压入压销的状态下使加热的玻璃粉末混合物等、电极头自然冷却，形成密封构件、电阻体，并且在电极头的表面形成覆膜。
将所得到的火花塞试验体安装在试验用的带增压器的发动机上，在保持混合气体的空燃比(空气/燃料)为14、节流阀全开且发动机转速为6000rpm的状态下，直接进行使所述发动机运转200小时的试验。需要说明的是，将发动机运转时的火花塞试验体的点火角度设定为BTDC35°，将吸气压力设定为-30KPa。在这样的试验后，从发动机上取下火花塞试验体，利用放大镜观察火花塞试验体的电极头，确认有无晶粒的脱落。将结果示于表1。需要说明的是，在表1中，将有晶粒脱落的情况表示为“有”，将没有晶粒脱落的情况表示为“无”。
[耐久性评价试验]
使用各实施例等的电极头，与在所述晶粒脱落评价试验中使用的火花塞试验体独立地分别制作火花塞试验体。然后，将该火花塞试验体安装在加压室中，在加压至0.6MPa的氮气气氛中，在100Hz、3小时的条件下反复进行利用火花塞试验体放电的试验。对于在该试验中使用的火花塞试验体的电极头，求出试验前后的质量变化，将该变化量(g)除以在试验前预先求出的电极头密度而得到的值作为消耗体积求出。
并且，在消耗体积为0.05mm3以上的情况下，判断为消耗剧烈而没有耐久性，在表1中表示为“×”。
另外，在消耗体积为0.04mm3以上且小于0.05mm3的情况下，判断为消耗量少，具有耐久性，在表1中表示为“○”。
另外，在消耗体积为0.03mm3以上且小于0.04mm3的情况下，判断为耐久性更优异，在表1中表示为“〇+”。
另外，在消耗体积小于0.03mm3的情况下，判断为耐久性特别优异，在表1中表示为“〇++”。
[表1]
如表1所示，实施例1～15的电极头均由铱基合金构成，在其切割面(研磨面)观察到纤维状的金相组织，该金相组织的长径比的平均值(L/M)为150以上，并且短轴方向的平均长度M为25μm以下。确认到这样的电极头抑制了晶粒的脱落，耐久性优异。
比较例1的电极头为含有小于0.1质量％的铝的情况。比较例1的电极头由于铝的含有率过小，因此成为耐久性差的结果。
比较例2的电极头为金相组织为粒状的情况。图6为示意地表示在比较例2的电极头中所含的金相组织的说明图。在比较例2中，对铸锭进行切削加工而得到电极头。因此，在比较例2的电极头内，看到了由长径比小的粒状的晶粒X构成的金相组织。由晶粒脱落评价试验的结果确认了，在这样的电极头中，晶粒X容易脱落。
比较例3为铱基合金中铝的含有比例高的情况。如上所述，比较例3由于铱基合金过硬等原因，加工性困难。
需要说明的是，如表1所示，在实施例1～15中实施例9～15的耐久性比实施例1～8的耐久性更优异，其中，能够确认实施例13～15的耐久性特别优异。
[覆膜的确认]
在此，作为实施例的代表，使用SEM-EDS确认了在实施例14的电极头表面(放电面)上形成的覆膜。将结果示于图7和图8。图7为在实施例14的电极头表面附近处的切割面的SEM图像中通过EDS元素映射将铝的分布可视化而得到的图。如图7所示，铝在电极头中整体上均匀地分散。即，铝不仅在表层的覆膜32x部分、而且在位于比覆膜32x更靠内侧的内侧部32y均匀地分散。需要说明的是，图7所示的符号S10表示空间(在图8中也同样)。
图8为在实施例14的电极头表面附近处的切割面的SEM图像中通过EDS元素映射将氧的分布可视化而得到的图。如图8所示，氧仅存在于表层的覆膜32x部分，而不存在于内侧部32y。像这样，由于在表层中存在氧，因此可以说形成了包含铝氧化物的覆膜32x。
需要说明的是，如图8所示，氧仅在表层(覆膜32x)中确认到，而在内侧部32y未确认到，因此可以说在内侧部32y中不含铝氧化物。像这样，当仅在表层的覆膜32x中含有铝氧化物，在内侧部32y中不含有铝氧化物时，抑制了电极头在高温下体积膨胀而产生晶界裂纹等问题。
符号说明
1…火花塞，2…绝缘体，3…中心电极(火花塞用电极)，31…中心电极主体，32…电极头(火花塞用贵金属电极头)，4…接地电极，5…端子配件，6…主体配件，7…电阻体，8、9…密封构件
Claims (8)
1.一种火花塞用贵金属电极头，其中，所述火花塞用贵金属电极头含有50质量％以上的铱(Ir)和0.1质量％以上且5质量％以下的铝(Al)，还含有铑(Rh)，且
在所述火花塞用贵金属电极头中观察到纤维状的金相组织，所述纤维状的金相组织的长径比的平均值为150以上，并且短轴方向的平均长度为25μm以下。
2.如权利要求1所述的火花塞用贵金属电极头，其中，所述火花塞用贵金属电极头含有3质量％以上且小于30质量％的铑(Rh)。
3.如权利要求1或权利要求2所述的火花塞用贵金属电极头，其中，所述火花塞用贵金属电极头包含钌(Ru)和镍(Ni)中的至少一者。
4.如权利要求3所述的火花塞用贵金属电极头，其中，所述火花塞用贵金属电极头包含3质量％以上且小于20质量％的钌(Ru)和0.1质量％以上且小于5质量％的镍(Ni)中的至少一者。
5.如权利要求1～权利要求4中任一项所述的火花塞用贵金属电极头，其中，所述火花塞用贵金属电极头在表面具有包含铝氧化物的覆膜。
6.一种火花塞用电极，其中，所述火花塞用电极具有权利要求1～权利要求5中任一项所述的火花塞用贵金属电极头。
7.一种火花塞，其中，所述火花塞具有权利要求6所述的火花塞用电极。
8.一种火花塞，所述火花塞的中心电极和接地电极中的至少一者具有权利要求5所述的火花塞用贵金属电极头，其中，
所述覆膜至少设置在所述火花塞用贵金属电极头的放电面上。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020-023207 | 2020-02-14 | ||
| JP2020023207 | 2020-02-14 | ||
| PCT/JP2021/003667 WO2021161845A1 (ja) | 2020-02-14 | 2021-02-02 | スパークプラグ用貴金属チップ、スパークプラグ用電極及びスパークプラグ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115038803A true CN115038803A (zh) | 2022-09-09 |
| CN115038803B CN115038803B (zh) | 2024-01-19 |
Family
ID=77291807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202180012395.5A Active CN115038803B (zh) | 2020-02-14 | 2021-02-02 | 火花塞用贵金属电极头、火花塞用电极和火花塞 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230119721A1 (zh) |
| JP (1) | JP7350148B2 (zh) |
| CN (1) | CN115038803B (zh) |
| DE (1) | DE112021001025T5 (zh) |
| WO (1) | WO2021161845A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7191067B2 (ja) * | 2020-08-24 | 2022-12-16 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1698245A (zh) * | 2003-05-28 | 2005-11-16 | 日本特殊陶业株式会社 | 火花塞 |
| JP2008248322A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Ishifuku Metal Ind Co Ltd | 耐熱性Ｉｒ基合金 |
| US20090127996A1 (en) * | 2007-11-15 | 2009-05-21 | Passman Eric P | Iridium alloy for spark plug electrodes |
| US20100275869A1 (en) * | 2008-01-10 | 2010-11-04 | Mamoru Musasa | Spark plug for internal combustion engine and method of manufacturing the same |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007091576A1 (ja) * | 2006-02-09 | 2007-08-16 | Japan Science And Technology Agency | 高耐熱性、高強度Ｉｒ基合金及びその製造方法 |
| JP2011018612A (ja) * | 2009-07-10 | 2011-01-27 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 内燃機関用点火プラグ |
| JP5619843B2 (ja) * | 2012-10-05 | 2014-11-05 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
| JP7068758B2 (ja) * | 2019-02-27 | 2022-05-17 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
-
2021
- 2021-02-02 JP JP2022500332A patent/JP7350148B2/ja active Active
- 2021-02-02 CN CN202180012395.5A patent/CN115038803B/zh active Active
- 2021-02-02 WO PCT/JP2021/003667 patent/WO2021161845A1/ja active Application Filing
- 2021-02-02 DE DE112021001025.5T patent/DE112021001025T5/de active Pending
- 2021-02-02 US US17/793,826 patent/US20230119721A1/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1698245A (zh) * | 2003-05-28 | 2005-11-16 | 日本特殊陶业株式会社 | 火花塞 |
| JP2008248322A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Ishifuku Metal Ind Co Ltd | 耐熱性Ｉｒ基合金 |
| US20090127996A1 (en) * | 2007-11-15 | 2009-05-21 | Passman Eric P | Iridium alloy for spark plug electrodes |
| US20100275869A1 (en) * | 2008-01-10 | 2010-11-04 | Mamoru Musasa | Spark plug for internal combustion engine and method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7350148B2 (ja) | 2023-09-25 |
| WO2021161845A1 (ja) | 2021-08-19 |
| US20230119721A1 (en) | 2023-04-20 |
| CN115038803B (zh) | 2024-01-19 |
| DE112021001025T5 (de) | 2022-12-01 |
| JPWO2021161845A1 (zh) | 2021-08-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5068347B2 (ja) | スパークプラグ | |
| US7279827B2 (en) | Spark plug with electrode including precious metal | |
| CN101340064B (zh) | 火花塞 | |
| WO2002080321A1 (fr) | Bougie d'allumage | |
| EP2581999A1 (en) | Spark plug | |
| US20070236125A1 (en) | Spark plug | |
| JP5619843B2 (ja) | スパークプラグ | |
| EP2454788B1 (en) | Spark plug including high temperature performance electrode | |
| WO2015125406A1 (ja) | スパークプラグ | |
| EP2518170B1 (en) | Spark plug | |
| CN115038803B (zh) | 火花塞用贵金属电极头、火花塞用电极和火花塞 | |
| JP2004235040A (ja) | スパークプラグ及びその製造方法 | |
| JP4291540B2 (ja) | スパークプラグ | |
| JP6061307B2 (ja) | スパークプラグ | |
| JP4294909B2 (ja) | スパークプラグ | |
| JP5750490B2 (ja) | スパークプラグ | |
| JP2005285464A (ja) | スパークプラグの製造方法 | |
| CA1210257A (en) | Nickel alloy for spark plug centre electrodes | |
| JP2015159002A (ja) | スパークプラグ用電極材料 | |
| CN117642947A (zh) | 火花塞 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |