CN1815830A - 内燃机的火花塞 - Google Patents

Abstract

一火花塞，其包含：一圆柱形金属壳；一提供在所述金属壳内部孔中的圆柱形绝缘体；一提供在所述绝缘体的前端侧内部孔中的中心电极；和一接地电极，其一端结合到所述金属壳的前端侧并且另一端表面与所述中心电极一起形成一火花放电间隙，其中所述接地电极包含一电极材料，其包含0.5至1.5wt.％的Si，0.5至1.5wt.％的Al，0.02至1.0wt.％的Ti，V，Zr，Nb和Hf至少之一，0.03至0.09wt.％C，和大于等于95.5wt.％的Ni，并且在20℃下电阻率小于等于25μΩcm。

Description

内燃机的火花塞

技术领域

本发明涉及一种内燃机的火花塞，并且尤其涉及一种镀锌以具有极佳防锈性能的内燃机的火花塞。

背景技术

用来点燃诸如汽车发动机的内燃机且在内燃机中使用的火花塞一般包括：一圆柱形金属壳；一提供在金属壳内部孔中的圆柱形绝缘体；一提供在绝缘体的前端侧内部孔中的中心电极；和一接地电极，其一端结合到金属壳的前端侧并且另一端表面与中心电极一起形成一火花放电间隙。

当电极材料用作在内燃机中使用的火花塞的中心电极和接地电极时，存在一已知的合金组，例如，其被称为M-CrAlY。在此，M为复合材料，其由Ni(镍)，Co(钴)或者Fe(铁)，或者为诸如NiCo或者FeCo的Ni，Co和Fe的合成物组成，并且其包含15-30wt.％的Cr(铬)，5-15wt.％的Al(铝)，和大约0-2wt.％的Y(钇)(例如，参见JP-A-63-138681)。

也已知：一Ni类合金(例如，参见JP-A-64-87738)，其中0.5-1.5wt.％的Si，0.7-2.8wt.％的Mn和0.25-4.5wt.％的Al被加入到Ni中；一Ni类合金(例如，参见JP-A-4-45239)，其中1.0-2.5wt.％的Si，0.5-2.5wt.％的Cr，0.5-2.0wt.％的Mn和0.6-2.0wt.％的Al被加入到Ni中；和一Ni类合金(例如，参见JP-A-2004-11024)，其中1.8-2.2wt.％的Si，0.05-0.1wt.％的从Y，Hf和Zr中选出的一种或者多种，和2-2.4wt.％的Al被加入到Ni中。内燃机中火花塞的电极材料中加入这些单独的成分可以改善抗硫能力，抗铅腐蚀性和抗高温氧化性，并且抑制火花放电导致的电极的降低，从而提高耐久性。

近年来，考虑到环境的影响，对燃料的净化进行了改善，以减少燃料中的硫和铅的成分，从而内燃机中火花塞的电极对抗硫和铅性能的要求比现有技术中的低。另一方面，从提高耐久性的观点来看，需要通过火花放电对内燃机中火花塞的电极降低产生更大的抑制。

由于通过火花放电使得内燃机的火花塞对电极的降低所施加的抑制作用比抗硫能力和抗铅腐蚀性的改善作用要重要，因此，存在已知的使用在内燃机中的火花塞(例如，参见JP-A-2004-206892)，其采用的电极材料包含0.5-1.5wt.％的Si，0.5-1.5wt.％的Al，0.05-0.5wt.％的Y，Nd和Sm至少之一，和整量小于等于0.8wt.％的Cr和Mn，并且剩余物为Ni和不可避免的杂质，并且在室温(大约20℃)下电阻率小于等于25μΩcm。

发明概要

在现有技术中，使用在内燃机中的火花塞的电极材料不仅可以改善抗硫性能，抗铅腐蚀性和抗热氧化性，而且通过火花放电可以少量的降低电极。近来，在另一方面，由于燃料中的硫和铅的成分，使得火花放电对电极产生更少的降低比抗铅腐蚀性更加重要。

在此，对内燃机中火花塞的金属壳进行电镀以防锈。通常采用的是镀镍。镀镍对抗热性是极佳的，从而使得其可适当地用于高温的金属壳上，但其对防锈不一定充分。因此，调查表明可以用防锈性能极佳的镀锌来代替镀镍。

但是，镀锌较难实施，因为在镀的步骤中产生的氢会对电极材料施加不利的影响。电极材料使其电阻率降低来抑制通过点火放电的上述降低，具体来说，降低另外的成分来降低电阻率。这样会增长组成电极材料的晶粒变粗糙的趋势。

在晶粒较小的情况下，在晶粒之间形成的晶界复杂的缠绕，从而使得在电极材料在高温下使用时，它们能够防止氧从外部穿透，由此来抑制破损。在晶粒变粗糙的情况下，如上所述，另一方面，晶粒之间的晶界采用一种相对简单的结构，从而使得当电极材料在高温下使用时，氧能容易从外部穿透，从而通过氧化作用会容易产生破损。

因此，用于抑制晶粒成长的Y等被加入到具有降低的电阻率的电极材料中，以便于抑制由于粗糙晶粒所产生的氧化作用。但是，包含Y的电极材料容易吸留氢，从而使得由于吸留氢会使得电极材料变脆。

通常说来，当接地电极被接合到其上时，金属壳被电镀。因此，倘若接地电极由上述具有吸留氢特性的电极材料制成，电极材料会在镀锌时刻吸留氢，从而使其变脆。因此，倘若具有吸留氢特性的电极材料被使用，较难实施镀锌。

本发明已经构思去解决这些至今所述的问题，并且具有一个目标，其提供一内燃机的火花塞，其通过抑制火花发电导致的电极降低而具有极佳耐久力并且通过镀锌具有极佳的防锈性能。

根据本发明，提供一内燃机的火花塞，其包含：一圆柱形金属壳；一提供在金属壳内部孔中的圆柱形绝缘体；一提供在绝缘体的前端侧内部孔中的中心电极；和一接地电极，其一端结合到金属壳的前端侧并且另一端表面与中心电极一起形成一火花放电间隙，

其中至少接地电极包含一电极材料，其包含大于等于0.5wt.％且小于等于1.5wt.％的Si，大于等于0.5wt.％且小于等于1.5wt.％的Al，整量为大于等于0.02wt.％且小于等于1.0wt.％的Ti，V，Zr，Nb和Hf至少之一，大于等于0.03wt.％且小于等于0.09wt.％C，和大于等于95.5wt.％的Ni，并且在室温(大约20℃)下电阻率为小于等于25μΩcm。

本发明中的电极材料可以包含整量为0.5wt.％的Cr和Mn至少之一。而且，如从Zr和Hf中选择那样，本发明的电极材料还优选包含Ti，V，Zr，Nb和Hf至少一种。该种包含有Zr的电极材料可包含Ti，V，Nb和Hf的至少之一。

另一方面，包含有Hf的电极材料优选包含大于等于0.2wt.％的Hf。包含有Hf的电极材料包含Ti，V，Zr和Nb的至少之一。在这种情况下，电极材料优选在Ti，V，Zr，Nb和Hf的重量中Hf最多。

包含有Hf的电极材料优选包含Ti，V，Zr和Nb中的尤其是Zr。在这种情况下，Hf含量与Zr含量的重量比(Hf/Zr)优选为3到11。包含有Hf和Zr的电极材料进一步包含Ti，V和Nb的至少之一。在这种情况下，Hf的含量相对于Ti，V和Nb的总含量的重量比(Hf/(Ti+V+Nb))优选大于等于2。

在900℃温度下保持100小时之后，本发明中的电极材料优选具有小于等于300μm的平均晶粒直径。而且，本发明的内燃机的火花塞中的金属壳优选镀锌的厚度大于等于3μm。

根据本发明，使用内燃机中的火花塞的至少接地电极能够抑制由于火花放电产生的电极的降低，并且通过采用具有预定成分和电阻率的Ni合金制成的电极材料可以具有极佳的耐久性，通过应用防锈性能极佳的镀锌，从而可以具有极佳的防锈性能。

附图说明

图1表示根据本发明的内燃机的火花塞一个实施例的剖视图。

附图标记的说明：

1-金属壳

2-绝缘体

3-中心电极(31-热导心部，32-涂层部分)

4-接地电极

100-使用在内燃机中的火花塞

发明详述

根据本发明的内燃机的火花塞在下面进行描述。

图1表示本发明的内燃机的火花塞一个实施例的剖视图。使用在内燃机中的火花塞100构造包括：一圆柱形金属壳1；一安装在金属壳1中以在其前端侧突出的圆柱形绝缘体2；一安装在绝缘体2中以在其前端侧突出的中心电极3；和一接地电极4，其一端通过焊接等结合到金属壳1的一端上并且另一端侧朝向中心电极3弯曲。在相对的中心电极3和接地电极4之间形成一间隙，称为火花放电间隙。

金属壳1由低碳刚等材料并通常为圆柱形。该金属壳1包括：在径向上突出的凸缘部分11；具有六角部分的固定接合部分12，在内燃机中的火花塞100安装在未示出的发动机的气缸盖等部件上时，其适合与与诸如板手的紧固物相接合；设置在凸缘部分11的前端侧的前端部分13，其直径比凸缘部分11的直径小。前端侧13的外周形成有螺纹部分14用于将火花塞100紧固在发动机的气缸盖等部件中。固定接合部分12在其基端侧提供有附加紧固部分15，以用于附加的将绝缘体2固定在金属壳1中。

另一方面，绝缘体2由烧结的陶瓷件制成，例如氧化铝或者氮化铝，并且沿着其本身轴向上形成有轴向孔2H用于安装中心电极3。在该轴向孔2H中，中心电极3被结合到前端侧，并且终端固定件5被结合到基端侧。在该轴向孔2H中，电阻器6提供在中心电极3和终端固定件5之间。该电阻器6通过玻璃垫圈7电气连接到中心电极3和终端固定件5上。

绝缘体2提供有径向凸出部分21，其具有形成在基端侧的基端部分22，并且该基端部分22的直径小于凸出部分21的直径。另一方面，凸出部分21具有形成在其前端侧的中间主体部分23，该中间主体部分23的直径小于凸出部分21的直径，并且支柱部分24形成在更前端侧。

中心电极3包括由铜等材料制成的热导心部31以及涂层部分32，并且使得涂层部分32的前端从绝缘体2的前端朝向前端侧突出。另一方面，接地电极4具有结合到金属壳1的前端侧的一端，并且另一侧朝向中心电极3弯曲。接地电极4与中心电极3的前端部分相面对。为了防锈，优选金属壳具有镀锌表面，以使其具有镀锌层并且用铬酸盐进一步处理，尽管此未示出。该镀锌层(包括铬酸盐层)优选具有大于等于3μm的厚度以用于防锈。

根据本发明的该火花塞100中的中心电极3和接地电极4，至少接地电极4由下面电极材料制成。在此，中心电极3和接地电极4不需要全部都由下面电极材料制成。在本实施例中，例如，如上所述，中心电极3被构造包括热导心部31和涂层部分32。但是，该涂层部分32是由接地电极同样性质的电极材料制成。

在本发明中，特别是接地电极4由下面电极材料制成，使得镀锌可以完成以使其具有极佳的防锈性能。更具体的，金属壳1通常被电镀使得接地电极4被接合到金属壳1上。因此，倘若接地电极4由吸留氢的这样电极材料制成，产生氢的镀锌是困难的，因为接地电极4会吸留产生的氢并且会变脆。

因此，至少接地电极4通过采用能够镀锌的这样电极材料进行构造，如下面所述。甚至倘若当接地电极被结合到金属壳1时接地电极4被镀锌，接地电极4能够防止吸留氢并且变脆，从而使得镀锌会具有极佳的防锈性能。

在本发明的火花塞100中采用的电极材料包含大于等于0.5wt.％且小于等于1.5wt.％的Si，大于等于0.5wt.％且小于等于1.5wt.％的Al，整量为大于等于0.02wt.％且小于等于1.0wt.％的Ti，V，Zr，Nb和Hf至少之一，大于等于0.03wt.％且小于等于0.09wt.％C，和大于等于95.5wt.％的Ni，并且在室温(大约20℃)下电阻率为小于等于25μΩcm。

如果在20℃下电极材料的电阻率大于25μΩcm，中心电极3和接地电极4在火花放电时刻温度上升，使得它们被过早的耗尽而使得它们的耐久性降低。然而，在本发明中，在20℃下中心电极3和接地电极4的电极材料设置具有小于等于25μΩcm的电阻率，从而使得中心电极3和接地电极4的耐久性可得到改进。在此，接地电极4的电极材料的电阻率由对未结合到金属壳1上的接地电极测量所得值进行确定。

此外，为了满足对电极材料的抗腐蚀性和抗高温氧化性的最低要求，包含在Ni中的附加成分被调节。但是，如果该附加物过多，在20℃下一些附加成分的电阻率会上升。因此，附加成分进行调节使得电极材料满足抗腐蚀性和抗高温氧化性的要求，同时也能在20℃下保持电阻率小于等于25μΩcm。

在现有技术中，具体来说，通过包含Si和Al同时减少Cr和Mn的含量来形成保护氧化膜，并且通过包含Ti，V，Zr，Nb和Hf的至少之一甚至少量的Si和Ai来强化保护氧化膜。这些各个成分的作用将在下面进行描述。

Cr和Mn通过在电极材料的表面上形成保护氧化膜来改善抗腐蚀性和抗氧化性。但是，如果这些成分增加，在20℃下的电阻率会上升。因此，Cr和Mn它们的总量不超过0.5wt.％。在此，Cr和Mn不是必要的成分，两者都可不被包含。而且，倘若Cr和Mn被包含，两者或者它们两者之一可被包含。

Si在电极材料的表面上形成保护氧化膜，因此可以改善抗腐蚀性和抗氧化性，并且其包含在0.5wt.％至1.5wt.％的范围之内。如果Si含量小于0.5wt.％，则其不能充分实现其作用，如果其含量超过1.5wt.％，则在20℃下的电阻率会上升，从而不能充分获得对电极材料的下降进行抑制的效果。

类似Si，Al也在电极材料的表面上形成保护氧化膜，因此可以改善抗腐蚀性和抗氧化性，并且其包含在0.5wt.％至1.5wt.％的范围之内。如果Al含量小于0.5wt.％，则其不能充分实现其作用，如果其含量超过1.5wt.％，则在20℃下的电阻率会上升，从而不能充分获得对电极材料的下降进行抑制的效果。

Ti，V，Zr，Nb和Hf可促进Al₂O₃或者保护氧化膜的形成，从而可以改善抗腐蚀性和抗氧化性，即使Cr和Mn的总含量不超过0.5wt.％。当已经穿透到电极材料中的N和Al被结合成AlN时，在电极材料表面上的保护氧化膜的形成被延迟，从而使得抗氧化性不能保持。但是，考虑到被包含的Ti，V，Zr，Nb和Hf的至少之一可以固定穿透到电极材料中的N，从而防止了电极材料中的Al形成AlN。因此，用来改善抗氧化性能的保护氧化膜Al₂O₃的形成是便利的。

而且，Ti，V，Zr，Nb和Hf可以使得电极材料，甚至暴露在高温下，也较难裂开和断裂。在电极材料中，当暴露在高温下时晶粒发光，使得在晶粒中间形成的晶界从复杂结构改变到相对简单结构。当晶界为相对简单的结构时，氧化作用非常容易发生在晶界中，从而使得电极材料容易裂开和断裂。但是，通过包含Ti，V，Zr，Nb和Hf的至少之一，它们的碳化物析出入晶界中以抑制晶粒的生长。因此，可以防止强烈发生在晶界内部的氧化作用，从而较难裂开和破裂。

根据本发明通过包含Ti，V，Zr，Nb和Hf的至少之一，可能实施防锈性能上极佳的镀锌，这种防锈性能在含有Y的现有技术中是较难实现的。

具体说来，具有降低的电阻率的现有技术中的电极材料可以通过在Ni基合金中包含Y等制成，以防止晶粒从粗糙变成相对简单结构。如果Ni基合金包含Y，其容易吸留氢，并由于具有吸留的氢而变脆。通常说来，金属壳1被电镀并接地电极4结合到其上。因此，如果接地电极4由容易吸留氢的电极材料制成，当进行镀锌作用时金属壳1容易产生氢，从而使得接地电极吸留产生的氢并且变脆。

在本发明中，Ti，V，Zr，Nb和Hf的至少之一被包含以替换Y等，使得其能防止电极材料吸留氢并且变脆。因此，可以实施防锈性能极佳的镀锌。

Ti，V，Zr，Nb和Hf的总含量为大于等于0.02wt.％并且小于等于1.0wt.％。如果该含量小于0.02wt.％，抑制AlN的形成和抑制晶粒成长的上述效果不充分。另一方面，如果含量超过1.0wt.％，在制造接地电极4的抽取单丝的运行中，在塑性加工操作以将铜等的导热件31填入到中心电极3中等操作过程的效率会降低。从更好的改善抑制AlN形成和晶粒生长的效果观点来看，上述含量优选大于等于0.05wt.％。另一方面，从塑性可加工性等观点来看，上述含量更优选小于等于0.06wt.％。

在此，在对Ni的固溶体限制效果中，Zr比剩下的元素(Ti，V，Nb和Hf)要差，并且容易析出入晶界中，从而它对抑制晶粒成长具有更好的效果。换句话说，金属的元素(Ti，V，Nb和Hf)不同于Zr，它们比Zr具有更有效的对Ni的固溶体限制，并且较难析出入晶界中，从而使得它们对抑制晶粒生长的效果不如Zr。因此，倘若除Zr之外的金属元素(Ti，V，Nb和Hf)被专门的包含，优选它们的总含量大于等于0.2wt.％。甚至在除Zr之外的金属元素(Ti，V，Nb和Hf)被这样专门的包含时，该含量的上限为小于等于1.0wt.％，优选为小于等于0.6wt.％。

在这些中，Hf在部分特性和效果上很难降低，不像剩下的金属元素(Ti，V，Nb和Hf)一样受其含量的影响，并且不是具体的限制在大于等于0.2wt.％和小于等于1.0wt.％的含量范围之内，如上所限定的。因此，Hf是优选的，因为其能被包含在一必要的量。

例如，如果设定Ti的含量使得其能防止晶粒变粗糙，Ti可能会具有过高的电阻率，这样会对火花下降产生不利影响。从改善抗氧化性能的观点看，优选V和Nb的含量约为0.5wt.％。但是，从防止晶粒变粗糙的观点看，优选含量轻微上升。在含量上的这样不同会导致不能实现这两种效果。

用于相类似的效果，Zr是有利的，甚至其比剩余金属元素(Ti，V，Nb和Hf)的含量少时，如上所述。另一方面，Zr易于改变其特性，甚至其含量轻微改变时，从而因为其含量要求严格控制，其对制造来说不是必要优选的。而且，如果Zr的含量能够实现补偿抗氧化性和抑制粗晶粒的效果，在冷加工性上Zr会轻微变低。

因此，除了Hf的金属元素，也就是，Ti，V，Nb和Hf会降低局部特性或者受它们的含量轻微的影响，并且在所有的特性或效果上不容易实现平衡。另一方面，Hf很难降低其局部性能或者受其含量的影响，但是能够包含在一必要的量而不受任何限制，只要其含量在0.2wt.％至1.0wt.％范围之中。因此，在Ti，V，Zr，Nb和Hf之中特别优选包含Hf。

从上述获得不同效果的观点看，优选Hf的含量大于等于0.2wt.％。即使包含了Hf，从更好改善性能的观点来看，可包含除了Hf的其它金属元素(Ti，V，Zr和Nb)。在这种情况下，优选在Ti，V，Zr和Nb之中Hf含量最多。如上所述，Hf很难降低局部特性或者受其含量的影响，从而通过这种主要成分各个性能可以较好的平衡。

倘若不仅包含Hf而且包含其它金属元素(Ti，V，Zr和Nb)，优选包含有具有最大影响的Zr的含量。通过含有Zr和Hf，含量会低于其它元素被包含的情况，同时可以较好的平衡各个特性。优选在这种情况下Hf与Zr的重量比(Hf/Zr)为大于等于3并且小于等于11。通过设置重量比大于等于3并且小于等于11，可能得到极佳的抗氧化性能，可减少火花放电时刻的降低并且可以较好平衡各个性能。

而且，当包含有Hf和Zr时，也可以包含剩余金属元素Ti，V和Nb至少之一。在这种情况下，优选Hf与Ti，V和Nb的总含量的重量比((Hf/(Ti+V+Nb)))大于等于2。Hf可有效的平衡各个性能。但是，如果上述重量比小于2，Hf的含量被降低使得较难有效的平衡特性或者效果。

包含C可以在高温下增强机械强度。具体来说，上述Ni基合金容易降低高温强度，但是通过增加C或者穿透性元素能够抑制由于热应力的变形。C的含量在0.03wt.％至0.09wt.％范围之中。如果C的含量小于0.03wt.％，则高温处的机械强度不充分，如果含量高于0.09wt.％，则抗变形力高，较难进行塑性加工，从而很难通过填充铜等材料的导热件31来制造中心电极3。

而且，优选电极材料具有这样的成分，使其保留在900℃的空气中100小时之后，其晶粒具有的平均晶粒直径为小于等于300μm。如果在900℃的空气中100小时之后，它们的平均直径超过300μm，晶粒会由于晶粒区域被氧化电极会破裂。

实施例

本发明通过这些实施例得到更详细的描述。

首先，火花塞100的中心电极3和接地电极4通过采用具有Ni基合金的成分的电极材料制成，如在下面的步骤中，下表1所列出的。

具体来说，一普通真空熔炉用来将具有各个成分的熔化合金通过真空铸造变成坯料。在此之后，坯料被热锻造成直径为60mm的圆条。这些圆条被拉成具有4mm的直径的单丝和具有截面尺寸为1.6mm×2.8mm的单丝。铜的导热件31被作为芯安装在前者之中，并且从而形成中心电极3，并且后者用作为接地电极4。

接地电极4的一端部分通过电阻焊接连接到金属壳1的前端部分上，该金属壳1已经通过低碳钢的金属原料形成了预定的形状。在此之后，接地电极4浸入到约10％的盐酸中以去除在切削过程中产生的锈，氧化物或者切屑，并且用水进行冲洗。在此之后，与接地电极4结合的金属壳1被滚镀有镀锌层，并且然后用铬酸盐处理。这样用铬酸盐处理的镀锌层具有3μm的厚度。仅仅在例16中，形成镀镍层用来替换镀锌层。

另一方面，中心电极3通过已知的方法装配到绝缘体2的轴向孔2H中，并且用玻璃密封，并且电阻器6和终端固定件5被装配。然后，通过将绝缘体2和结合有接地电极4的金属壳1两者进行装配以形成火花塞100，并且通过朝向中心电极3将接地电极4的前端部分向后折，以使其面对中心电极3的前端部分。

在例1至25的火花塞100中，制造中心电极3(也就是，涂层部分32)和接地电极4的电极材料的成分和电阻率在本发明的范围之内。此外，在比较1至10的火花塞100和现有技术中，制造中心电极3和接地电极4的电极材料的成分也在本发明的范围之内。

表1：

	成分(wt.％)							电阻率(μΩcm)	金属壳的电镀
										Si	Al	Cr	Mn	C	Ti，V，Nb，Zr，Hf	Ni+其它
	例1	1.0	1.0	0.0	0.2	0.05	Ti0.5，Nb0.5										剩余物	24	采用铬酸盐进行镀锌
例2								1.0	1.0	0.0	0.2	0.03	Ti0.3	剩余物	20	采用铬酸盐进行镀锌
	例3	1.0	1.0	0.0	0.2	0.05	V0.5										剩余物	19	采用铬酸盐进行镀锌
例4								1.0	1.0	0.0	0.2	0.05	Nb0.6	剩余物	19	采用铬酸盐进行镀锌
	例5	1.0	1.0	0.0	0.2	0.05	Zr0.05										剩余物	19	采用铬酸盐进行镀锌
例6								1.0	1.0	0，0	0.2	0.05	Zr0.3	剩余物	18	采用铬酸盐进行镀锌
	例7	1.5	1.0	0.0	0.2	0.05	Zr0.2										剩余物	21	采用铬酸盐进行镀锌
例8								1.0	0.5	0.0	0.2	0.05	Zr0.2	剩余物	18	采用铬酸盐进行镀锌
	例9	1.0	1.5	0.0	0.2	0.05	Zr0.2										剩余物	20	采用铬酸盐进行镀锌
例10								1.0	1.0	0.0	0.0	0.05	Zr0.2	剩余物	18	采用铬酸盐进行镀锌
	例11	1.0	1.0	0.5	0.0	0.05	Zr0.2										剩余物	23	采用铬酸盐进行镀锌
例12								1.0	1.0	0.0	0.5	0.05	Zr0.2	剩余物	20	采用铬酸盐进行镀锌
	例13	1.0	1.0	0.0	0.2	0.09	Zr0.2										剩余物	19	采用铬酸盐进行镀锌
例14								1.0	1.0	0.2	0.0	0.05	Zr0.1，Nb0.6	剩余物	20	采用铬酸盐进行镀锌
	例15	1.0	0.7	0.0	0.0	0.05	Hf0.2										剩余物	18	采用铬酸盐进行镀锌
例16								1.0	1.0	0.0	0.2	0.05	Hf0.4	剩余物	19	镀镍电解铬酸盐
	例17	1.0	1.0	0.0	0.2	0.05	Hf1.0										剩余物	20	采用铬酸盐进行镀锌
例18								1.0	1.0	0.0	0.2	0.05	Hf0.2，Nb0.4	剩余物	20	采用铬酸盐进行镀锌
	例19	1.0	1.0	0.0	0.2	0.05	Hf0.4，Ti0.2										剩余物	20	采用铬酸盐进行镀锌
例20								1.0	1.0	0.0	0.2	0.05	Hf0.2，Zr0.1(Hf/Zr＝2)	剩余物	18	采用铬酸盐进行镀锌
	例21	1.0	1.0	0.0	0.2	0.05	Hf0.3，Zr0.1(Hf/Zr＝3)										剩余物	18	采用铬酸盐进行镀锌
例22								1.0	1.0	0，0	0.2	0.05	Hf0.55，Zr0.05(Hf/Zr＝11)	剩余物	21	采用铬酸盐进行镀锌
	例23	1.0	1.0	0.0	0.2	0.05	Hf0.6，Zr0.05(Hf/Zr＝12)										剩余物	19	采用铬酸盐进行镀锌
例24								1.0	1.0	0.0	0.2	0.05	Hf0.3，Zr0.1，V0.1(Hf/Zr＝3，Hf/V＝3)	剩余物	20	采用铬酸盐进行镀锌
	例25	1.0	1.0	0.0	0.2	0.05	Hf0.3，Zr0.05，V0.2(Hf/Zr＝6，Hf/V＝1，5)										剩余物	20	采用铬酸盐进行镀锌
对比例1								1.0	0.7	0.0	0.0	0.05	Hf0.03	剩余物	17	采用铬酸盐进行镀锌
	对比例2	1.0	0.7	0.0	0.0	0.05	Hf2.0										剩余物	24	采用铬酸盐进行镀锌
对比例3								2.0	1.0	0.0	0.2	0.05	Hf0.4	剩余物	30	采用铬酸盐进行镀锌
	对比例4	0.2	1.0	0.0	0.2	0.05	Hf0.4										剩余物	19	采用铬酸盐进行镀锌
对比例5								1.0	2.0	0，0	0.2	0.05	Hf0.4	剩余物	28	采用铬酸盐进行镀锌
	对比例6	1.0	0.2	0.0	0.2	0.05	Hf0.4										剩余物	19	采用铬酸盐进行镀锌
对比例7								1.0	1.0	0.5	0.5	0.05	Hf0.4	剩余物	32	采用铬酸盐进行镀锌
	对比例8	1.0	1.0	0.0	0.2	0.11	Hf0.4										剩余物	20	采用铬酸盐进行镀锌
对比例9								1.0	1.0	0.0	0.2	0.01	Hf0.4	剩余物	20	采用铬酸盐进行镀锌
	对比例10	1.0	0.7	0.0	0.0	0.05	Y0.25										剩余物	18	采用铬酸盐进行镀锌
现有技术								1.5	-	1.5	2.0	0.003	-	剩余物	34	采用铬酸盐进行镀锌

接下来，火花塞100接受下面的测试和测量，并且它们的特性被进行评估。评估的结果在表2中列出。“中心电极可变形性测试”表示相对热循环的变形耐久性，并且“塑性可加工性”表示可加工性，中心电极3被作为测试评估件使用。但是，不能满足这些测试评估标准的电极材料确定较难适用为接地电极4。

(60,000Km电极间隙增加的相应测试)

各个例子、对比例和现有技术中的火花塞100运用和测试在6缸、2.8升发动机中运行约400小时(相应于150公里/小时下运行60,000公里)。这些测试是在测试之前和之后增加点火放电间隙g上进行的。

在评估标准中：火花放电间隙g的增加小于0.30mm的试样标记为“○”，因为它们是极佳的并具有极少电极减少；火花放电间隙g的增加大于等于0.30mm并且小于0.35mm的试样标记为“△”因为它们是合理的；并且火花放电间隙g的增加大于等于0.35mm的试样标记为“×”因为它们是失败的。

(氧化膜厚度的测试)

各个例子、对比例和现有技术中的火花塞100使用在四缸、2.0升的发动机中。5000rpm时运行发动机1分钟和空转发动机(在700至800rpm)1分钟的循环重复100小时。在此之后，接地电极在纵向上被切下，并且测量氧化膜厚度。在此，发动机的最高温度为950℃，并且的氧化膜厚度的测量值包含在晶界氧化层厚度，如果有的话。

在评估标准中：在测试后，接地电极4的试样具有：氧化膜厚度小于180μm被评估为“○”，因为它们没有过多的氧化膜构成并且是极佳的；试样的厚度大于等于180μm和小于210μm被评估为“△”因为它们是合理的；并且试样的厚度大于等于210μm时被评估为“×”因为它们是失败的。当氧化膜过厚时，电极本身很容易升高温度。因此，优选厚度小于210μm，并且更优选厚度小于180μm。

(中心电极变形测试)

各个例子、对比例和现有技术中的火花塞100被采用，并且对中心电极3前端在850℃下加热3分钟并且冷却同样部位1分钟的循环反复进行。循环的数目进行计数直到中心电极3的长度比初始值短0.1mm。

在评估标准中：直到中心电极3的长度比初始值短0.1mm时循环数目大于等于2,500的试样被评估为“○”，因为中心电极3的变形极少并且是极佳的；循环数大于等于1,500并且小于2,500时试样被评估为“△”因为它们是合理的；循环数小于1,500时试样被评估为“×”因为它们是失败的。

(脆性测试)

各个例子、对比例和现有技术中的火花塞100的接地电极4被反复的拉长和折叠，直到接地电极4断裂的次数进行计数。在此，将接地电极4从直状态朝向中心电极3折叠90度并且弯曲接地电极4到直状态这样的动作认为是一次。

在评估标准中：直到接地电极4破裂时计数大于等于6的试样评估为“○”，因为通过氢吸留它们极少变脆；计数为3至5时的试样评估为“△”，因为它们是合理的；计数为2时的试样被评估为“×”因为它们是失败的。

(盐水喷淋测试)

各个例子，对比和现有技术中的火花塞100在JIS H8502的条件下接受盐水喷淋测试，直到红锈形成的时限被计数。在评估标准中：直到红锈形成的时限大于等于96小时的试样被评估为“○”，因为它们在防锈性能上是极佳的；直到红锈形成的时限大于等于48小时并小于等于96小时的试样被评估为“△”，因为它们是合理的；直到红锈形成的时限小于等于48小时的试样被评估为“×”，因为它们是失败的；

(塑性可操作性)

当各个例子，对比和现有技术的火花塞100的中心电极3准备时，对将铜的导热件31作为心部安装在上述电极材料的可操作性进行检测(变成涂层32)。

在评估标准中：当导热件31安装在上述电极材料中时没出现操作裂缝在涂层部分32中，和在涂层32和热导部件31之间没发现间隙的试样被评估为“○”，因为它们的塑性可操作性极佳；具有操作裂缝和在涂层部分32和导热件31之间形成有间隙的试样被评估为“×”，因为它们是失败的。

(平均晶粒直径测量)

各个例子、对比例和现有技术中的火花塞100在大气中接受电炉热处理，在900℃工作100小时。在此之后，接地电极在纵向上被切下，并且对平均晶粒直径进行测量。在平均晶粒直径的这些测量中，接地电极4在面对中心电极3的部分的半节被磨光和侵蚀，从而使得晶界暴露作为测量面。对这个测量面，采用光学显微镜去测量每单位面积的晶粒的数目，使得平均晶粒直径可以从每单位面积的晶粒数目进行计算。

表2：

	平均晶粒直径(μm)		在60,000Km相应测试后电极间隙的增长值	900℃下100小时后氧化膜厚度	中心电板变形测试(热循环)	脆性测试	盐水喷淋测试	塑性可操作性
									初始值	900℃下热处理100小时
	例1	35									300	○(0.28mm)	○(160μm)	○	○	○	○
例2			60	400	○(0.23mm)	△(200μm)	○	○	○	○
	例3	60									250	○(0.25mm)	○(160μm)	○	○	○	○
例4			30	280	○(0.25mm)	○(150μm)	○	○	○	○
	例5	60									350	○(0.25mm)	△(200μm)	○	○	○	○
例6			10	280	○(0.23mm)	○(140μm)	○	○	○	○
	例7	10									240	○(0.28mm)	○(100μm)	○	○	○	○
例8			10	240	○(0.23mm)	○(170μm)	○	○	○	○
	例9	10									280	○(0.26mm)	○(140μm)	○	○	○	○
例10			10	240	○(0.23mm)	○(160μm)	○	○	○	○
	例11	10									230	○(0.28mm)	○(140μm)	○	○	○	○
例12			10	260	○(0.26mm)	○(160μm)	○	○	○	○
	例13	10									200	○(0.25mm)	○(150μm)	○	○	○	○
例14			10	240	○(0.26mm)	○(150μm)	○	○	○	○
	例15	30									300	○(0.23mm)	○(180μm)	○	○	○	○
例16			10	280	○(0.25mm)	○(160μm)	○	○	△	○
	例17	10									240	○(0.26mm)	○(160μm)	○	○	○	○
例18			10	280	○(0.26mm)	○(150μm)	○	○	○	○
	例19	10									280	○(0.26mm)	○(140μm)	○	○	○	○
例20			10	280	○(0.22mm)	○(150μm)	○	○	○	○
	例21	10									280	○(0.22mm)	○(130μm)	○	○	○	○
例22			10	220	○(0.26mm)	○(130μm)	○	○	○	○
	例23	10									260	○(0.23mm)	○(150μm)	○	○	○	○
例24			10	260	○(0.24mm)	○(130μm)	○	○	○	○
	例25	10									280	○(0.25mm)	○(140μm)	○	○	○	○
对比例1			80	400	○(0.25mm)	×(240μm)	○	○	○	○
	对比例2	10									200	△(0.31mm)	○(160μm)	○	○	○	×
对比例3			10	280	×(0.37mm)	○(100μm)	○	○	○	○
	对比例4	10									320	○(0.28mm)	×(260μm)	○	○	○	○
对比例5			10	250	×(0.35mm)	○(140μm)	○	○	○	○
	对比例6	10									250	○(0.24mm)	×(250μm)	○	○	○	○
对比例7			10	240	×(0.38mm)	○(140μm)	○	○	○	○
	对比例8	10									180	○(0.25mm)	○(170μm)	○	○	○	×
对比例9			90	550	○(0.25mm)	×(230μm)	×	○	○	○
	对比例10	80									230	○(0.23mm)	○(140μm)	○	×	○	○
现有技术			60	430	×(0.40mm)	×(220μm)	○	○	○	○

从表2中明显看出，对比1至10或者现有技术的多个火花塞100在本发明的电极材料的成分或者20℃的电阻率范围之外，在使用后会导致火花放电间隙g和氧化膜形成的增加，从而使得它们很难同时满足所有的特性。可以判断出的对比10的火花塞100包含Y作为电极材料，它们很难制造出镀锌成品，因为它们在镀锌时吸留氢使得接地电极4变脆。

另一方面，电极材料的成分和20℃的电阻率在本发明范围之内的例1和2的火花塞100可以抑制火花发电间隙g的增加，在使用后，会导致更多氧化膜和更粗糙的晶粒的形成。而且，也发现由于吸留氢电极材料的脆性会被抑制，从而使得镀锌可以具有极佳的防锈性能。此外发现中心电极的塑性可操作性是充分的。

而且，对于金属元素(Ti，V，Zr，Nb和Hf)包含在电极材料中，Zr是优选的，因为它可获得相对满意的结果，甚至在0.05wt.％这样少含量的情况，如例5等所示例的。例如，如例15和17所表示的，Hf的含量超过Zr的含量，但是它很难减少特性和效果，甚至其含量为0.2，0.4和1.0wt.％。而且，由于Hf的含量在0.2到1.0wt.％范围内，当制造的观点看是优选的，因为其不像Zr一样作为制造成电极时需要严格控制。

倘若Hf和剩余金属元素(Ti，V，Zr和Nb)包含在电极材料中，如果Hf的含量等于剩余金属元素(Ti，V，Zr和Nb)总含量时，通过使Hf的含量多于剩余各个金属元素(Ti，V，Zr和Nb)，氧化膜的形成可以得到更加抑制。该成分是优选的，因为特性可以较好进行平衡。在此，在氧化膜的形成的趋势上，Hf的含量比Nb和Ti的含量更重要。例18和19表示这种情况，其中Nb或Ti包含作为金属元素而不是Hf。

除了Hf的金属元素(Ti，V，Zr和Nb)和Hf一起被包含在电极材料中时，如例20至24所示的，会发现Hf是优选的，因为甚至其在具有很少的含量都能获得满意的效果。倘若Zr和Hf一起被包含在电极材料中时，氧化膜的形成会得到更加抑制以较好的平衡特性，通过设置Hf相对Zr的含量的重量比(Hf/Zr)大于等于3或者小于等于11，如例20至23所示的。

倘若Hf和Zr和剩余金属元素(Ti，V和Nb)一起被包含在电极材料中时，通过设置Hf相对Ti，V和Nb含量的重量比(Hf/(Ti+V+Nb))大于等于2，如例24和25所示的，火花发电间隙g和氧化膜的形成的增长会得到更加抑制以较好的平衡特性。在此，例24和25表示该情况的一个例子，其中V或NB分别包含作为金属元素，而不是Hf和Zr。

本申请是基于2005年1月31申请的日本专利申请JP2005-24500，2005年11月30申请的日本专利申请JP2005-345337，它们的整个内容在此作为参考被结合，并与详细描述出结果一样。

Claims (13)

1.一种火花塞，其包含：

圆柱形金属壳；

提供在所述金属壳内部孔中的圆柱形绝缘体；

提供在所述绝缘体的前端侧内部孔中的中心电极；和

接地电极，其一端结合到所述金属壳的前端侧并且另一端表面与所述中心电极一起形成火花放电间隙，

其中所述接地电极包含电极材料，其包含0.5至1.5wt.％的Si，0.5至1.5wt.％的Al，0.02至1.0wt.％的Ti，V，Zr，Nb和Hf中至少之一，0.03至0.09wt.％的C，以及大于或等于95.5wt.％的Ni，并且在20℃下电阻率等于或小于25μΩcm。

2.如权利要求1所述的火花塞，其中所述的电极材料包含Zr。

3.如权利要求1所述的火花塞，其中所述的电极材料包含Ti，V，Nb和Hf中的至少之一和Zr。

4.如权利要求1所述的火花塞，其中所述电极材料包含小于或等于0.5wt.％的Cr和Mn中的至少之一。

5.如权利要求4所述的火花塞，其中所述电极材料包含Zr。

6.如权利要求4所述的火花塞，其中所述电极材料包含Ti，V，Nb和Hf中的至少之一和Zr。

7.如权利要求1所述的火花塞，其中所述电极材料包含大于或等于0.2wt.％的Hf。

8.如权利要求7所述的火花塞，其中所述电极材料包含Ti，V，Zr和Nb中的至少之一，包含在所述电极材料中的Hf的重量大于包含在所述电极材料中的Ti，V，Zr和Nb的每个的重量。

9.如权利要求8所述的火花塞，其中所述电极材料包含Zr。

10.如权利要求9所述的火花塞，其中包含在所述电极材料中的Hf与包含在所述电极材料中的Zr的重量含量之比为3到11。

11.如权利要求9所述的火花塞，其中所述电极材料包含Ti，V和Nb中的至少之一，并且包含在所述电极材料中的Hf的含量与包含在所述电极材料中的Ti，V和Nb的总含量的重量比大于或等于2。

12.如权利要求1所述的火花塞，其中在900℃温度下保持100小时之后，所述电极材料具有小于或等于300μm的平均晶粒直径。

13.如权利要求1所述的火花塞，其中所述的金属壳具有含锌的镀层并且厚度大于或等于3μm。

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