CN1797880B - 火花塞 - Google Patents

Abstract

一种火花塞，包括贵金属触点，所述贵金属触点焊接到中央电极的前端部和与中央电极相对的接地电极的端部中的至少一个。所述贵金属触点包含：Rh，含量为5wt％到40wt％；Ir、Re和Ru中的至少一种，含量为1wt％到20wt％；Ni，含量为0.2wt％到3wt％；以及Pt，含量为等于或大于37wt％。

Description

火花塞

背景技术

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的火花塞，其中，贵金属触点安装在用于火花放电的电极上。

背景技术

传统上，火花塞已用于内燃机的点火。通常使用的火花塞包括金属壳，该金属壳围绕和固定其中的绝缘体，中央电极插入轴向孔中；以及接地电极，接地电极的一端焊接到金属壳的前端，另一端与中央电极的前端相对，从而形成火花放电间隙。在火花放电间隙中，给中央电极和接地电极之间的相对表面上提供贵金属触点，用于提高火花塞耐用性。

传统地，作为用于贵金属触点的一种材料，Pt合金具有高熔点、优异的耐热性和良好的抗氧化性。对于Pt合金制成的贵金属触点，火花放电引起的电极损耗程度比采用例如Ni合金这样的普通金属制成电极触点要小。因此，良好的点火性能够保持相当长的时间，而且使用寿命也较长。但是，当Pt合金制成的贵金属触点应用在内燃机的腐蚀性环境中时，如果触点的表层部分发生晶粒生长，由于晶粒边界形成的裂缝，晶粒可能发生脱落。

为了抑制晶粒生长，已经知道添加Ir是有效的。但是，当处于高温环境时，Ir易于通过形成氧化物的形式而挥发。已经提出了一种具有较高耐久性的贵金属触点，其中，例如Rh这样难于氧化和挥发的贵金属被包括在Pt-Ir合金中，用于抑制Ir的氧化和挥发，同时由于Ir的作用，抑制了Pt的晶粒生长(例如参见JP-B-61-30014)。

本发明解决的技术问题

但是，近年来，内燃机的高输出技术得到了发展。因此，内燃机燃烧室，同时也是火花塞工作的地方，其中的温度变得比以往更高。尽管Pt具有高熔点、优异的耐热性和良好的抗氧化性，但是，在如今更高的环境温度下，有必要担心其发生氧化的问题。另一方面，还存在着另一种担心，当Ir的挥发而在表层部分产生许多微小间隙时，贵金属触点变脆。为了提高贵金属触点的耐久性，可以提高Rh的含量。但是，当Rh的含量增加时，会促进贵金属触点的晶粒生长，而贵金属触点的晶粒生长会在晶粒边界形成裂缝。

本发明正是为了解决以上这些问题，本发明的一个目的是提供一种具有贵金属触点的火花塞，即使火花塞工作在高温环境下也能提高其耐久性。

发明内容

根据本发明的第一方面提供的火花塞能够实现上述目的，该火花塞包括中央电极，绝缘体，金属壳，接地电极和贵金属触点，其中，绝缘体具有在中央电极轴向方向上延伸的轴向孔，并将中央电极固定在轴向孔内；金属壳围绕着绝缘体并固定绝缘体；接地电极30包括焊接到金属壳上的第一端部和与中央电极相对的第二端部，贵金属触点连接到中央电极前端部和接地电极第二端部中的至少一个上，其中，贵金属触点90、91中Rh的含量为5-40wt％，“X”的含量为1-20wt％，此处的“X”表示从Ir、Re和Ru中选取的一种或选取的两种或更多种的组合，Ni的含量为0.2-3wt％，Pt的含量为大于或等于37wt％。

在本发明的第二个方面中，在第一方面的基础上，贵金属触点中Rh的含量为10wt％到30wt％。

在本发明的第三个方面中，在第二方面的基础上，Rh的含量为等于或小于20wt％。

在本发明的第四个方面中，在第一方面的基础上，“X”包括Ir，且其含量为5wt％到20wt％。

在本发明的第五个方面中，在第四方面的基础上，Ir的含量为等于或小于8wt％。

在本发明的第六个方面中，在第一方面的基础上，贵金属触点中Ni的含量为0.5wt％到2wt％。

在本发明的第七个方面中，在第六方面的基础上，Ni的含量为等于或大于1.5wt％。

在本发明的第八个方面中，在第一到第七方面任何一个的基础上，贵金属触点还包含稀土氧化物。

对于本发明第一方面的火花塞，其贵金属触点组分如下，Rh的含量为5wt％到40wt％，“X”的含量为1wt％到20wt％，此处的“X”表示从Ir、Re和Ru中选取的一种或选取的两种或更多种的组合，Ni的含量为0.2wt％到3wt％，Pt的含量为大于或等于37wt％。由于具有这种组分，可以提高在高温环境中承受火花放电的贵金属触点的耐久性。也就是说，加入的“X”对于抑制Pt的晶粒生长是有效的，加入的Rh对于防止“X”的氧化和挥发是有效的。在包含Pt，Rh，“X”等的合金中加入Ni能抑制合金中“X”或Rh的腐蚀，同时能提高焊接到接地电极上时的可焊性。由于贵金属触点具有以上组分组合，所以能够实现以上的这些效果。

当贵金属触点中Rh的含量小于5wt％时，不足以抑制“X”的氧化和挥发。当Rh的含量大于40wt％时，能够提高贵金属触点的抗氧化性，但是也促进了贵金属触点表层的晶粒生长。因此，由于晶粒边界形成的裂缝，贵金属触点表面的晶粒可能发生脱落(掉落)。

当贵金属触点中“X”的含量小于1wt％时，贵金属触点表面的晶粒生长难以得到抑制，由于晶粒边界形成的裂缝，贵金属触点表面的晶粒可能发生脱落(掉落)。另一方面，当“X”的含量大于20wt％时，高温下可能会增加发生氧化和挥发的“X”的量。由于“X”的氧化和挥发而在贵金属触点的表层部分产生许多微小间隙时，贵金属触点的耐久性降低。

另外，如果Ni的含量小于0.2wt％，当把贵金属触点焊接到接地电极或中央电极时，则无法获得足够的可焊性。另一方面，当加入过多的Ni时，Pt-Rh-X-Ni合金的硬度变得过高，其可用性降低，同时生产率也降低。因此，Ni的含量最好不超过3wt％。通过加入Ni，可以提高合金表面形成的氧化层的抗腐蚀性。

根据本发明的第二个方面，Rh的含量优选为为10wt％到30wt％。这样，可以进一步有效地防止“X”的氧化和挥发，同时进一步有效地提高贵金属触点的抗氧化性和抑制晶粒生长。

根据本发明的第三个方面，当Rh的含量优选为等于或小于20wt％时，贵金属触点的晶粒生长能得到更好的抑制。

根据本发明的第四个方面，当“X”是Ir，且Ir的含量为5wt％到20wt％时，能获得足够的火花塞耐用性，并能有效地抑制贵金属触点表层的晶粒生长。这是因为同Re或Ru相比，Ir在高温时具有优异的抗氧化性，“X”是Ir时，加入的Ir在上述含量范围内时将更有效。

根据本发明的第五个方面，为了减小氧化和挥发的倾向而使Ir的含量等于或小于8wt％时，能在进一步提高抗氧化性，同时获得抑制贵金属触点表层晶粒生长的效果。

根据本发明的第六个方面，当Ni的含量为0.5wt％到2wt％时，贵金属触点的可焊性和火花塞耐用性可以进一步得到提高，同时不会降低可用性。如上所述，加入Ni能抑制氧化层脱落，并提高焊接到接地电极的可焊性。但是，由于提高了合金自身的硬度，可用性倾向于降低。另一方面，由于Ni的熔点比贵金属低，限制加入Ni能有效地防止火花塞耐用性降低。为了抑制氧化层脱落以及更恰当地保证对接地电极的可焊性，以及为了即使在提高火花塞耐用性的前提下也不降低贵金属触点的可用性，Ni的含量在0.5wt％到2wt％的范围内是有效的。

因此，当Ni的含量等于或小于2wt％时，不会降低可用性。在这种状态下，按照本发明的第七个方面，Ni的含量优选为等于或大于1.5wt％时，因为这样能进一步有效地提高贵金属触点的可焊性。

除了本发明第一个到第七个方面中任何一个的效果外，对于本发明第八个方面的火花塞，可以通过给贵金属触点加入稀土氧化物来提高其火花塞耐用性，所述稀土氧化物例如是Y₂O₃和/或La₂O₃。

附图说明

图1是火花塞100的局部截面图。

图2用于解释对抗氧化性和可焊性的评价方法的一个例子。

图3是贵金属触点的表面照片，其作为一个确定晶粒生长程度的比较例。

图4是贵金属触点的表面照片，其作为一个确定晶粒生长程度的比较例。

图5是贵金属触点的表面照片，其作为一个确定晶粒生长程度的比较例。

附图标记的说明：

附图标记用于表示图中的各个结构特征，包括：

10绝缘体

12轴向孔

20中央电极

30接地电极

31前端部

32基部

40末端金属壳

90，91贵金属触点

100火花塞

本发明的具体说明

下文中，将结合附图解释体现本发明火花塞的具体实施例。但是，不应当将本发明解释为只限于其实施例。首先，参照图1解释实施例中火花塞100的结构。图1是火花塞100的局部截面图。将参考中央电极20沿轴“O”的方向固定在轴向孔12中的一侧进行解释，这一侧作为火花塞100的前端侧。

如图1所示，粗略的看，火花塞100包括绝缘体10、金属壳50、中央电极20、接地电极30以及末端金属壳40，其中，金属壳50位于绝缘体10纵向方向上大体中央的部分，金属壳50固定着绝缘体10；中央电极20沿轴向方向固定于绝缘体10的轴向孔12中；接地电极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)焊接到金属壳50的前端表面57上，第二端部(前端部31)与中央电极的前端部22相对；末端金属壳40位于中央电极20的后端部。

首先解释作为火花塞100的绝缘体的绝缘体10。绝缘体10是管状绝缘元件，其包括沿轴“O”方向的轴向孔12，如公知的那样，通过烧制铝等而形成。具有最大直径的凸缘部19位于沿轴“O”方向的大体中央位置，后端一侧的部分18位于后端一侧。波纹部分16用于提供爬电距离，其位于比后端一侧的部分18更靠近后端的位置。前端一侧的部分17的外部直径比后端一侧的部分18的外部直径小，前端一侧的部分17比凸缘部19更靠近前端一侧。长腿部13的外部直径比前端一侧的部分17的外部直径小，长腿部13比前端一侧的部分17更靠近前端一侧。长腿部13的直径朝着前端一侧的方向逐渐变小，当火花塞100安装在内燃机(未示出)上时，腿部13暴露在燃烧室内。

接下来解释中央电极20。中央电极20是柱状电极，其中的芯部材料23嵌入电极的基底材料21的中央部分，芯部材料23由铜、铜合金或类似物制成，用于提高辐射性，电极的基底材料21由镍合金或类似物制成，例如INCONEL(商标)600或601。中央电极20的前端部22从绝缘体10的前端表面凸出，在朝着前端一侧的方向上其直径逐渐变小。在前端部22的前端表面上，柱状贵金属触点90通过电阻焊的方式被焊接，因此柱体轴线与中央电极20的轴线一致。中央电极20也通过密封体14和轴向孔12内的陶瓷电阻3与上部的末端金属壳电连接。高压导线(未示出)通过火花塞帽(未示出)与末端金属壳40连接，高压电被施加到火花塞帽上。

接下来解释金属壳50。金属壳50固定绝缘体10，从而将火花塞100固定到内燃机(未示出)上。金属壳50固定绝缘体10，从而从凸缘部19附近的后端一侧部分19到凸缘部19、前端一侧的部分17和长腿部13而将绝缘体10环绕。金属壳50由低碳钢材料制成，金属壳50包括工具接合部分51和螺丝部分52，工具接合部分51用于接受火花塞扳手的拧动，螺丝部分52用于旋入发动机盖中，发动机盖位于内燃机(未示出)上部。

环状的环形元件6、7位于金属壳50的工具接合部分51和绝缘体10的后端一侧的部分18之间。另外，在环形元件6、7之间填充滑石粉9。在工具接合部分51的后端一侧形成有卷曲部分53，通过使卷曲部分53卷曲而将绝缘体10在金属壳50内穿过环形元件6、7和滑石粉9而推向前端一侧。这样，前端一侧的部分17和长腿部13之间的梯状部分15被梯状部分56所支承，梯状部分56穿过板形衬垫8形成在金属壳50的内部圆周上。因此，金属壳50和绝缘体10结合在一起。衬垫8保持金属壳和绝缘体10之间的气密性，防止燃烧气体流出。凸缘部分54形成在金属壳50的中央部分，垫圈54插入和安装在螺丝部分52(图1的上部)后端一侧的附近，也就是说，垫圈54插入和安装在凸缘部分54的基座表面55上。

接下来解释接地电极30。接地电极30由具有高耐腐蚀性的金属制成。作为一个例子，可以使用镍合金，例如INCONEL(商标)600或601。接地电极30在其纵向方向上具有大体矩形的截面积，基部32焊接到金属壳50的前端表面57上。接地电极30的前端部31被弯曲从而与中央电极20的前端部22相对。作为面对中央电极20一侧的表面，接地电极30的内表面33与中央电极20的轴向方向大体垂直。在内表面33上，柱状贵金属触点91类似于中央电极20的贵金属触点90，柱状贵金属触点91通过例如电阻焊的方式被焊接，在贵金属触点91和贵金属触点90之间形成火花放电间隙。

在该实施例中，贵金属触点90、91的材料是Pt-Rh-X-Ni合金，其中Pt(铂)作为主要成分，Rh(铑)的含量为5wt％到40wt％，X的含量为1wt％到20wt％(此处的“X”表示从Ir、Re和Ru中选取的一种，或选取的两种或更多种的组合)，Ni的含量为0.2wt％到3wt％。

Pt的熔点高达1772 C，并具有优异的耐热性和良好的抗氧化性。作为“X”，例如加入Ir，可以抑制Pt的晶粒生长。Ir具有比Pt更高的熔点，并具有优异的耐热性。因此，Pr-Ir合金的火花塞耐用性比较好。另外，通过把Rh加入Pr-Ir合金，可以抑制Ir的氧化和挥发。Rh对于抑制高温下Ir的氧化更有效。当把少量Ni加入Rh-Ni合金时，可以提高可焊性。通过加入Ni，可以提高合金表面上形成的氧化层的抗腐蚀性。

但是，上述效果并不是仅仅通过给贵金属触点90、91加入上述Pt、Rh、Ir和Ni成分获得的，重要的是，按照特定的组分比整体地(即不可分开地)加入它们。当贵金属触点90、91中的Rh含量为5wt％到40wt％时，能有效地防止Ir的氧化和挥发。如果Rh的含量低于5wt％，就不足以抑制Ir的氧化和挥发。从而，贵金属触点90、91的抗氧化性会降低。如果Rh的含量高于40wt％，贵金属触点90、91的抗氧化性会提高。但是，这样也促进了贵金属触点90、91表层的晶粒生长，由于晶粒边界形成的裂缝，贵金属触点90、91表面的晶粒可能发生脱落(掉落)。下文中评估测试的结果显示，当Pt-Rh-Ir-Ni合金中Rh的含量为10wt％到30wt％时，本实施例可以获得更好的效果。

评估测试的结果还显示，当Rh的含量等于或小于20wt％时，可以获得进一步的抑制晶粒生长的效果，同时保持防止Ir氧化和挥发的效果。如果重点要获得抑制晶粒生长的效果，优选采用较低的Rh含量。当Rh的含量等于或小于10wt％时，可以更好的获得抑制晶粒生长的效果。

当Ir的含量为1wt％到20wt％时，贵金属触点90、91表层的晶粒生长能得到抑制，抗氧化性也能得到提高。当贵金属触点90、91中Ir的含量小于1wt％时，贵金属触点90、91表层的晶粒生长难以得到抑制。因此由于晶粒边界形成的裂缝，贵金属触点90、91表面的晶粒可能发生脱落(掉落)。另一方面，当Ir的含量大于20wt％时，在高温时氧化和挥发的Ir的量会提高。也就是说，抗氧化性会降低。由于Ir的氧化和挥发而在贵金属触点90、91的表层部分产生许多微小间隙时，贵金属触点90、91的耐久性降低。当Pt-Rh-Ir-Ni合金中Ir的含量为5wt％到20wt％时，评估测试结果显示，火花塞耐用性和实施例的效果均得到提高。

另外，评估测试结果还显示，高温时Ir的氧化和挥发会减小贵金属触点90、91的耐久性，而当Ir的含量等于或小于8wt％时，则可会进一步降低Ir氧化和挥发的倾向。同时，抑制贵金属触点表层晶粒生长的效果会得到保持而不会降低。因此，能进一步提高抗氧化性。

接下来，当Ir的含量为0.2wt％到3wt％时，能有效地提高贵金属触点90、91的可焊性和可用性。如果Ni的含量小于2wt％，当把触点焊接到接地电极30或中央电极20时，无法获得足够的可焊性。如果Ni的含量大于3wt％，Pt-Rh-Ir-Ni合金变硬，可用性降低。另外，当Ni的含量为0.5wt％到2wt％时，评估测试结果显示，火花塞耐用性也得到提高，实施例的效果也更容易获得。通过加入Ni，合金表面形成的氧化层的抗腐蚀性也得到提高。

参照评估测试结果，当Ni的含量为1.5wt％到2wt％时，可用性并没有显著降低。这是有利的，因为把贵金属触点90、91焊接到中央电极20或接地电极30的可焊性可以进一步得到提高。

例子

例1

为了确定本发明的抗氧化性、火花塞耐用性、可焊性、晶粒生长程度和可用性的效果，根据作为贵金属触点材料的Pt-Rh-X-Ni合金中的各组分含量，进行评估测试。所有的比例以wt％的形式给出，另有说明的除外。

在评估测试中，首先，如表1所示，直径为Φ0.7mm的贵金属触点作为样品生产出来，其采用30种不同组分的Pt-Rh-X-Ni合金材料。考虑到贵金属触点的高度，0.9mm的贵金属触点用于火花塞耐久性评估测试，0.3mm的贵金属触点用于其它的评估测试。

样品1不含有Ni，其组分为Pt-20Rh-10Ir。样品2不含有“X”(从Ir、Re和Ru中选取的一种，或选取的两种或更多种的组合)，其组分为Pt-20Rh-1Ni。样品3到5除了Pt外只包括一种成分，其组分分别是Pt-20Rh，Pt-20Ir和Pt-20Ni。

样品6到10，12和14是用于比较的样品，其中的Rh含量不同。其组分分别是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。

样品11到13，17，18，21和22是用于比较的样品，其中的Ir含量不同。在样品11到13中，Rh的含量是5wt％，在样品17，18，21和22中，Rh的含量是20wt％，作为比较的是，生产各个样品时使其具有不同的Ir含量。样品11到13，17，18，21和22的组分分别是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。

样品15，16和样品19，20是与样品17和18比较的样品，样品15，16和样品19，20中的“X”是Re或Ru，样品17和18分别用Ir作为“X”。上述样品的各组分分别是Pt-20Rh-1Re-1Ni，Pt-20Rh-1Ru-1Ni，Pt-20Rh-5Re-1Ni和Pt-20Rh-5Ru-1Ni。

样品23到28是用于比较的样品，其中Ni的含量不同。各样品的组分分别为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。

接下来是样品29和30，将稀土氧化物加入样品29和30的Pt-Rh-X-Ni合金中，各组分分别是Pt-20Rh-10Ir-1Ni-1.5Y₂O₃和Pt-20Rh-10Ir-1Ni-1.5La₂O₃ 。

样品31到33与样品9相比，其中的“X”包括两种元素，而总的“X”含量不变。各组分分别为Pt-20Rh-5Ir-5Re-1Ni，Pt-20Rh-5Ir-5Ru-1Ni和Pt-20Rh-5Ru-5Re-1Ni。样品34与样品9相比，其“X”采用Re，组分是Pt-20Rh-10Re-1Ni。

按照下文所述的步骤，评估各个样品的抗氧化性、火花塞耐用性、可焊性、晶粒生长程度和可用性。

对于抗氧化性的评估，各样品在电炉中的空气环境下被加热到1100℃，加热时间是30小时。热处理之后，各样品沿着穿过柱状轴线的截面被切开，利用放大镜观察切割面。如图2所示，在(i)氧化层95(形成于贵金属91的表面)和(ii)组分部分98(由于贵金属触点91的组分中Ir的氧化和挥发而在组分部分98上形成微小间隙)的总厚度最大的位置处，测量切开的样品部分的厚度“B”。

厚度“B”与贵金属触点91的外部直径“A”相比较，当“B/A×100(％)”确定的比值小于10％时，对样品的评估结果为等级“A”，即具有优异的抗氧化性。类似地，当比值为10％到15％时，对样品的评估结果为“B”，即具有良好的抗氧化性。当比值为15％到25％时，对样品的评估结果为“C”，即具有较好的抗氧化性。当比值大于25％时，对样品的评估结果为“F”，即具有差的抗氧化性和耐久性。

作为抗氧化性评估测试的结果，样品1到3，6到11，15到21以及23到34被评估为等级“A”。样品12和13被评估为“B”，样品5被评估为“C”，样品4，14和22被评估为“F”。

接下来是对火花塞耐用性的评估测试，由各样品制成火花塞，其中，将贵金属触点焊接到中央电极和接地电极的每一个上。火花放电间隙的大小被调整为1.05mm。接下来，使样品在空气氛围下承受0.6Mpa的压力，同时承受60Hz频率和大约16kV的放电电压并持续100小时，然后测量每个火花塞样品的火花放电间隙的增大量。

火花放电间隙的增大量小于0.1mm时，样品被评估为等级“B”，即具有良好的火花塞耐用性。火花放电间隙的增大量为0.1mm到0.2mm时，样品被评估为等级“C”，即具有较好的火花塞耐用性。火花放电间隙的增大量大于0.2mm时，样品被评估为“F”，即具有差的火花塞耐用性。

在火花塞耐用性的评估中，样品1，4，6到14，18，21到26以及29到34被评估为等级“B”。样品3，15到17，19，20和27被评估为“C”，样品2，5和28被评估为“F”。

接下来是对各样品可焊性的评估测试，如图2所示，通过电阻焊方式焊接到接地电极30的贵金属触点91被燃烧器加热，保持在950℃的温度持续2小时，然后自然冷却(在室温环境中)1分钟。将上述过程作为一个循环，对每个样品进行1000个循环操作。然后，各样品连同接地电极30沿着穿过柱状轴线的截面被切开，利用放大镜观察两个焊接面。在焊接面上，测量在与柱状轴线垂直的方向上贵金属触点91发生脱落的部分93的长度“C”。在发生脱落的切割面的最大长度上进行上述测量。

将上述长度与预先测量得到的贵金属触点91的外部直径“A”相比较，当“C/A×100(％)”确定的比值小于20％时，对样品的评估结果为等级“A”，即具有优异的可焊性。类似地，当上述比值为20％到30％时，对样品的评估结果为“B”，即具有良好的可焊性。当比值为30％到50％时，对样品的评估结果为“C”，即具有较好的可焊性。当比值大于50％时，对样品的评估结果为“F”，即具有差的可焊性，贵金属触点易于脱落。

在可焊性的评估中，样品25到28被评估为等级“A”，样品4，5，7到14，17到21，24以及29到34被评估为“B”，样品2，3，6，15，16，22和23被评估为“C”，样品1被评估为“F”。

接下来是对晶粒生长程度的评估测试，各样品在100℃温度的真空炉中被热处理20小时。之后，利用放大50倍的显微镜检查各样品的表面，能观察到有明显晶粒生长的样品被评估为等级“F”。如图3所示是被评估为“F”的样品的表面照片的一个例子，其可以作为评估标准使用。具有同样的或更多的晶粒生长的样品被评估为“F”。能观察到晶粒生长，但是其晶粒生长与“F”样品相比不如“F”样品明显的那些样品被评估为“C”。晶粒尺寸小于图3所示的晶粒同时大于图4所示的晶粒时，样品被评估为“C”。几乎看不到晶粒生长的样品被评估为“A”，其晶粒尺寸比图5所示样品的表面照片的晶粒尺寸小。另外，晶粒生长没有达到等级“C”的程度，但是能观察到某些晶粒生长的样品被评估为“B”。具有“B”等级的样品的晶粒尺寸如图4或图5的表面照片所示，或者介于两者之间。

在晶粒生长程度的评估测试中，样品9到14被评估为等级“A”。样品4，5，8以及15到34被评估为“B”，样品1，2和7被评估为“C”，样品3和6被评估为“F”。

接下来，在对可用性的评估测试中，即确定生产各粗线样品时轧制过程的生产率(非不良产品与总产品量的比率)。当生产率大于或等于70％时，对样品的评估结果为等级“B”，即具有优异的可用性。当生产率为50％到70％时，对样品的评估结果为“C”，即具有良好的可用性，当生产率小于50％时，对样品的评估结果为“F”，即材料具有差的可用性。

在可用性的评估测试中，样品1到21，23到25以及29到34被评估为“B”。样品22，26和27被评估为“C”，样品28被评估为“F”。

在抗氧化性的评估测试中，如图2所示，贵金属触点91焊接到接地电极30的一侧，但是，相同的贵金属触点90焊接到中央电极20的尖端部。当进行抗氧化性评估测试时，不必总是如图2所示将贵金属触点91焊接到接地电极30上，可以只利用贵金属触点90进行该评估。另外，不必总是利用制成品状态的火花塞来进行该项评估。

通过对各样品的各项测试结果指定权重和计算总的结果，可以获得各样品的综合评估。权重的分配方法是，评估为等级“A”的样品得3分，评估为“B”的样品得2分，评估为“C”的样品得1分，评估为“F”的样品得0分。将各样品的所有分数相加得到总分。总分等于或大于11的样品被评估为“A”，具有及其优异的性能，总分等于10的样品被评估为“B”，具有良好的性能。当样品总分是9时，样品被评估为“C”，表示样品可以用于实际应用中，当样品总分等于或小于8时，样品被评估为“F”，表示样品用于火花塞时具有差的性能。

作为综合评估的结果，样品8到13，18，21，24到26以及29到34被评估为等级“A”。样品7，17，19，20，23和27被评估为“B”，样品14到16被评估为“C”，样品1到6，22和28被评估为“F”。

表1

(第一行从左到由依次是)样品，组分，抗氧化性，火花塞耐用性，可焊性，晶粒生长，可用性，综合评估。

表1

样品

组分

抗氧化性

火花塞耐用性

可焊性

晶粒生长

可用性

综合评估

1

Pt-20Rh-10Ir

A

B

F

C

B

F

2

Pt-20Rh-1Ni

A

F

C

C

B

F

3

Pt-20Rh

A

C

C

F

B

F

4

Pt-20Ir

F

B

B

B

B

F

5

Pt-20Ni

C

F

B

B

B

F

6

Pt-45Rh-10Ir-1Ni

A

B

C

F

B

F

7

Pt-40Rh-10Ir-1Ni

A

B

B

C

B

B

8

Pt-30Rh-10Ir-1Ni

A

B

B

B

B

A

9

Pt-20Rh-10Ir-1Ni

A

B

B

A

B

A

10

Pt-10Rh-10Ir-1Ni

A

B

B

A

B

A

11

Pt-5Rh-8Ir-1Ni

A

B

B

A

B

A

12

Pt-5Rh-10Ir-1Ni

B

B

B

A

B

A

13

Pt-5Rh-20Ir-1Ni

B

B

B

A

B

A

14

Pt-3Rh-10Ir-1Ni

F

B

B

A

B

C

15

Pt-20Rh-1Re-1Ni

A

C

C

B

B

C

16

Pt-20Rh-1Ru-1Ni

A

C

C

B

B

C

17

Pt-20Rh-1Ir-1Ni

A

C

B

B

B

B

18

Pt-20Rh-5Ir-1Ni

A

B

B

B

B

A

19

Pt-20Rh-5Re-1Ni

A

C

B

B

B

B

20

Pt-20Rh-5Ru-1Ni

A

C

B

B

B

B

21

Pt-20Rh-20Ir-1Ni

A

B

B

B

B

A

22

Pt-20Rh-25Ir-1Ni

F

B

C

B

C

F

23

Pt-20Rh-10Ir-0.2Ni

A

B

C

B

B

B

24

Pt-20Rh-10Ir-0.5Ni

A

B

B

B

B

A

25

Pt-20Rh-10Ir-1.5Ni

A

B

A

B

B

A

26

Pt-20Rh-10Ru-2Ni

A

B

A

B

C

A

27

Pt-20Rh-10Ru-3Ni

A

C

A

B

C

B

28

Pt-20Rh-10Ru-3.5Ni

A

F

A

B

F

F

29

Pt-20Rh-10Ir-1Ni-1.5Y2O3

A

B

B

B

B

A

30

Pt-20Rh-10Ir-1Ni-1.5La2O3

A

B

B

B

B

A

31

Pt-20Rh-5Ir-5Re-1Ni

A

B

B

B

B

A

32

Pt-20Rh-5Ir-5Ru-1Ni

A

B

B

B

B

A

33

Pt-20Rh-5Ru-5Re-1Ni

A

B

B

B

B

A

34

Pt-20Rh-10Re-1Ni

A

B

B

B

B

A

由各评估测试可见，样品1的结果显示，当贵金属触点不包含Ni时，可焊性变差。样品2和3的结果显示，当贵金属触点不包含“X”(从Ir、Re和Ru中选取的一种，或选取的两种或更多种的组合)时，火花塞耐用性变差。另外，样品3到5显示，当以Pt为主要组分的贵金属触点只包含Rh、“X”和Ni中的一种时，没有效果(综合评估是“F”)。

接下来，从样品6到10，12和14的结果可以获得最佳的Rh含量。样品6和7显示，当Rh的含量大于40wt％时，无法抑制晶粒生长，样品12和14显示，当Rh的含量小于5wt％时，无法抑制Ir的氧化和挥发。具体地说，当Rh的含量为5wt％到40wt％时，能够在提高抗氧化性的同时抑制晶粒生长。样品8到10的结果显示，当Rh的含量设定为10wt％到30wt％时，可以同时强化对晶粒生长的抑制和对抗氧化性的提高。特别地，本发明人发现，当Rh的含量被设定为等于或小于20wt％时，能进一步有效地抑制晶粒生长。

从样品11到13，17，18，21和22的结果可以获得最佳的Ir含量。样品17，18，21和22显示，当Ir的含量减少时，火花塞耐用性的效果降低。样品2显示，当贵金属触点不包含Ir时，火花塞耐用性恶化。因此，本发明人发现，在实际应用中最好使Ir的含量等于或大于1wt％。还可以看出，Ir的含量等于或大于5wt％时更有利于提高火花塞耐用性。另一方面，样品21和22的结果显示，当Ir的含量大于20wt％时，抗氧化性恶化。也就是说，本发明人发现，在实际应用中最好使Ir的含量为1wt％到20wt％，更优选为5wt％到20wt％。当通过相对提高Ir含量的方式把样品11到13的Rh含量减少到5wt％从而提高抗氧化性的敏感度时，本发明人发现，在Ir的含量等于或小于8wt％的情况下，能在进一步提高抗氧化性的同时保持抑制晶粒生长的效果。从样品15到17之间的比较和样品18到20之间的比较可见，当各组分含量处于上述范围内时，即使“X”是Re或Ru而非Ir，也能得到优选的结果，但是，当“X”是Ir时，能得到更优选的结果。

接下来，参照样品23到28评估Ni的最佳含量。根据样品23和24，本发明人发现，当Ni的含量小于0.2wt％时，可焊性变差，根据样品27和28，当Ni的含量大于3wt％时，火花塞耐用性和可用性都出现问题。具体地说，测试结果显示，当Ni的含量为0.2wt％到3wt％时，样品具有足够的性能。另外根据样品24到26还可以看出，当Ni的含量等于或大于0.5wt％时，可焊性得到提高，当Ni的含量等于或小于2wt％时，火花塞耐用性得到提高，这构成了优选的组分范围。特别地，本发明人发现Ni的含量最好为等于或大于1.5wt％，因为这样能进一步提高可焊性。

从样品29和30的测试结果可以看出，在Pt-Rh-X-Ni合金中加入稀土氧化物也是有效的。

应当注意的是，在各项评估测试中，样品9(Pt-20Rh-10Ir-1Ni)具有较好的结果，样品31到34也是经过准备的和被评估过的，在包含“X”(从Ir、Re和Ru中选取的一种，或选取的两种或更多种的组合)的组分的组合总含量为10wt％不变的情况下，包含“X”的组分的组合不同。所有这些样品都具有较好的结果。

当然，可以对本发明进行各种形式的改进。例如，本发明中贵金属触点90、91通过电阻焊的方式焊接到中央电极20或接地电极30上，但是，也可以用激光焊接的方式焊接贵金属触点。该实施例中贵金属触点90是柱状形状，但是，也可以是长方体形状，棱锥形状或圆锥形状，也可以是具有大直径部分和小直径部分的凸面截面。贵金属触点也可以是薄板形状。也就是说，除了贵金属触点的形状，对本发明进行其它各种改进都是可能的。对于贵金属触点的组成，已经对各种样品进行了准备和评估，把从Ir，Re和Ru中选出的一种作为“X”加入样品中，或者，把从Ir，Re和Ru中选出的两种作为“X”加入样品中。但是，也可以同时选用Ir，Re和Ru这三种元素。在本实施例中，贵金属触点90被焊接到中央电极20上，贵金属触点91被焊接到接地电极30上。但是，贵金属触点可以只焊接到一个电极上，或焊接到另一个电极上，本发明不限于把贵金属触点90、91分别焊接到中央电极20和接地电极30上的实施例。

无需说明的是，可以对与火花放电不直接相关的部分进行适当的改进。例如，对滑石粉的使用是可选择的，弯曲的方法也是可以自由选择的。另外，并不总是需要在绝缘体上形成波纹。

本发明适用于采用贵金属触点进行电极火花放电的火花塞。

本申请基于申请日为2004年12月28日的日本专利申请JP2004-381527，在此将其全部内容作为参考并进行引用，如同该申请详细描述的那样。

Claims (8)

1. 一种火花塞，包括：

中央电极；

绝缘体，所述绝缘体具有在所述中央电极轴向方向上延伸的轴向孔，并将所述中央电极固定在所述轴向孔内；

金属壳，所述金属壳围绕着所述绝缘体并将所述绝缘体固定在其中；

接地电极，所述接地电极包括焊接到所述金属壳上的第一端部和与所述中央电极相对的第二端部；以及

贵金属触点，所述贵金属触点焊接到所述中央电极的前端部和所述接地电极的所述第二端部中的至少一个上；

其中所述贵金属触点包含：

Rh，含量为5-40wt％；

Ir、Re和Ru中的至少一种，含量为1-20wt％

Ni，含量为0.2-3wt％以及

Pt，含量为等于或大于37wt％。

2. 如权利要求1所述的火花塞，其中所述贵金属触点包含的Rh的含量为10-30wt％。

3. 如权利要求2所述的火花塞，其中所述贵金属触点包含的Rh的含量为等于或小于20wt％。

4. 如权利要求1所述的火花塞，其中所述贵金属触点包含的Ir的含量为5-20wt％。

5. 如权利要求4所述的火花塞，其中所述贵金属触点包含的Ir的含量为等于或小于8wt％。

6. 如权利要求1所述的火花塞，其中所述贵金属触点包含的Ni的含量为0.5-2wt％。

7. 如权利要求6所述的火花塞，其中所述贵金属触点包含的Ni的含量为等于或大于1.5wt％。

8. 如权利要求1所述的火花塞，其中所述贵金属触点还包含稀土氧化物。

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