TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft generell Elektrodenmaterialien für Zündkerzen sowie Verfahren zum Herstellen solcher Elektrodenmaterialien.The invention relates generally to electrode materials for spark plugs and to methods of making such electrode materials.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Zündkerzen können dazu verwendet werden, um eine Verbrennung in Verbrennungskraftmaschinen einzuleiten. Zündkerzen zünden typischerweise ein Gas, wie ein Luft/Brennstoffgemisch, in einem Motorzylinder oder einer Verbrennungskammer, indem ein Funken über einer Funkenstrecke erzeugt wird, die zwischen zwei oder mehr Elektroden definiert ist. Das Zünden des Gases mittels des Funkens ruft eine Verbrennungsreaktion in dem Motorzylinder hervor, die für den Leistungshub des Motors verantwortlich ist. Die hohen Temperaturen, die hohen elektrischen Spannungen, die schnelle Wiederholung von Verbrennungsreaktionen und das Vorhandensein von korrosiven Materialien in den Verbrennungsgasen können eine raue Umgebung erzeugen, innerhalb der die Zündkerze funktionieren muss. Die raue Umgebung kann zu einer Erosion und Korrosion der Elektroden beitragen, was die Leistungsfähigkeit (”performance”) der Zündkerze über der Zeit negativ beeinflussen kann, was potentiell zu Fehlzündungen oder anderen unerwünschten Zuständen führt.Spark plugs can be used to initiate combustion in internal combustion engines. Spark plugs typically ignite a gas, such as an air / fuel mixture, in an engine cylinder or combustion chamber by creating a spark over a spark gap defined between two or more electrodes. The ignition of the gas by means of the spark causes a combustion reaction in the engine cylinder, which is responsible for the power stroke of the engine. The high temperatures, high electrical voltages, rapid repetition of combustion reactions and the presence of corrosive materials in the combustion gases can create a harsh environment within which the spark plug must operate. The harsh environment may contribute to erosion and corrosion of the electrodes, which may adversely affect the performance of the spark plug over time, potentially leading to misfires or other undesirable conditions.
Zur Verringerung der Erosion und Korrosion von Zündkerzenelektroden sind verschiedene Arten von Edelmetallen und deren Legierungen verwendet worden, wie solche, die aus Platin und Iridium hergestellt sind. Diese Materialien können jedoch teuer sein. Demzufolge versuchen Hersteller von Zündkerzen von Zeit zu Zeit, die Menge der Edelmetalle zu minimieren, die in einer Elektrode verwendet werden, indem derartige Materialien nur an einer Zündspitze oder einem Zünd- bzw. Funkenabschnitt der Elektroden verwendet werden, also dort, wo ein Funken über einen Funkenspalt springt.To reduce the erosion and corrosion of spark plug electrodes, various types of noble metals and their alloys have been used, such as those made of platinum and iridium. However, these materials can be expensive. As a result, spark plug manufacturers from time to time attempt to minimize the amount of precious metals used in an electrode by using such materials only at a firing tip or sparking portion of the electrodes, that is where a spark passes a spark gap jumps.
Aus dem Dokument WO 01/46 483 A1 ist ein Verfahren bekannt, um dünne Metalllegierungsfasern aus einem Metalllegierungsdraht herzustellen, wobei der Metalllegierungsdraht eine Vielzahl von Legierungskomponenten aufweist und von einem Umhüllmaterial umgeben ist.From the document WO 01/46 483 A1 For example, a method is known for producing thin metal alloy fibers from a metal alloy wire, wherein the metal alloy wire has a plurality of alloy components and is surrounded by a wrapping material.
Aus dem Dokument US 3 194 657 A ist ein Verfahren zur Herstellung von Ruthenium-basierten Metallprodukten bekannt, bei dem eine Rutheniumschmelze unter nicht oxidierender Atmosphäre mit einem kleinen Anteil eines Durchdringungselements durchsetzt wird.From the document US 3,194,657 A For example, a method for producing ruthenium-based metal products is known in which a ruthenium melt is permeated under a non-oxidizing atmosphere with a small proportion of a penetrating element.
Aus dem Dokument US 3 528 862 A ist ein Drahtziehverfahren für Ruthenium-basierte Drähte bekannt, bei dem das Ruthenium auf eine Temperatur zwischen 1000°C und 1300°C erwärmt und mittels eines Ziehsteins bei einer Temperatur zwischen 900°C und 1050°C in einer nicht oxidierenden Atmosphäre gezogen wird.From the document US Pat. No. 3,528,862 A is a wire drawing process for ruthenium-based wires is known in which the ruthenium is heated to a temperature between 1000 ° C and 1300 ° C and drawn by means of a die at a temperature between 900 ° C and 1050 ° C in a non-oxidizing atmosphere.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Die Anmeldung stellt sich daher die Aufgabe der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zum Herstellen eines Elektrodenmaterials auf Rutheniumbasis für eine Zündkerze sowie ein mit diesem Verfahren hergestelltes Material.The application therefore has as its object the provision of an improved method for producing a ruthenium-based electrode material for a spark plug and a material produced by this method.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenmaterials für eine Zündkerze in eine gewünschte Form gemäß Anspruch 1, und wird ferner gelöst durch ein derartiges Verfahren gemäß Anspruch 2.The above object is achieved by a method for producing an electrode material for a spark plug into a desired shape according to claim 1, and is further achieved by such a method according to claim 2.
Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Ruthenium-basiertes Material zur Verwendung in einer Zündkerze, wobei das Material durch ein Verfahren der erfindungsgemäßen Art hergestellt wird.Finally, the above object is achieved by a ruthenium-based material for use in a spark plug, wherein the material is produced by a method of the type according to the invention.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenmaterials für eine Zündkerze in eine gewünschte Form wird offenbart. In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Bilden eines Kerns aus einem Ruthenium-basierten Material, der eine Länge und eine Querschnittsfläche aufweist. Eine Zwischenschicht, die ein hochschmelzendes Metall beinhaltet, wird dann über einer Außenfläche des Kerns aus Ruthenium-basiertem Material angeordnet, und eine Umhüllung aus einer Nickel-basierten Legierung wird über der Zwischenschicht angeordnet. Die resultierende Schichtstruktur wird dann warmverformt (”hot-formed”), um die Querschnittsfläche des Kerns aus Ruthenium-basiertem Material zu verringern und um einen länglichen Schichtdraht zu bilden. Das beanspruchte Verfahren optiert ferner für ein Entfernen der Zwischenschicht und der Umhüllung aus der Nickel-basierten Legierung von dem Kern aus dem Ruthenium-basierten Material, um hieraus einen länglichen Draht aus Ruthenium-basiertem Material zu erhalten.A method of manufacturing an electrode material for a spark plug into a desired shape is disclosed. In an embodiment, the method includes forming a core of a ruthenium-based material having a length and a cross-sectional area. An intermediate layer comprising a refractory metal is then placed over an outer surface of the core of ruthenium-based material, and a nickel-based alloy cladding is placed over the intermediate layer. The resulting layered structure is then hot-formed to reduce the cross-sectional area of the ruthenium-based material core and to form an elongated layered wire. The claimed method further opt for removal of the intermediate layer and the cladding of the nickel-based alloy of the ruthenium-based material core to obtain an elongated wire of ruthenium-based material.
Bei einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Bereitstellen einer Schichtstruktur, die aufweist: (1) einen Kern aus einem Ruthenium-basierten Material, der eine Längenabmessung und eine Querschnittsfläche aufweist, die senkrecht zu der Längenabmessung ausgerichtet ist, (2) eine Zwischenschicht, die ein hochschmelzendes Metall aufweist, das über einer Außenfläche des Kerns aus Ruthenium-basiertem Material angeordnet ist, und (3) eine Umhüllung aus einer Nickel-basierten Legierung über einer Außenfläche der Zwischenschicht. Das Verfahren optiert ferner für ein Warmziehen und ein Glühen der Schichtstruktur, was so häufig wie nötig wiederholt wird, um die Querschnittsfläche des Kerns aus dem Ruthenium-basierten Material zu reduzieren, und zwar um wenigstens 80%, um einen länglichen Schichtdraht zu bilden. Die Zwischenschicht und die Schicht aus der Nickel-basierten Legierung werden dann von dem Kern aus dem Ruthenium-basierten Material entfernt, um einen länglichen Draht aus Ruthenium-basiertem Material zu erhalten.In another embodiment, the method includes providing a layered structure comprising: (1) a core of ruthenium-based material having a length dimension and a cross-sectional area oriented perpendicular to the length dimension, (2) an interlayer, a refractory metal disposed over an outer surface of the ruthenium-based material core, and (3) a nickel-based alloy cladding over an outer surface of the intermediate layer. The method further opt for hot drawing and annealing of the layer structure, which is repeated as often as necessary to reduce the cross-sectional area of the core of ruthenium-based material by at least 80% to form an elongate layered wire. The intermediate layer and the nickel-based alloy layer are then removed from the ruthenium-based material core to obtain an elongated ruthenium-based material wire.
Ferner ist ein Ruthenium-basiertes Material zur Verwendung in einer Zündkerze offenbart, das mittels einem der vorliegend offenbarten Verfahren hergestellt werden kann.Also disclosed is a ruthenium-based material for use in a spark plug, which can be made by any of the methods disclosed herein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING
Bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:Preferred exemplary embodiments of the invention will be described below in conjunction with the accompanying drawings, wherein like numerals denote like elements, and wherein:
1 eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Zündkerze ist, die das nachstehend beschriebene Elektrodenmaterial verwenden kann; 1 Fig. 12 is a cross-sectional view of an exemplary spark plug which may use the electrode material described below;
2 eine vergrößerte Ansicht des Zündendes der beispielhaften Zündkerze der 1 ist, wobei eine Mittelelektrode eine Zündspitze in der Form eines mehrteiligen Niets aufweist und wobei eine Masseelektrode eine Zündspitze in der Form eines flachen Plättchens aufweist; 2 an enlarged view of the ignition end of the exemplary spark plug of 1 wherein a center electrode has a firing tip in the form of a multi-part rivet, and wherein a ground electrode has a firing tip in the form of a flat plate;
3 eine vergrößerte Ansicht eines Zündendes einer weiteren beispielhaften Zündkerze ist, die das nachstehend beschriebene Elektrodenmaterial verwenden kann, wobei die Mittelelektrode eine Zündspitze in der Form eines einstöckigen Niets aufweist und wobei die Masseelektrode eine Zündspitze in der Form einer zylindrischen Spitze aufweist; 3 an enlarged view of an ignition end of another exemplary spark plug, which can use the electrode material described below, wherein the center electrode has a firing tip in the form of a one-piece rivet and wherein the ground electrode has a firing tip in the form of a cylindrical tip;
4 eine vergrößerte Ansicht eines Zündendes einer weiteren beispielhaften Zündkerze ist, die das nachstehend beschriebene Elektrodenmaterial verwenden kann, wobei die Mittelelektrode eine Zündspitze in der Form einer zylindrischen Spitze aufweist, die in einer Ausnehmung angeordnet ist, und wobei die Masseelektrode keine Zündspitze aufweist; 4 an enlarged view of an ignition end of another exemplary spark plug, which can use the electrode material described below, wherein the center electrode has a firing tip in the form of a cylindrical tip, which is arranged in a recess, and wherein the ground electrode has no firing tip;
5 eine vergrößerte Ansicht eines Zündendes einer weiteren beispielhaften Zündkerze ist, die das nachstehend beschriebene Elektrodenmaterial verwenden kann, wobei die Mittelelektrode eine Zündspitze in der Form einer zylindrischen Spitze aufweist und wobei die Masseelektrode eine Zündspitze in der Form einer zylindrischen Spitze aufweist, die sich von einem axialen Ende der Masseelektrode erstreckt; 5 is an enlarged view of an ignition end of another exemplary spark plug, which can use the electrode material described below, wherein the center electrode has a firing tip in the form of a cylindrical tip and wherein the ground electrode has a firing tip in the form of a cylindrical tip, which is an axial End of the ground electrode extends;
6 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Drahtes – nach einem Warmziehen auf einen Durchmesser von etwa 3 mm –, wobei der Draht einen Kern aus einem Ruthenium-basierten Material aufweist, wobei eine Umhüllung einer Ni-Cr-Al-Legierung den Kern umgibt, und wobei benachbart zu der Schnittstelle zwischen dem Kern und der Umhüllung eine Al-reiche intermetallische Phase ausgebildet ist, die empfindlich für Brüche ist; 6 an enlarged cross-sectional view of a wire - after hot drawing to a diameter of about 3 mm -, wherein the wire has a core made of a ruthenium-based material, wherein a sheath of a Ni-Cr-Al alloy surrounds the core, and adjacent to the interface between the core and the cladding is formed with an Al-rich intermetallic phase sensitive to fractures;
7 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Formen eines Ruthenium-basierten Materials in ein brauchbares Teil für eine Zündvorrichtung darstellt; 7 Fig. 10 is a flowchart illustrating an exemplary method of forming a ruthenium-based material into a useful part for an igniter;
8 eine Darstellung ist, die generell die Transformation eines Kerns aus einem Ruthenium-basierten Material in einen länglichen Draht aus einem Ruthenium-basierten Material zeigt, und zwar gemäß dem in 7 gezeigten Verfahren; 8th FIG. 12 is a diagram generally showing the transformation of a core of a ruthenium-based material into an elongated wire of a ruthenium-based material, according to the method of FIG 7 shown methods;
9 eine generalisierte Darstellung einer Ausführungsform des Kerns aus dem Ruthenium-basierten Material ist, der während des Umformschrittes der 7 gebildet sein kann; 9 is a generalized representation of an embodiment of the core of the ruthenium-based material, during the forming step of the 7 can be formed;
10 eine Querschnittsdarstellung des in 9 gezeigten Kerns aus dem Ruthenium-basierten Material ist; 10 a cross-sectional view of the in 9 shown core of the ruthenium-based material;
11 ein Flussdiagramm ist, das eine beispielhafte Ausführungsform zum Durchführen des Umformungsschrittes der 7 darstellt; 11 FIG. 10 is a flowchart illustrating an exemplary embodiment for performing the reforming step of FIG 7 represents;
12 ein Flussdiagramm ist, das eine beispielhafte Ausführungsform zum Durchführen des Warmverformungsschrittes der 7 darstellt; 12 FIG. 11 is a flowchart illustrating an exemplary embodiment for performing the hot working step of FIG 7 represents;
13 eine generalisierte Teildarstellung eines Kerns aus dem Ruthenium-basierten Material ist, der eine ”faserige” (”fibrous”) Kornstruktur bzw. eine ”Faser”-Kornstruktur aufweist; 13 is a generalized partial representation of a core of the ruthenium-based material having a "fibrous" grain structure and a "fiber" grain structure, respectively;
14 eine Darstellung einer Extrusionsachsen-inversen Polfigur für einen Kern aus einem Ruthenium-basierten Material ist, der eine ”Faser”-Kornstruktur aufweist, die in 13 dargestellt ist; und 14 FIG. 4 is an illustration of an extrusion axis inverse pole figure for a ruthenium-based material core having a "fiber" grain structure incorporated in FIG 13 is shown; and
15 eine generalisierte Darstellung eines Elektrodensegmentes ist, das von einem länglichen Draht aus Ruthenium-basiertem Material abgeschnitten ist, der die ”Faser”-Kornstruktur beinhaltet, die in 13 dargestellt ist. 15 FIG. 4 is a generalized illustration of an electrode segment cut from an elongated wire of ruthenium-based material that includes the "fiber" grain structure incorporated in FIG 13 is shown.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Das vorliegend beschriebene Elektrodenmaterial kann in Zündkerzen und anderen Zündvorrichtungen verwendet werden, einschließlich von industriellen Zündkerzen, Zündeinrichtungen für die Luft- und Raumfahrt, Glühkerzen, oder jeglicher anderer Vorrichtung, die dazu verwendet wird, um ein Luft/Brennstoff-Gemisch in einem Motor zu zünden. Dies beinhaltet, ist jedoch sicherlich nicht hierauf beschränkt, die beispielhaften Zündkerzen, die in der Zeichnung dargestellt sind und die nachstehend beschrieben sind. Ferner versteht sich, dass das Elektrodenmaterial in einer Zündspitze verwendet werden kann, die an einer Mittelelektrode und/oder einer Masseelektrode angebracht ist, oder dass das Elektrodenmaterial in der tatsächlichen Mittelelektrode selbst und/oder in der tatsächlichen Masseelektrode selbst verwendet werden kann, um einige Möglichkeiten zu nennen. Weitere Ausführungsformen und Anwendungen des Elektrodenmaterials sind gleichfalls möglich. Sämtliche vorliegend angegebenen Prozentsätze sind in Gewichtsprozent (Gew.-%) angegeben.The electrode material described herein may be used in spark plugs and other ignition devices, including industrial spark plugs, aerospace igniters, glow plugs, or any other device used to ignite an air / fuel mixture in an engine , This includes, but is certainly not limited to, the exemplary spark plugs shown in the drawings and described below. Further, it is understood that the electrode material may be used in a firing tip attached to a center electrode and / or a ground electrode, or that the electrode material in the actual center electrode itself and / or in the actual ground electrode itself may be used to some extent to call. Other embodiments and applications of the electrode material are also possible. All percentages given herein are in weight percent (wt%).
In den 1 und 2 ist eine beispielhafte Zündkerze 10 gezeigt, die eine Mittelelektrode 12, einen Isolator 14, eine Metallhülle 16 sowie eine Masseelektrode 18 beinhaltet. Die Mittelelektrode bzw. das Basiselektrodenelement 12 ist innerhalb einer Axialbohrung des Isolators 14 angeordnet und weist eine Zündspitze 20 auf, die gegenüber einem freien Ende 22 des Isolators 14 vorsteht. Die Zündspitze 20 ist ein mehrteiliger Niet (”multi-piece rivet”), der eine erste Komponente 32, die aus einem erosions- und/oder korrosionsresistenten Material hergestellt ist, wie das nachstehend beschriebene Elektrodenmaterial, und eine zweite Komponente 34 aufweist, die aus einem Zwischen- bzw. Vermittlungsmaterial hergestellt ist, wie eine Nickellegierung mit hohem Chromanteil (”high-chromium nickel alloy”). Bei dieser besonderen Ausführungsform weist die erste Komponente 32 eine zylindrische Form auf, und die zweite Komponente 34 weist eine gestufte Form auf, die einen vom Durchmesser her vergrößerten Kopfabschnitt und einen vom Durchmesser her verringerten Schaftabschnitt beinhaltet. Die erste und die zweite Komponente 32, 34 können aneinander mittels einer Laserschweißverbindung, einer Widerstandsschweißverbindung oder einer anderen geeigneten Schweißverbindung oder nicht geschweißten Verbindung angebracht sein. Der Isolator 14 ist innerhalb einer Axialbohrung der Metallhülle 16 angeordnet und ist aus einem Material, wie einem Keramikmaterial, konstruiert, das hinreichend ist, um die Mittelelektrode 12 gegenüber der Metallhülle 16 elektrisch zu isolieren. Das freie Ende 22 des Isolators 14 kann gegenüber einem freien Ende 24 der Metallhülle 16 vorstehen, wie gezeigt, oder kann in die Metallhülle 16 zurückgezogen sein. Die Masseelektrode oder das Basiselektrodenelement 18 kann gemäß der herkömmlichen L-förmigen Konfiguration hergestellt bzw. konstruiert sein, die in der Zeichnung gezeigt ist, oder gemäß einer beliebigen anderen Anordnung, und ist an dem freien Ende 24 der Metallhülle 16 angebracht. Gemäß dieser besonderen Ausführungsform beinhaltet die Masseelektrode 18 eine Seitenfläche 26, die der Zündspitze 20 der Mittelelektrode 12 gegenüberliegt und eine Zündspitze 30 daran angebracht aufweist. Die Zündspitze 30 liegt in der Form eines flachen Plättchens vor und definiert mit der Zündspitze 20 der Mittelelektrode eine Funkenstrecke G, derart, dass die Zündspitzen Funkenflächen für die Emission und Rezeption von Elektronen quer über die Funkenstrecke G bereitstellen.In the 1 and 2 is an exemplary spark plug 10 shown a center electrode 12 , an insulator 14 , a metal shell 16 and a ground electrode 18 includes. The center electrode or the base electrode element 12 is inside an axial bore of the insulator 14 arranged and has a firing tip 20 on, facing a free end 22 of the insulator 14 protrudes. The firing tip 20 is a multi-piece rivet ("multi-piece rivet"), which is a first component 32 which is made of an erosion and / or corrosion resistant material, such as the electrode material described below, and a second component 34 which is made of a mediating material, such as a high-chromium nickel alloy (nickel) alloy. In this particular embodiment, the first component 32 a cylindrical shape, and the second component 34 has a stepped shape including a diameter-enlarged head portion and a reduced diameter shaft portion. The first and the second component 32 . 34 may be attached to each other by means of a laser welding connection, a resistance welding connection or another suitable welded connection or non-welded connection. The insulator 14 is within an axial bore of the metal shell 16 is arranged and constructed of a material, such as a ceramic material, which is sufficient to the center electrode 12 opposite the metal shell 16 electrically isolate. The free end 22 of the insulator 14 can face a free end 24 the metal shell 16 protrude as shown, or may be in the metal shell 16 to be withdrawn. The ground electrode or the base electrode element 18 may be made in accordance with the conventional L-shaped configuration shown in the drawing or according to any other arrangement, and is at the free end 24 the metal shell 16 appropriate. According to this particular embodiment, the ground electrode includes 18 a side surface 26 , the firing tip 20 the center electrode 12 opposite and a firing tip 30 attached thereto. The firing tip 30 is in the form of a flat plate and defined with the firing tip 20 the center electrode has a spark gap G such that the firing tips provide sparking surfaces for the emission and reception of electrons across the spark gap G.
Bei dieser besonderen Ausführungsform kann die erste Komponente 32 der Zündspitze 20 der Mittelelektrode und/oder die Zündspitze 30 der Masseelektrode aus dem nachstehend beschriebenen Elektrodenmaterial hergestellt sein; dies sind jedoch nicht die einzigen Anwendungen für das Elektrodenmaterial. Beispielsweise können, wie es in 3 gezeigt ist, die beispielhafte Zündspitze 40 der Mittelelektrode und/oder eine Zündspitze 42 einer Masseelektrode gleichfalls aus dem Elektrodenmaterial hergestellt sein. In diesem Fall ist die Zündspitze 40 der Mittelelektrode ein einstöckiger Niet, und die Zündspitze 42 der Masseelektrode ist eine zylindrische Spitze, die sich von einer Seitenfläche 26 der Masseelektrode um eine beträchtliche Distanz weg erstreckt. Das Elektrodenmaterial kann auch dazu verwendet werden, um die beispielhafte Zündspitze 50 der Mittelelektrode und/oder die Masseelektrode 18 zu bilden, die in 4 gezeigt sind. Bei diesem Beispiel ist die Zündspitze 50 der Mittelelektrode eine zylindrische Komponente, die in einer Ausnehmung oder einem Sackloch 52 angeordnet ist. Die Funkenstrecke G ist zwischen einer Funkenfläche der Zündspitze 50 der Mittelelektrode und einer Seitenfläche 26 der Masseelektrode 18 gebildet, die auch als eine Funkenfläche wirkt. 5 zeigt eine weitere mögliche Anwendung für das Elektrodenmaterial. Hier kann das Elektrodenmaterial dazu verwendet werden, um die zylindrische Zündspitze 60 an einem axialen Ende der Mittelelektrode 12 und/oder die zylindrische Zündspitze 62 an einem axialen Ende der Masseelektrode 18 herzustellen. Die Zündspitze 62 der Masseelektrode bildet bei dieser Ausführungsform eine Funkenstrecke G mit einer Seitenfläche der Zündspitze 60 der Mittelelektrode, und stellt folglich eine etwas andere Zündend-Konfiguration dar als die anderen beispielhaften Zündkerzen, die in der Zeichnung dargestellt sind.In this particular embodiment, the first component 32 the firing tip 20 the center electrode and / or the firing tip 30 the ground electrode may be made of the electrode material described below; however, these are not the only uses for the electrode material. For example, as it may in 3 shown is the exemplary firing tip 40 the center electrode and / or a firing tip 42 a ground electrode also be made of the electrode material. In this case, the firing tip 40 the center electrode is a one-piece rivet, and the firing tip 42 The ground electrode is a cylindrical tip extending from one side surface 26 the ground electrode extends a considerable distance away. The electrode material may also be used to provide the exemplary firing tip 50 the center electrode and / or the ground electrode 18 to form in 4 are shown. In this example, the firing tip is 50 the center electrode is a cylindrical component in a recess or a blind hole 52 is arranged. The spark gap G is between a spark surface of the firing tip 50 the center electrode and a side surface 26 the earth electrode 18 formed, which also acts as a spark surface. 5 shows another possible application for the electrode material. Here, the electrode material can be used to the cylindrical firing tip 60 at an axial end of the center electrode 12 and / or the cylindrical firing tip 62 at an axial end of the ground electrode 18 manufacture. The firing tip 62 In this embodiment, the ground electrode forms a spark gap G with a side surface of the firing tip 60 the center electrode, and thus represents a slightly different Zündend configuration than the other exemplary spark plugs shown in the drawing.
Es ist nochmals anzumerken, dass die oben beschriebenen, nicht einschränkenden Ausführungsformen von Zündkerzen lediglich Beispiele für einige der potentiellen Anwendungen für das Elektrodenmaterial darstellen, da diese in jeder beliebigen Zündspitze, Elektrode, Funkenfläche oder anderen Zündend-Komponente eingesetzt werden kann, die bei der Zündung eines Luft/Brennstoff-Gemisches in einem Motor verwendet wird. Beispielsweise können die folgenden Komponenten aus dem Elektrodenmaterial gebildet werden bzw. hergestellt werden: Mittelelektrode und/oder Masseelektrode; Zündspitzen von Mittelelektrode und/oder Masseelektrode, die in der Form von Nieten, Zylindern, Stangen, Säulen, Drähten, Kugeln, Hügeln, Kegeln, flachen Plättchen, Scheiben, Ringen, Hülsen etc. vorliegen; Zündspitzen von Mittelelektrode und/oder Masseelektrode, die direkt an einer Elektrode angebracht sind, oder indirekt an einer Elektrode angebracht sind, und zwar über eine oder mehrere Zwischenschichten, Vermittlungsschichten oder stressreduzierenden Schichten; Zündspitzen von Mittelelektrode und/oder Masseelektrode, die innerhalb einer Ausnehmung einer Elektrode angeordnet sind, die in einer Oberfläche einer Elektrode eingebettet sind, oder die an einer Außenseite einer Elektrode wie einer Hülse oder einer anderen ringförmigen Komponente angeordnet sind; oder Zündkerzen mit mehrfachen Masseelektroden, mehrfachen Funkenstrecken oder Funkenstrecken vom halbkriechenden Typ (”semi-creeping type”). Dies sind lediglich einige Beispiele der möglichen Anwendungen des Elektrodenmaterials, andere Anwendungen existieren gleichermaßen. Der Begriff ”Elektrode”, wie er vorliegend verwendet wird, kann unabhängig davon, ob er sich auf eine Mittelelektrode, eine Masseelektrode, eine Zündkerzenelektrode etc. bezieht, ein Basiselektrodenelement selbst beinhalten, eine Zündspitze selbst beinhalten, oder eine Kombination eines Basiselektrodenelementes und einer oder mehrerer Zündspitzen beinhalten, die daran angebracht ist, um einige Möglichkeiten zu nennen.It should again be noted that the non-limiting embodiments of spark plugs described above are merely examples of some of the potential applications for the electrode material, since these can be used in any firing tip, electrode, spark surface, or other firing component used in ignition an air / fuel mixture is used in an engine. For example, the following components may be formed of the electrode material: center electrode and / or ground electrode; Firing tips of center electrode and / or ground electrode, which are in the form of rivets, cylinders, rods, pillars, wires, spheres, hills, cones, flat platelets, disks, rings, sleeves, etc .; Firing tips of center electrode and / or ground electrode attached directly to an electrode or indirectly attached to an electrode via one or more intermediate layers, network layers or stress reducing layers; Firing tips of center electrode and / or ground electrode disposed within a recess of an electrode embedded in a surface of an electrode or disposed on an outer side of an electrode such as a sleeve or other annular component; or spark plugs with multiple ground electrodes, multiple spark gaps, or semi-creeping type spark gaps. These are just a few examples of possible applications of the electrode material, other applications exist equally. The term "electrode" as used herein, whether referring to a center electrode, a ground electrode, a spark plug electrode, etc., may include a base electrode element itself, a firing tip itself, or a combination of a base electrode element and a or multiple firing tips attached to it, to name a few options.
Das Elektrodenmaterial ist ein Ruthenium-basiertes Material. Der Begriff ”Ruthenium-basiertes Material”, wie er vorliegend verwendet wird, beinhaltet im weitesten Sinne jedes Material, bei dem Ruthenium (Ru) der größte einzelne Bestandteil auf einer Basis von Gewichtsprozent ist. Dies kann Materialien beinhalten, die mehr als 50 Gew.-% Ruthenium beinhalten, als auch solche, die weniger als 50 Gew.-% beinhalten, solange Ruthenium der größte einzelne Bestandteil ist. Eines oder mehrere zusätzliche Edelmetalle (Ruthenium wird auch als ein Edelmetall angesehen) können in dem Ruthenium-basierten Material ebenfalls enthalten sein. Einige Beispiele von geeigneten zusätzlichen Edelmetallen sind Rhodium (Rh), Iridium (Ir), Platin (Pt), Palladium (Pd), Gold (Au) sowie Kombinationen hiervon. Weitere mögliche Bestandteile des Ruthenium-basierten Materials sind ein oder mehrere hochschmelzende Metalle (”refractory metals”). Einige geeignete hochschmelzende Metalle, die in dem Ruthenium-basierten Material enthalten sein können, sind unter anderem Rhenium (Re), Wolfram (W) sowie eine Kombination von Rhenium und Wolfram. Es ist gleichfalls möglich, dass das Ruthenium-basierte Material eines oder mehrere Seltenerdmetalle oder aktive Elemente beinhaltet, wie Yttrium (Y), Hafnium (Hf), Scandium (Sc), Zirconium (Zr), Lanthan (La), Cerium (Ce), und/oder andere Bestandteile. Das Ruthenium-basierte Material muss außer Ruthenium nicht notwendigerweise irgendeines oder sämtliche der gerade erwähnten Arten von Metallen beinhalten (beispielsweise sind die zusätzlichen Edelmetalle, hochschmelzende Metalle und Seltenerdmetalle optional); das Material kann lediglich eines jener Typen von Metallen beinhalten, eine Kombination von zwei oder mehr jener Typen von Metallen, sämtliche jener Typen von Metallen, oder keines dieser Typen von Metallen, wie es sich für den Fachmann erkennen lässt.The electrode material is a ruthenium-based material. The term "ruthenium-based material" as used herein broadly includes any material in which ruthenium (Ru) is the largest single weight percent ingredient. This may include materials containing more than 50 weight percent ruthenium as well as those containing less than 50 weight percent as long as ruthenium is the largest single component. One or more additional noble metals (ruthenium is also considered a noble metal) may also be included in the ruthenium-based material. Some examples of suitable additional noble metals are rhodium (Rh), iridium (Ir), platinum (Pt), palladium (Pd), gold (Au), and combinations thereof. Other possible constituents of the ruthenium-based material are one or more refractory metals. Some suitable refractory metals that may be included in the ruthenium-based material include rhenium (Re), tungsten (W), and a combination of rhenium and tungsten. It is also possible that the ruthenium-based material includes one or more rare earth metals or active elements, such as yttrium (Y), hafnium (Hf), scandium (Sc), zirconium (Zr), lanthanum (La), cerium (Ce) , and / or other ingredients. The ruthenium-based material need not necessarily include any or all of the just mentioned types of metals other than ruthenium (for example, the additional precious metals, refractory metals, and rare earth metals are optional); the material may include only one of those types of metals, a combination of two or more of those types of metals, any of those types of metals, or any of these types of metals, as will be apparent to those skilled in the art.
Die folgenden Ausführungsformen sind Beispiele von unterschiedlichen Ruthenium-basierten Materialien, aus denen sich beliebige der Elektroden oder Elektrodenkomponenten, die in 1 bis 5 gezeigt sind, als auch andere, nicht speziell gezeigte Komponenten, herstellen lassen. Es versteht sich, dass diese beispielhaften Ruthenium-basierten Materialien keine ausschließliche bzw. abschließende Liste sämtlicher solcher Ausführungsformen darstellen sollen, da auch andere Ausführungsformen möglich sind, und dass andere Bestandteile, die nicht speziell erwähnt sind, gleicherweise vorhanden sein können. Ein Periodensystem, das von der ”International Union of Pure and Applied Chemistry” (IUPAC) veröffentlicht ist, ist als Addendum A vorgesehen (nachstehend das ”beigefügte Periodensystem”) und ist in Verbindung mit der vorliegenden Anmeldung zu verwenden.The following embodiments are examples of different ruthenium-based materials that make up any of the electrodes or electrode components used in the art 1 to 5 and other components not specifically shown. It should be understood that these exemplary ruthenium-based materials are not an exclusive list of all of such embodiments, as other embodiments are possible, and that other components that are not specifically mentioned may equally exist. A periodic table published by the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) is provided as Addendum A (hereinafter the "attached Periodic Table") and is to be used in conjunction with the present application.
Das Ruthenium-basierte Material kann Ruthenium und ein zusätzliches Edelmetall aufweisen, wie z. B. wenigstens ein Metall von Rhodium, Iridium, Platin, Palladium, Gold oder Kombinationen hiervon. Jedes der folgenden Legierungssysteme kann geeignet sein: Ru-Rh, Ru-Ir, Ru-Pt, Ru-Pd, Ru-Au, Ru-Rh-Ir, Ru-Rh-Pt, Ru-Rh-Pd, Ru-Rh-Au, Ru-Ir-Pt, Ru-Ir-Pd und Ru-Ir-Au. Einige spezielle nichteinschränkende Beispiele von potentiellen Zusammensetzungen für das Ruthenium-basierte Material beinhalten (die folgenden Zusammensetzungen sind in Gew.-% angegeben, und Ru bildet den Rest (”balance”)): Ru-(1-45)Rh; Ru-(1-45)Ir; Ru-(1-45)Pt; Ru-(1-45)Pd; Ru-(1-45)Au; Ru-(1-20)Rh-(1-20)Ir; Ru-(1-20)Rh-(1-20)Pt; Ru-(1-20)Rh-(1-20)Pd; Ru-(1-20)Rh-(1-20)Au; Ru-(1-20)Ir-(1-20)Pt; Ru-(1-20)Ir-(1-20)Pd; Ru-(1-20)Ir-(1-20)Au; Ru-(1-20)Pt-(1-20)Pd; Ru-(1-20)Pt-(1-20)Au; Ru-(1-20)Pd-(1-20)Au; Ru-45Rh; Ru-40Rh; Ru-30Rh; Ru-25Rh; Ru-20Rh; Ru-15Rh; Ru-10Rh; Ru-5Rh; Ru-2Rh; Ru-1Rh; Ru-45Ir; Ru-40Ir; Ru-35Ir; Ru-30Ir; Ru-25Ir; Ru-20Ir; Ru-15Ir; Ru-10Ir; Ru-5Ir; Ru-2Ir; Ru-1Ir; Ru-45Pt; Ru-40Pt; Ru-35Pt; Ru-30Pt; Ru-25Pt; Ru-20Pt; Ru-15Pt; Ru-10Pt; Ru-5Pt; Ru-2Pt; Ru-1Pt; Ru-35Rh-20Ir; Ru-35Rh-20Pt; Ru-35Ir-20Rh; Ru-35Ir-20Pt; Ru-35Pt-20Rh; Ru-35Pt-20Ir; Ru-25Rh-20Ir; Ru-25Rh-20Pt; Ru-25Ir-20Rh; Ru-25Ir-20Pt; Ru-25Pt-20Rh; Ru-25Pt-20Ir; Ru-20Rh-20Ir; Ru-20Rh-20Pt; Ru-20Ir-20Pt; Ru-15Rh-15Ir; Ru-15Rh-15Pt; Ru-15Ir-15Pt; Ru-10Rh-10Ir; Ru-10Rh-10Pt; und Ru-10Ir-10Pt.The ruthenium-based material may include ruthenium and an additional precious metal, such as. At least one metal of rhodium, iridium, platinum, palladium, gold or combinations thereof. Any of the following alloy systems may be suitable: Ru-Rh, Ru-Ir, Ru-Pt, Ru-Pd, Ru-Au, Ru-Rh-Ir, Ru-Rh-Pt, Ru-Rh-Pd, Ru-Rh- Au, Ru-Ir-Pt, Ru-Ir-Pd and Ru-Ir-Au. Some specific non-limiting examples of potential compositions for the ruthenium-based material include (the following compositions are in weight percent and Ru forms the balance): Ru- (1-45) Rh; Ru- (1-45) Ir; Ru- (1-45) Pt; Ru- (1-45) Pd; Ru- (1-45) Au; Ru- (1-20) Rh- (1-20) Ir; Ru- (1-20) Rh- (1-20) Pt; Ru- (1-20) Rh- (1-20) Pd; Ru (1-20) Rh (1-20) Au; Ru (1-20) Ir (1-20) Pt; Ru (1-20) Ir (1-20) Pd; Ru (1-20) Ir (1-20) Au; Ru- (1-20) Pt- (1-20) Pd; Ru (1-20) Pt (1-20) Au; Ru (1-20) Pd (1-20) Au; Ru 45Rh; Ru-40RH; Ru 30Rh; Ru-25RH; Ru-20RH; Ru 15Rh; Ru 10Rh; Ru 5Rh; Ru 2Rh; Ru 1RH; Ru 45Ir; Ru 40Ir; Ru 35Ir; Ru-30IR; Ru 25Ir; Ru 20Ir; Ru 15Ir; Ru-10IR; Ru 5IR; Ru 2Ir; Ru 1Ir; Ru 45Pt; Ru 40pt; Ru 35Pt; Ru 30pt; Ru 25Pt; Ru 20pt; Ru 15pt; Ru 10Pt; Ru 5Pt; Ru 2 Peter; Ru-1 Pet; Ru 35Rh-20Ir; Ru 35Rh-20pt; Ru 35Ir-20RH; Ru 35Ir-20pt; Ru 35Pt-20RH; Ru 35Pt-20Ir; Ru-25RH-20Ir; Ru-25RH-20pt; Ru 25Ir-20RH; Ru 25Ir-20pt; Ru 25Pt-20RH; Ru 25Pt-20Ir; Ru-20RH-20Ir; Ru-20RH-20pt; Ru 20Ir-20pt; Ru 15Rh-15Ir; Ru 15Rh-15pt; Ru 15Ir-15pt; Ru 10Rh 10IR; Ru 10Rh 10Pt; and Ru-10Ir-10Pt.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Ruthenium-basierte Material Ruthenium und wenigstens ein hochschmelzendes Metall wie Rhenium, Wolfram oder eine Kombination von Rhenium oder Wolfram aufweisen. In dem Ruthenium-basierten Material ist vorzugsweise Rhenium beliebig in einem Bereich von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-% enthalten, Wolfram beliebig in einem Bereich von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, oder eine beliebige Kombination von Rhenium und Wolfram in einem Bereich von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, wenn beide vorhanden sind. Rhenium und Wolfram haben Schmelzpunkte, die bemerkenswert höher sind als jener von Ruthenium; demzufolge kann das Hinzugeben von einem oder beiden dieser Materialien zu dem Ruthenium-basierten Material die gesamte Schmelztemperatur des Materials erhöhen. Der Schmelzpunkt von Rhenium liegt etwa bei 3180°C, und jener von Wolfram bei etwa 3410°C. Wie es sich für Fachleute erkennen lässt, sind Elektrodenmaterialien, die hohe Schmelztemperaturen haben, generell resistenter gegenüber einer elektrischen Erosion in Zündkerzen, Zündvorrichtungen und anderen Anwendungen, bei denen diese Umgebungen ähnlich hoher Temperatur ausgesetzt sind.In another embodiment, the ruthenium-based material may include ruthenium and at least one refractory metal such as rhenium, tungsten, or a combination of rhenium or tungsten. In the ruthenium-based material, preferably, rhenium is arbitrarily contained in a range of about 0.1 wt% to about 10 wt%, tungsten arbitrary in a range of about 0.1 wt% to about 10 wt%. %, or any combination of rhenium and tungsten, in a range of from about 0.1% to about 10% by weight, when both are present. Rhenium and tungsten have melting points which are remarkably higher than that of ruthenium; Accordingly, adding one or both of these materials to the ruthenium-based material can increase the overall melting temperature of the material. The melting point of rhenium is about 3180 ° C, and that of tungsten at about 3410 ° C. As will be understood by those skilled in the art, electrode materials that have high melting temperatures are generally more resistant to electrical erosion in spark plugs, ignitors, and other applications where these environments are exposed to similarly high temperatures.
Die Aufnahme von Rhenium und/oder Wolfram kann das Elektrodenmaterial mit anderen gewünschten Attributen ausstatten, wie eine verbesserte Duktilität und eine bessere Steuerung des Kornwachstums, und zwar aufgrund einer erhöhten Rekristallisationstemperatur. Die Aufnahme von Rhenium und/oder Wolfram kann die Duktilität des Ruthenium-basierten Materials verbessern, indem die Löslichkeit einiger Zwischengitterkomponenten (wie Stickstoff (N), Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O), Schwefel (S), Phosphor (P), etc.) in Bezug auf das Ruthenium erhöht wird. Eine Beeinflussung der Löslichkeit der Zwischengitterelemente auf diese Art und Weise kann dazu beitragen, dass die Zwischengitterelemente sich nicht an Korngrenzen mit niedriger Energie ansammeln (”keep from congregating”), was wiederum das Ruthenium-basierte Material duktiler und bearbeitbarer machen kann, insbesondere bei Metallumformprozessen bei hoher Temperatur, und kann zu einer geringeren Empfindlichkeit gegenüber Erosion aufgrund von Kornspaltung (”grain cleavage”) führen. Obgleich Ruthenium-basierte Materialien hergestellt werden könnten, die ein Material von Rhenium oder Wolfram beinhalten, jedoch nicht beide, kann die Hinzufügung von sowohl Rhenium als auch Wolfram in dem Ruthenium-basierten Material einen synergistischen Effekt haben, der zu einer Verbesserung der Duktilität führt.The inclusion of rhenium and / or tungsten can provide the electrode material with other desired attributes, such as improved ductility and better grain growth control, due to increased recrystallization temperature. The inclusion of rhenium and / or tungsten can improve the ductility of the ruthenium-based material by increasing the solubility of some interstitial components (such as nitrogen (N), carbon (C), oxygen (O), sulfur (S), phosphorus (P), etc.) with respect to the ruthenium. Influencing the solubility of the interstitial elements in this manner may help to ensure that the interstitial elements do not accumulate at low energy grain boundaries ("keep from congregating"), which in turn may render the ruthenium-based material more ductile and workable, particularly in metal forming processes at high temperature, and may result in less sensitivity to erosion due to grain cleavage. Although ruthenium-based materials containing a material of rhenium or tungsten may be prepared, but not both, the addition of both rhenium and tungsten in the ruthenium-based material may have a synergistic effect leading to an improvement in ductility.
Das Vorhandensein von Rhenium und Wolfram kann die Rekristallisationstemperatur des Ruthenium-basierten Materials um 50°C bis 100°C verbessern, und zwar aufgrund der relativ hohen Schmelzpunkte dieser zwei Metalle. Eine Erhöhung der Rekristallisationstemperatur kann dabei hilfreich sein, das Kornwachstum während gewisser Warmumformungsprozesse (”hot forming processes”) zu steuern, wie Sintern, Glühen, Warmgesenkschmieden (”hot swaging”), Warmextrudieren, Warmziehen, und zwar selbst während der Verwendung in einer Zündkerze bei hohen Temperaturen. Beispielsweise kann die Rekristallisationstemperatur des Ruthenium-basierten Materials, wenn wenigstens ein Element von Rhenium und Wolfram hinzugefügt ist, oberhalb von 1400°C liegen. Eine derartige Erhöhung der Rekristallisationstemperatur stellt ein großeres Temperaturfenster bereit, innerhalb dessen Warm-Metallumformprozesse durchgeführt werden können – beispielsweise zur Herstellung eines Drahtes, aus dem sich jede der in den 1 bis 5 gezeigten Zündspitzen ableiten lässt – ohne ein Kornwachstum in der Kornstruktur des Ruthenium-basierten Materials zu induzieren. Die Fähigkeit zur Warmverformung des Ruthenium-basierten Materials, ohne dass dieses ein Kornwachstum erfährt, kann aus verschiedenen Gründen hilfreich sein, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, die Erhaltung einer gewünschten Kornstruktur und die Linderung einer Brucheinleitung und -ausbreitung. Der Begriff ”Kornwachstum”, wie er vorliegend verwendet wird, bezieht sich auf das Wachstum im Volumen des Korns während einiger Arten von Metallbearbeitungsprozessen bei hoher Temperatur. Vergrößerte Dimensionsänderungen des Korns, wie während eines Warmziehprozesses des Ruthenium-basierten Materials, bei dem die Körner entlang der Elongationsachse länglicher werden, werden nicht als ”Kornwachstum” angesehen, wenn das gesamte Volumen des Korns relativ gesehen konstant bleibt.The presence of rhenium and tungsten can improve the recrystallization temperature of the ruthenium-based material by 50 ° C to 100 ° C, due to the relatively high melting points of these two metals. Increasing the recrystallization temperature may help control grain growth during certain hot forming processes, such as sintering, annealing, hot swaging, hot extruding, hot drawing, even during use in a spark plug at high temperatures. For example, if at least one element of rhenium and tungsten is added, the recrystallization temperature of the ruthenium-based material may be above 1400 ° C. Such an increase in the recrystallization temperature provides a larger temperature window within which hot metal forming processes can be carried out - for example, to produce a wire making up each of them 1 to 5 derived ignition peaks - without inducing grain growth in the grain structure of the ruthenium-based material. The ability to thermoform the ruthenium-based material without causing grain growth It may be helpful for a variety of reasons, including, but not limited to, maintaining a desired grain structure and alleviating fracture initiation and propagation. The term "grain growth" as used herein refers to the growth in the volume of the grain during some types of high temperature metal working processes. Increased dimensional changes of the grain, such as during a hot drawing process of the ruthenium-based material, in which the grains become elongated along the elongation axis, are not considered "grain growth" if the overall volume of the grain remains relatively constant.
Einige Ausführungsformen des Ruthenium-basierten Materials, die wenigstens ein hochschmelzendes Metall aufweisen, beinhalten Ruthenium in einem Bereich von etwa 40 Gew.-% bis etwa 99,9 Gew.-% sowie Rhenium in einem Bereich von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, Wolfram in einem Bereich von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, oder Kombinationen von Rhenium und Wolfram in einem Bereich von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%. Einige nichteinschränkende Beispiele von potentiellen Zusammensetzungen beinhalten (in den folgenden Zusammensetzungen bildet Ru den Rest): Ru-10Re; Ru-5Re; Ru-2Re; Ru-1Re; Ru-0,5Re; Ru-0,1Re; Ru-10W; Ru-5W; Ru-2W; Ru-1W; Ru-0,5W; Ru-0,1W; Ru-9Re-1 W, Ru-8Re-2W, Ru-7Re-3W, Ru-6Re-4W, Ru-5Re-5W, Ru-4Re-6W, Ru-3Re-7W, Ru-2Re-8W, Ru-1Re-9W, Ru-4Re-4W, Ru-3Re-3W, Ru-2Re-2W, Ru-1Re-1W, Ru-0,5Re-0,5W und Ru-0,1Re-0,1W. Ein beispielhaftes Ruthenium-basiertes Material, das in Anwendungen von Zündkerzen besonders brauchbar sein kann, ist Ru-(0,1-5)Re-(0,1-5)W, wie Ru-1Re-1W, andere Zusammensetzungen sind jedoch gewiss möglich. In einer Anzahl von beispielhaften Ruthenium-basierten Materialien, wie sie oben gerade erwähnt worden sind, als auch wie solche, die nachstehend beschrieben sind, ist das Verhältnis von Rhenium zu Wolfram 1:1. Dieses Verhältnis ist jedoch nicht erforderlich. Andere Verhältnisse können natürlich auch verwendet werden.Some embodiments of the ruthenium-based material comprising at least one refractory metal include ruthenium in a range of about 40% to about 99.9% by weight and rhenium in a range of about 0.1% by weight. to about 10 wt.%, tungsten in a range of about 0.1 wt.% to about 10 wt.%, or combinations of rhenium and tungsten in a range of about 0.1 wt.% to about 10 wt .-%. Some non-limiting examples of potential compositions include (in the following compositions, Ru is the residue): Ru-10 Re; Ru 5RE; Ru 2Re; Ru 1Re; Ru 0,5Re; Ru 0,1Re; Ru-10W; Ru-5W; Ru-2W; Ru-1W; Ru 0.5W; Ru 0.1W; Ru-9Re-1W, Ru-8Re-2W, Ru-7Re-3W, Ru-6Re-4W, Ru-5Re-5W, Ru-4Re-6W, Ru-3Re-7W, Ru-2Re-8W, Ru -1Re-9W, Ru-4Re-4W, Ru-3Re-3W, Ru-2Re-2W, Ru-1Re-1W, Ru-0.5Re-0.5W and Ru-0.1Re-0.1W. An exemplary ruthenium-based material that may be particularly useful in spark plug applications is Ru- (0.1-5) Re- (0.1-5) W, such as Ru-1Re-1W, but other compositions are certain possible. In a number of exemplary ruthenium-based materials as just mentioned above, as well as those described below, the ratio of rhenium to tungsten is 1: 1. However, this ratio is not required. Of course, other ratios can also be used.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Ruthenium-basierte Material Ruthenium, ein zusätzliches Edelmetall und wenigstens ein hochschmelzendes Metall beinhalten. Das Ruthenium-basierte Material kann Ruthenium in einem Bereich von etwa 40 Gew.-% bis etwa 99,9 Gew.-% beinhalten, ein zusätzliches Edelmetall – ein anderes als Ruthenium – in einem Bereich von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-%, sowie wenigstens ein hochschmelzendes Metall in einem Bereich von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, vorausgesetzt, dass Ruthenium nach wie vor der größte einzelne Bestandteil ist. Einige Beispiele von geeigneten Ruthenium-basierten Materialien mit einem zusätzlichen Edelmetall und wenigstens einem hochschmelzenden Metall beinhalten die folgenden Legierungssysteme, bei denen sämtlich Ruthenium als der größte einzelne Bestandteil enthalten ist: Ru-Rh-Re, Ru-Rh-W, Ru-Ir-Re, Ru-Ir-W, Ru-Pt-Re, Ru-Pt-W, Ru-Pd-Re, Ru-Pd-W, Ru-Au-Re, Ru-Au-W, Ru-Rh-Re-W, Ru-Ir-Re-W, Ru-Pt-Re-W, Ru-Pd-Re-W, sowie Ru-Au-Re-W.In another embodiment, the ruthenium-based material may include ruthenium, an additional noble metal, and at least one refractory metal. The ruthenium-based material may include ruthenium in a range of about 40% to about 99.9% by weight, an additional noble metal - other than ruthenium - in a range of about 0.1% to about about 40 weight percent, and at least one refractory metal in a range of about 0.1 weight percent to about 10 weight percent, provided that ruthenium is still the largest single component. Some examples of suitable ruthenium-based materials with an additional noble metal and at least one refractory metal include the following alloy systems, all of which contain ruthenium as the largest single constituent: Ru-Rh-Re, Ru-Rh-W, Ru-Ir, Re, Ru-Ir-W, Ru-Pt-Re, Ru-Pt-W, Ru-Pd-Re, Ru-Pd-W, Ru-Au-Re, Ru-Au-W, Ru-Rh-Re W, Ru-Ir-Re-W, Ru-Pt-Re-W, Ru-Pd-Re-W, and Ru-Au-Re-W.
Einige spezifische Beispiele von potentiellen Zusammensetzungen gemäß der gerade beschriebenen Ausführungsform beinhalten (in der nachstehenden Zusammensetzung bildet Ru den Rest, und die Bezeichnung Re/W bedeutet eine Kombination von Rhenium und Wolfram, bei der der entsprechende numerische Prozentsatz sich auf die Gesamtkombination bezieht): Ru-(0,1-40)Rh-(0,1-10)Re, Ru-(0,1-40)Rh-(0,1-10)W, Ru-(0,1-40)Rh-(0,1-10)Re/W, Ru-40Rh-(0,1-10)Re/W, Ru-30Rh-(0,1-10)Re/W, Ru-20Rh-(0,1-10)Re/W, Ru-15Rh-(0,1-10)Re/W, Ru-10Rh-(0,1-10)Re/W, Ru-5Rh-(0,1-10)Re/W, Ru-2Rh-(0,1-10)Re/W, Ru-1Rh-(0,1-10)Re/W, Ru-40Ir-(0,1-10)Re/W, Ru-30Ir-(0,1-10)Re/W, Ru-20Ir-(0,1-10)Re/W, Ru-15Ir-(0,1-10)Re/W, Ru-10Ir-(0,1-10)Re/W, Ru-5Ir-(0,1-10)Re/W, Ru-2Ir-(0,1-10)Re/W, Ru-1Ir-(0,1-10)Re/W, Ru-40Pt-(0,1-10)Re/W, Ru-30Pt-(0,1-10)Re/W, Ru-20Pt-(0,1-10)Re/W, Ru-15Pt-(0,1-10)Re/W, Ru-10Pt-(0,1-10)Re/W, Ru-5Pt-(0,1-10)Re/W, Ru-2Pt-(0,1-10)Re/W, Ru-1Pt-(0,1-10)Re/W, Ru-40Pd-(0,1-10)Re/W, Ru-30Pd-(0,1-10)Re/W, Ru-20Pd-(0,1-10)Re/W, Ru-15Pd-(0,1-10)Re/W, Ru-10Pd-(0,1-10)Re/W, Ru-5Pd-(0,1-10)Re/W, Ru-2Pd-(0,1-10)Re/W, Ru-1Pd-(0,1-10)Re/W, Ru-40Au-(0,1-10)Re/W, Ru-30Au-(0,1-10)Re/W, Ru-20Au-(0,1-10)Re/W, Ru-15Au-(0,1-10)Re/W, Ru-10Au-(0,1-10)Re/W, Ru-5Au-(0,1-10)Re/W, Ru-2Au-(0,1-10)Re/W, und Ru-1Au-(0,1-10)Re/W. Einige beispielhafte Ruthenium-basierte Materialien, die in Anwendungen von Zündkerzen besonders brauchbar sein können, sind Ru-(0,5-5)Rh-Re(0,1-5), wie Ru-5Rh-1Re, Ru-(0,5-5)Rh-(0,1-5)W, wie Ru-5Rh-1W, und Ru-(0,5-5)Rh-(0,1-5)Re/W, wie Ru-5Rh-1Re-1W. Andere Zusammensetzungen sind natürlich gleichfalls möglich.Some specific examples of potential compositions according to the embodiment just described include (in the following composition Ru forms the balance, and the term Re / W means a combination of rhenium and tungsten in which the corresponding numerical percentage relates to the overall combination): Ru - (0.1-40) Rh- (0.1-10) Re, Ru (0.1-40) Rh- (0.1-10) W, Ru (0.1-40) Rh- (0.1-10) Re / W, Ru-40Rh- (0.1-10) Re / W, Ru-30Rh- (0.1-10) Re / W, Ru-20Rh- (0.1- 10) Re / W, Ru-15Rh- (0.1-10) Re / W, Ru-10Rh- (0.1-10) Re / W, Ru-5Rh- (0.1-10) Re / W , Ru-2Rh- (0.1-10) Re / W, Ru-1Rh- (0.1-10) Re / W, Ru-40Ir- (0.1-10) Re / W, Ru-30Ir- (0.1-10) Re / W, Ru-20Ir- (0.1-10) Re / W, Ru-15Ir- (0.1-10) Re / W, Ru-10Ir- (0.1- 10) Re / W, Ru-5Ir- (0.1-10) Re / W, Ru-2Ir- (0.1-10) Re / W, Ru-1Ir- (0.1-10) Re / W , Ru-40Pt- (0.1-10) Re / W, Ru-30Pt- (0.1-10) Re / W, Ru-20Pt- (0.1-10) Re / W, Ru-15Pt- (0.1-10) Re / W, Ru-10Pt- (0.1-10) Re / W, Ru-5Pt- (0.1-10) Re / W, Ru-2Pt- (0.1- 10) Re / W, Ru-1Pt- (0.1-10) Re / W, Ru-40Pd- (0.1-10) Re / W, Ru-30Pd- (0.1-10) Re / W , Ru-20Pd- 0.1-10) Re / W, Ru-15Pd (0.1-10) Re / W, Ru-10Pd (0.1-10) Re / W, Ru-5Pd (0.1-10 Re / W, Ru-2Pd- (0.1-10) Re / W, Ru-1Pd- (0.1-10) Re / W, Ru-40Au- (0.1-10) Re / W, Ru-30Au- (0.1-10) Re / W, Ru-20Au- (0.1-10) Re / W, Ru-15Au- (0.1-10) Re / W, Ru-10Au- 0.1-10) Re / W, Ru-5Au (0.1-10) Re / W, Ru-2Au (0.1-10) Re / W, and Ru-1Au (0.1- 10) Re / W. Some exemplary ruthenium-based materials that may be particularly useful in spark plug applications are Ru- (0.5-5) Rh-Re (0.1-5), such as Ru-5Rh-1Re, Ru (0, 5-5) Rh- (0.1-5) W, such as Ru-5Rh-1W, and Ru (0.5-5) Rh- (0.1-5) Re / W, such as Ru-5Rh- 1re-1W. Of course, other compositions are also possible.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Ruthenium-basierte Material Ruthenium, ein erstes zusätzliches Edelmetall, ein zweites zusätzliches Edelmetall und wenigstens ein hochschmelzendes Metall beinhalten. Das Ruthenium-basierte Material kann Ruthenium in einem Bereich von etwa 40 Gew.-% bis etwa 99,9 Gew.-% beinhalten, ein erstes zusätzliches Edelmetall – außer Ruthenium – in einem Bereich von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-%, ein zweites zusätzliches Edelmetall – außer dem Ruthenium und dem ersten zusätzlichen Edelmetall – in einem Bereich von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-%, sowie ein hochschmelzendes Metall in einem Bereich von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, vorausgesetzt, dass Ruthenium nach wie vor der größte einzelne Bestandteil ist. Einige Beispiele von geeigneten Ruthenium-basierten Materialien, die zwei zusätzliche Edelmetalle und wenigstens ein hochschmelzendes Metall besitzen, beinhalten die folgenden Legierungssysteme: Ru-Rh-Ir-Re, Ru-Rh-Ir-W, Ru-Rh-Ir-Re-W, Ru-Rh-Pt-Re, Ru-Rh-Pt-W, Ru-Rh-Pt-Re-W, Ru-Rh-Pd-Re, Ru-Rh-Pd-W, Ru-Rh-Pd-Re-W, Ru-Rh-Au-Re, Ru-Rh-Au-W, Ru-Rh-Au-Re-W, Ru-Ir-Pt-Re, Ru-Ir-Pt-W, Ru-Ir-Pt-Re-W, Ru-Ir-Pd-Re, Ru-Ir-Pd-W, Ru-Ir-Pd-Re-W, Ru-Ir-Au-Re, Ru-Ir-Au-W, Ru-Ir-Au-Re-W, Ru-Pt-Pd-Re, Ru-Pt-Pd-W, Ru-Pt-Pd-Re-W, Ru-Pt-Au-Re, Ru-Pt-Au-W, Ru-Pt-Au-Re-W, Ru-Pd-Au-R, Ru-Pd-Au-W, und Ru-Pd-Au-Re-W, bei denen Ruthenium jeweils als der größte einzelne Bestandteil enthalten ist.In another embodiment, the ruthenium-based material may include ruthenium, a first additional noble metal, a second additional noble metal, and at least one refractory metal. The ruthenium-based material may include ruthenium in a range of about 40% to about 99.9% by weight, a first additional noble metal, other than ruthenium, in a range of about 0.1% to about 40 wt%, a second additional noble metal except the ruthenium and the first additional noble metal in a range of about 0.1 wt% to about 40 wt%, and a refractory metal in a range of about 0 , 1 wt% to about 10 wt%, provided that ruthenium is still the largest single constituent. Some examples of suitable ruthenium-based Materials having two additional precious metals and at least one refractory metal include the following alloy systems: Ru-Rh-Ir-Re, Ru-Rh-Ir-W, Ru-Rh-Ir-Re-W, Ru-Rh-Pt- Re, Ru-Rh-Pt-W, Ru-Rh-Pt-Re-W, Ru-Rh-Pd-Re, Ru-Rh-Pd-W, Ru-Rh-Pd-Re-W, Ru-Rh Au-Re, Ru-Rh-Au-W, Ru-Rh-Au-Re-W, Ru-Ir-Pt-Re, Ru-Ir-Pt-W, Ru-Ir-Pt-Re-W, Ru Ir-Pd-Re, Ru-Ir-Pd-W, Ru-Ir-Pd-Re-W, Ru-Ir-Au-Re, Ru-Ir-Au-W, Ru-Ir-Au-Re-W, Ru-Pt-Pd-Re, Ru-Pt-Pd-W, Ru-Pt-Pd-Re-W, Ru-Pt-Au-Re, Ru-Pt-Au-W, Ru-Pt-Au-Re W, Ru-Pd-Au-R, Ru-Pd-Au-W, and Ru-Pd-Au-Re-W, each containing ruthenium as the largest single constituent.
Einige spezifische Beispiele des Ruthenium-basierten Materials gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhalten (in den folgenden Zusammensetzungen bildet Ru den Rest, und die Bezeichnung Re/W bedeutet eine Kombination von Rhenium und Wolfram, wobei der entsprechende numerische Prozentsatz sich auf die Gesamtkombination bezieht): Ru-30Rh-30Ir-(0,1-10)Re, Ru-30Rh-30Ir-(0,1-10)W, Ru-30Rh-30Ir-(0,1-10)Re/W, Ru-20Rh-20Ir-(0,1-10)Re, Ru-20Rh-20Ir-(0,1-10)W, Ru-20Rh-20Ir-(0,1-10)Re/W, Ru-10Rh-10Ir-(0,1-10)Re, Ru-10Rh-10Ir-(0,1-10)W, Ru-10Rh-10Ir-(0,1-10)Re/W, Ru-5Rh-5Ir-(0,1-10)Re, Ru-5Rh-5Ir-(0,1-10)W, Ru-5Rh-5Ir-(0,1-10)Re/W, Ru-2Rh-2Ir-(0,1-10)Re, Ru-2Rh-2Ir-(0,1-10)W, Ru-2Rh-2Ir-(0,1-10)Re/W, Ru-1Rh-1Ir-(0,1-10)Re, Ru-1Rh-1Ir-(0,1-10)W, Ru-1Rh-1Ir-(0,1-10)Re/W, sowie entsprechende Zusammensetzungen von Ru-Rh-Pt-Re, Ru-Rh-Pt-W, Ru-Rh-Pt-Re-W, Ru-Ir-Pt-Re, Ru-Ir-Pt-W, Ru-Ir-Pt-Re/W, um einige Möglichkeiten zu nennen. Es ist gleichfalls möglich, dass das Ruthenium-basierte Material drei oder mehr zusätzliche Edelmetalle beinhaltet, wie Ru-Rh-Ir-Pt-Re, Ru-Rh-Ir-Pt-W, Ru-Rh-Ir-Pt-Re/W, Ru-Rh-Pt-Pd-Re, Ru-Rh-Pt-Pd-W, Ru-Rh-Pt-Pd-Re/W, Ru-Rh-Pt-Au-Re, Ru-Rh-Pt-Au-W sowie Ru-Rh-Pt-Au-Re/W. Einige beispielhafte Ruthenium-basierte Elektrodenmaterialien, die in Anwendungen von Zündkerzen besonders brauchbar sein können, sind Ru-(0,5-5)Rh-(0,1-5)Ir-(0,5-5)Re, Ru-(0,5-5)Rh-(0,1-5)Ir-(0,5-5)W, Ru-(0,5-5)Rh-(0,1-5)Ir-(0,5-5)Re/W, Ru-(1-10)Rh-(1-10)Ir-(0,5-5)Re-(0,5-5)W, und Ru-(1-10)Rh-(1-10)Ir-(0,5-5)Re-(0,5-5)W, wobei andere Legierungszusammensetzungen natürlich gleichfalls möglich sind.Some specific examples of the ruthenium-based material according to the present embodiment include (in the following compositions, Ru forms the balance, and the term Re / W means a combination of rhenium and tungsten, the corresponding numerical percentage being based on the total combination): Ru -30Rh-30Ir- (0.1-10) Re, Ru-30Rh-30Ir- (0.1-10) W, Ru-30Rh-30Ir- (0.1-10) Re / W, Ru-20Rh- 20Ir- (0.1-10) Re, Ru-20Rh-20Ir- (0.1-10) W, Ru-20Rh-20Ir- (0.1-10) Re / W, Ru-10Rh-10Ir- ( 0.1-10) Re, Ru-10Rh-10Ir- (0.1-10) W, Ru-10Rh-10Ir- (0.1-10) Re / W, Ru-5Rh-5Ir- (0.1 -10) Re, Ru-5Rh-5Ir- (0.1-10) W, Ru-5Rh-5Ir- (0.1-10) Re / W, Ru-2Rh-2Ir- (0.1-10) Re, Ru-2Rh-2Ir- (0.1-10) W, Ru-2Rh-2Ir- (0.1-10) Re / W, Ru-1Rh-1Ir- (0.1-10) Re, Ru -1Rh-1Ir- (0.1-10) W, Ru-1Rh-1Ir- (0.1-10) Re / W, and corresponding compositions of Ru-Rh-Pt-Re, Ru-Rh-Pt-W , Ru-Rh-Pt-Re-W, Ru-Ir-Pt-Re, Ru-Ir-Pt-W, Ru-Ir-Pt-Re / W, to name a few. It is also possible that the ruthenium-based material includes three or more additional noble metals, such as Ru-Rh-Ir-Pt-Re, Ru-Rh-Ir-Pt-W, Ru-Rh-Ir-Pt-Re / W , Ru-Rh-Pt-Pd-Re, Ru-Rh-Pt-Pd-W, Ru-Rh-Pt-Pd-Re / W, Ru-Rh-Pt-Au-Re, Ru-Rh-Pt-Au -W and Ru-Rh-Pt-Au-Re / W. Some exemplary ruthenium-based electrode materials that may be particularly useful in spark plug applications are Ru- (0.5-5) Rh- (0.1-5) Ir- (0.5-5) Re, Ru ( 0.5-5) Rh- (0.1-5) Ir- (0.5-5) W, Ru- (0.5-5) Rh- (0.1-5) Ir- (0.5 -5) Re / W, Ru- (1-10) Rh- (1-10) Ir- (0.5-5) Re- (0.5-5) W, and Ru- (1-10) Rh - (1-10) Ir- (0.5-5) Re- (0.5-5) W, although other alloying compositions are of course equally possible.
In Abhängigkeit von den besonderen Eigenschaften, die erwünscht sind, und die oben dargelegt worden sind, kann die Menge an Ruthenium in dem Ruthenium-basierten Material sein: größer gleich 40 Gew.-%, größer gleich 50 Gew.-%, größer gleich 65 Gew.-% oder größer gleich 80 Gew.-%; kleiner gleich 99,9 Gew.-%, kleiner gleich 95 Gew.-%, kleiner gleich 90 Gew.-% oder kleiner gleich 85 Gew.-%; oder zwischen 40 Gew.-% und 99,9 Gew.-%, 50 Gew.-% und 99,9 Gew.-%, 65 Gew.-% und 99 Gew.-%, oder 80 Gew.-% und 99 Gew.-%, um einige Beispiele zu nennen. Die Menge an jedem zusätzlichen Edelmetall (z. B. das erste, das zweite, das dritte zusätzliche Edelmetall) kann darüber hinaus, solange Ruthenium der größte einzelne Bestandteil ist, sein: größer gleich 0,1 Gew.-%, größer gleich 0,5 Gew.-%, größer gleich 1 Gew.-% oder größer gleich 2 Gew.-%; kleiner gleich 40 Gew.-%, kleiner gleich 20 Gew.-%, kleiner gleich 10 Gew.-% oder kleiner gleich 5 Gew.-%; oder zwischen 0,1 Gew.-% und 40 Gew.-%, 0,1 Gew.-% und 10 Gew.-%, 0,5 Gew.-% und 10 Gew.-% oder zwischen 1 Gew.-% und 5 Gew.-%. Gleichermaßen kann die Menge jedes hochschmelzenden Metalls, solange Ruthenium der größte einzelne Bestandteil ist und solange der gesamte Gewichtsprozentsatz von jeder Kombination von hochschmelzenden Metallen 10 Gew.-% nicht überschreitet, sein: größer gleich 0,1 Gew.-%, größer gleich 0,5 Gew.-%, größer gleich 1 Gew.-%, oder größer gleich 2 Gew.-%; kleiner gleich 10 Gew.-%, kleiner gleich 8 Gew.-%, kleiner gleich 6 Gew.-% oder kleiner gleich 5 Gew.-%; oder zwischen 0,1 Gew.-% und 10 Gew.-%, zwischen 0,5 Gew.-% und 9 Gew.-%, zwischen 0,5 Gew.-% und 8 Gew.-% oder zwischen 0,5 Gew.-% und 5 Gew.-%. Die vorstehenden Mengen, Prozentsätze, Grenzen, Bereiche etc. sind lediglich Beispiele der großen Vielzahl an Ruthenium-basierten Materialzusammensetzungen, die möglich sind; diese sollen den Schutzbereich des Ruthenium-basierten Materials nicht einschränken.Depending on the particular properties that are desired and set forth above, the amount of ruthenium in the ruthenium-based material may be greater than or equal to 40% by weight, greater than or equal to 50% by weight, greater than or equal to 65% Wt.% Or greater equal to 80 wt.%; less than or equal to 99.9% by weight, less than or equal to 95% by weight, less than or equal to 90% by weight or less than or equal to 85% by weight; or between 40 wt% and 99.9 wt%, 50 wt% and 99.9 wt%, 65 wt% and 99 wt%, or 80 wt% and 99 Wt .-%, to give a few examples. In addition, the amount of each additional noble metal (eg, the first, the second, the third additional precious metal) may be as long as ruthenium is the largest single constituent: greater than or equal to 0.1% by weight, greater than or equal to zero, 5% by weight, greater than or equal to 1% by weight or greater than or equal to 2% by weight; less than or equal to 40% by weight, less than or equal to 20% by weight, less than or equal to 10% by weight or less than or equal to 5% by weight; or between 0.1% by weight and 40% by weight, 0.1% by weight and 10% by weight, 0.5% by weight and 10% by weight or between 1% by weight and 5% by weight. Similarly, as long as ruthenium is the largest single constituent and as long as the total weight percentage of each combination of refractory metals does not exceed 10% by weight, the amount of each refractory metal may be: greater than or equal to 0.1% by weight, greater than or equal to zero, 5% by weight, greater than or equal to 1% by weight, or greater than or equal to 2% by weight; less than or equal to 10% by weight, less than or equal to 8% by weight, less than or equal to 6% by weight or less than or equal to 5% by weight; or between 0.1% by weight and 10% by weight, between 0.5% by weight and 9% by weight, between 0.5% by weight and 8% by weight or between 0.5% by weight Wt .-% and 5 wt .-%. The above amounts, percentages, limits, ranges, etc. are merely examples of the wide variety of ruthenium-based material compositions that are possible; these are not intended to limit the scope of the ruthenium-based material.
Zu jedem der oben beschriebenen verschiedenen Ruthenium-basierten Materialien können ein oder mehr Seltenerdmetalle hinzugegeben werden. Das verwendete Seltenerdmetall oder die verwendeten Seltenerdmetalle können ein beliebiges Element oder eine beliebige Kombination sein von Yttrium (Y), Hafnium (Hf), Scandium (Sc), Zirconium (Zr), Lanthan (La) oder Cerium (Ce), um lediglich einige zu nennen. Fachleute werden erkennen, dass derartige Metalle Zwischengitterkomponenten (”interstitial components”) auf im Wesentlichen die gleiche Art und Weise einfangen (”trap”) können wie hochschmelzende Metalle. Diese Fähigkeit des Einfangens (”trapping”) trägt dazu bei, dass die Zwischengitterkomponenten und andere Verunreinigungen sich nicht – aufgrund ihrer geringen Löslichkeit in Ruthenium – als feine Ausscheidungen (”precipitates”) an den Korngrenzen des Ruthenium-basierten Materials ansammeln. Ferner besteht die Meinung, dass ein Reduzieren der Menge an Zwischengitterkomponenten an den Korngrenzen die Duktilität des Ruthenium-basierten Materials steigert, und zwar aufgrund einiger Mechanismen, einschließlich, und besonders bemerkenswert, das ”Pinning” der Korngrenzen und eine Kornwachstumshemmung während eines Warmverformungsprozesses. Der Gehalt dieser Seltenerdmetalle in dem Ruthenium-basierten Material liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1 ppm bis etwa 0,3 Gew.-%.To each of the various ruthenium-based materials described above, one or more rare earth metals may be added. The rare earth metal or rare earth metals used may be any element or combination of yttrium (Y), hafnium (Hf), scandium (Sc), zirconium (Zr), lanthanum (La), or cerium (Ce), to name but a few to call. Those skilled in the art will recognize that such metals can trap ("trap") interstitial components in much the same manner as refractory metals. This ability of trapping helps to prevent interstitial components and other contaminants from accumulating as precipitates at the grain boundaries of the ruthenium-based material due to their low solubility in ruthenium. Further, it is believed that reducing the amount of interstitial components at the grain boundaries increases the ductility of the ruthenium-based material due to some mechanisms, including, and most notably, grain boundary pinning and grain growth inhibition during a hot working process. The content of these rare earth metals in the ruthenium-based material is preferably in a range of about 1 ppm to about 0.3 wt%.
Die diversen oben beschriebenen Ausführungsformen des Ruthenium-basierten Materials zeigen günstiges Widerstandsverhalten gegenüber Oxidation, Korrosion und Erosion, was in gewissen Zündanwendungen wünschenswert ist, einschließlich beispielsweise bei Zündkerzen, die für Verbrennungskraftmotoren ausgelegt sind. Die relativ hohe Schmelztemperatur (2334°C) von Ruthenium ist angenommenermaßen zumindest teilweise für einige dieser physikalischen und chemischen Charakteristika verantwortlich. Diese Ausführungsformen haben jedoch ebenfalls eine Tendenz dazu, dass sie bei Raumtemperatur eine weniger wünschenswerte Duktilität besitzen – was Einfluss darauf hat, wie leicht sie sich in ein nutzbares Teil bilden oder herstellen lassen. Aus diesem Grund kann das Ruthenium-basierte Material mit einem duktileren Material umhüllt (”clad”) werden, um eine Herstellung nach Wunsch durch eine große Vielzahl an metallischen Warmverformungsprozessen zu ermöglichen und thermische Schocks zu vermeiden. The various embodiments of the ruthenium-based material described above exhibit favorable resistance to oxidation, corrosion, and erosion, which is desirable in certain ignition applications, including, for example, spark plugs designed for internal combustion engines. The relatively high melting temperature (2334 ° C) of ruthenium is believed to account, at least in part, for some of these physical and chemical characteristics. However, these embodiments also tend to have a less desirable ductility at room temperature - which affects how easily they are formed or made into a usable part. For this reason, the ruthenium-based material can be clad with a more ductile material to permit fabrication as desired by a wide variety of hot metal forming processes and to avoid thermal shocks.
Eine Umhüllung, die zuvor mit anderen Typen von Edelmetall-basierten Elektrodenmaterialien (z. B. Ir- und Pt-basiert) verwendet worden ist, ist eine Nickel-basierte Legierung wie eine Nickel-Chrom-Aluminium-Legierung (Ni-Cr-Al-Legierung) oder eine Nickel-Eisen-Aluminium-Legierung (Ni-Fe-Al-Legierung). Obgleich das Einfassen bzw. Umhüllen eines Kerns des Ruthenium-basierten Materials mit einer Nickel-basierten Umhüllung und das anschließende Warmverformen der Struktur dazu beitragen kann, das Ruthenium-basierte Material mit größerer Leichtigkeit herzustellen, kann dies auch strukturelle Defekte an der Oberfläche des Kerns aus dem Ruthenium-basierten Material unterstützen, die für Anwendungen bei Zündkerzen generell unerwünscht sind. Oberflächenbrüche des Kerns aus dem Ruthenium-basierten Material bis hin zu einer Tiefe von etwa 25 μm sind ein besonderer struktureller Defekt, der beobachtet worden ist. Derartige Oberflächenbrüche (”surface cracking”) wird angenommenermaßen verursacht durch die Diffusion von gewissen Bestandteilen der Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt – nämlich Aluminium – aus der Nickel-basierten Umhüllung in den Kern aus dem Ruthenium-basierten Material, und zwar bei erhöhten Temperaturen. Genauer gesagt nimmt man an, dass die diffundierten Legierungsbestandteile mit dem Ruthenium-basierten Material reagieren, so dass eine Zwischenmetallphase (”intermetallic Phase”) erzeugt wird, die innerhalb des Kerns aus dem Ruthenium-basierten Material benachbart zu der Schnittstelle zwischen dem Kern und der Umhüllung vorhanden ist. Diese Zwischenmetallphase ist relativ spröde und daher empfindlich gegenüber Brüchen, wenn jene Arten von Belastungen (”stresses”) angelegt werden, die normalerweise mit einer Warmverformung einhergehen. Beispielsweise zeigt 6 ein Querschnittsbild eines Drahtes 70, der einen Kern 72 aus Ruthenium-basiertem Material aufweist, wobei das Ruthenium-basierte Material Ru-5Rh-1Ir-1Re ist, eingeschlossen in eine Umhüllung 74 aus einer Ni-Cr-Al-Legierung. Das Querschnittsbild wurde aufgenommen, nachdem der Draht 70 auf einen Außendurchmesser von etwa 3 mm warmgezogen worden ist. Wie ersichtlich, hat sich an oder in der Nähe der Schnittstelle zwischen dem Kern 72 und der Umhüllung 74 eine Zwischenmetallphase 76 gebildet – vermutlich eine Ru-Al-Zwischenmetallphase –, die gegenüber Brüchen empfindlicher zu sein scheint.A cladding previously used with other types of noble metal-based electrode materials (e.g., Ir and Pt based) is a nickel-based alloy such as a nickel-chromium-aluminum alloy (Ni-Cr-Al Alloy) or a nickel-iron-aluminum alloy (Ni-Fe-Al alloy). Although encasing a core of the ruthenium-based material with a nickel-based cladding and then thermoforming the structure can help to make the ruthenium-based material more easily, this can also cause structural defects on the surface of the core support the ruthenium-based material that is generally undesirable for spark plug applications. Surface fractures of the core from the ruthenium-based material to a depth of about 25 μm are a particular structural defect that has been observed. Such surface cracking is believed to be caused by the diffusion of certain low melting point alloy constituents - namely aluminum - from the nickel based cladding into the core of the ruthenium based material at elevated temperatures. More specifically, it is believed that the diffused alloying constituents react with the ruthenium-based material to produce an intermetallic phase that exists within the core of the ruthenium-based material adjacent to the interface between the core and the core Serving is present. This intermetallic phase is relatively brittle and therefore susceptible to breakage when applied to the types of stresses that are normally associated with hot deformation. For example, shows 6 a cross-sectional image of a wire 70 that's a core 72 of ruthenium-based material, wherein the ruthenium-based material is Ru-5Rh-1Ir-1Re enclosed in a cladding 74 made of a Ni-Cr-Al alloy. The cross-sectional image was taken after the wire 70 has been hot drawn to an outer diameter of about 3 mm. As can be seen, has at or near the interface between the core 72 and the serving 74 an intermediate metal phase 76 formed - probably a Ru-Al intermetallic phase - that seems to be more sensitive to fractions.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Ruthenium-basierten Materials in eine gewünschte Form, das geeignet ist, um hieraus eine Elektrode oder eine Elektrodenkompomente einer Zündkerze abzuleiten, ist in den 7 bis 12 graphisch und schematisch dargestellt. Dieses Verfahren ist in 7 mit dem Bezugszeichen 200 angegeben und beinhaltet wenigstens die Schritte: Bilden eines Kerns 80 aus einem Ruthenium-basierten Material mit einer Länge L und einer Querschnittsfläche CA, die senkrecht zu der Längenabmessung L verläuft, Schritt 210; Anordnen einer Zwischenschicht 82, die ein hochschmelzendes Metall aufweist, über einer Außenfläche 84 des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material, Schritt 220; Anordnen einer Umhüllung 86 aus einer Nickel-basierten Legierung über einer Außenfläche 88 der Zwischenschicht 82, um eine Schichtstruktur 90 zu bilden, Schritt 230; Warmverformen der Schichtstruktur 90, um die Querschnittsfläche CA des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material zu reduzieren und um einen länglichen Schichtdraht 92 zu bilden, Schritt 240; und Entfernen der Zwischenschicht 82 und der Umhüllung 86 aus der Nickel-basierten Legierung von dem Kern 80 aus dem Ruthenium-basierten Material, um einen länglichen Draht 94 aus dem Ruthenium-basierten Material zu erhalten, Schritt 250. Zusätzliche Schritte, die ebenfalls ausgeführt werden können, beinhalten: Schneiden des länglichen Drahtes 94 in einzelne Teile, um Elektrodensegmente 96 zu bilden, Schritt 260; und Aufnehmen bzw. Einbauen des Elektrodensegmentes 96 in einer Zündkerze, Schritt 270. Das offenbarte Verfahren trägt dazu bei, eine Diffusion von Legierungsbestandteilen mit niedrigem Schmelzpunkt in den Kern 80 aus dem Ruthenium-basierten Material während des Warmverformungsschrittes zu vermeiden, und kann zusätzlich hierzu auf eine Art und Weise durchgeführt werden, die das Widerstandsverhalten gegenüber Erosion bei hohen Temperaturen des Drahtes 94 aus dem sich ergebenden Ruthenium-basierten Material verbessert, indem eine ”fibröse” bzw. Faserkornstruktur erzeugt wird, wie nachstehend erläutert werden wird.A method for producing a ruthenium-based material into a desired shape suitable for deriving therefrom an electrode or an electrode component of a spark plug is disclosed in U.S. Pat 7 to 12 shown graphically and schematically. This procedure is in 7 with the reference number 200 and includes at least the steps: forming a core 80 of a ruthenium-based material having a length L and a cross-sectional area CA that is perpendicular to the length dimension L, step 210 ; Arrange an intermediate layer 82 comprising a refractory metal over an outer surface 84 of the core 80 from the ruthenium-based material, step 220 ; Arranging a serving 86 made of a nickel-based alloy over an outer surface 88 the intermediate layer 82 to a layered structure 90 to form, step 230 ; Hot deformation of the layer structure 90 to the cross-sectional area CA of the core 80 from the ruthenium-based material and to reduce an elongated layer wire 92 to form, step 240 ; and removing the intermediate layer 82 and the serving 86 from the nickel-based alloy of the core 80 from the ruthenium-based material to an elongated wire 94 to get out of the ruthenium-based material, step 250 , Additional steps that may also be performed include: cutting the elongated wire 94 into individual parts, around electrode segments 96 to form, step 260 ; and receiving or installing the electrode segment 96 in a spark plug, step 270 , The disclosed process helps to facilitate diffusion of low melting point alloying ingredients into the core 80 from the ruthenium-based material during the thermoforming step, and in addition may be performed in a manner that exhibits the resistance to erosion at high temperatures of the wire 94 from the resulting ruthenium-based material by producing a "fibrous" or "fiber grain" structure, as will be explained below.
Der Umformungsschritt 210 wird vorzugsweise mittels eines pulvermetallurgischen Prozesses durchgeführt, wie er graphisch in 11 dargestellt ist und der die Schritte beinhaltet, die Bestandteile des Ruthenium-basierten Materials in Pulverform bereitzustellen, Schritt 212; die Pulverbestandteile zusammenzumischen, um eine Pulvermischung zu bilden, Schritt 214; und die Pulvermischung zu sintern, um den Kern 80 aus dem Ruthenium-basierten Material zu bilden, Schritt 216. Die unterschiedlichen Bestandteile des Ruthenium-basierten Materials können in Pulverform mit einer bestimmten Pulver- oder Partikelgröße auf jede bekannte Art und Weise bereitgestellt werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform werden Ruthenium, eines oder mehrere Edelmetalle (z. B. Rhodium, Iridium, Platin, Palladium, Gold) sowie eines oder mehrere hochschmelzende Metalle (Rhenium, Wolfram etc.) einzeln in Pulverform bereitgestellt, wobei jeder der Bestandteile eine Partikelgröße in einem Bereich von etwa 0,1 μm bis etwa 200 μm, jeweils einschließlich, besitzt. In einer weiteren Ausführungsform werden das Ruthenium und einer oder mehrerer der Bestandteile zu einer Prä-Legierung zusammengestellt (”pre-alloyed”), und dann zunächst in ein Basislegierungspulver gebildet, bevor dieses mit den anderen Pulverbestandteilen gemischt wird. Die Ausführungsform ohne Prä-Legierung kann für einfachere Systeme (z. B. Ru-Re-W) anwendbar sein, wohingegen die Ausführungsform mit Prä-Legierung für komplexere Systeme (z. B. Ru-Rh-Ir-Re, Ru-Rh-Ir-W, Ru-Rh-Ir-Re/W, etc.) besser geeignet sein kann. Das Bilden einer Prä-Legierung aus dem Ruthenium und anderen Legierungsbestandteilen – ausgenommen das hochschmelzende Metall bzw. die hochschmelzenden Metalle (z. B. Re und W) – in ein Basislegierungspulver, und das anschließende Mischen des Basislegierungspulvers mit jenem hochschmelzenden Metall bzw. hochschmelzenden Metallen kann auch eine Anreicherung der Korngrenze mit dem Bestandteil des hochschmelzenden Metalls unterstützen.The forming step 210 is preferably carried out by means of a powder metallurgy process, as shown graphically in FIG 11 and comprising the steps of providing the components of the ruthenium-based material in powder form, step 212 ; mix the powder ingredients together to form a powder mix, step 214 ; and sinter the powder mixture to the core 80 out to form the ruthenium-based material, step 216 , The different constituents of the ruthenium-based material may be provided in powder form having a particular powder or particle size in any known manner. According to an exemplary embodiment, ruthenium, one or more noble metals (eg, rhodium, iridium, platinum, palladium, gold) and one or more refractory metals (rhenium, tungsten, etc.) are provided individually in powder form, each of the constituents being a particle size in a range of about 0.1 μm to about 200 μm, inclusive. In another embodiment, the ruthenium and one or more of the ingredients are pre-alloyed into a pre-alloy, and then first formed into a base alloy powder before being mixed with the other powder ingredients. The pre-alloyed embodiment may be applicable to simpler systems (eg, Ru-Re-W), whereas the pre-alloyed embodiment may be used for more complex systems (e.g., Ru-Rh-Ir-Re, Ru-Rh Ir-W, Ru-Rh-Ir-Re / W, etc.) may be more suitable. Forming a pre-alloy of the ruthenium and other alloying ingredients other than the refractory metal (eg, Re and W) into a base alloy powder, and then mixing the base alloy powder with the refractory metal or refractory metal may also assist in enriching the grain boundary with the constituent of the refractory metal.
Als nächstes können die Pulver im Schritt 214 miteinander gemischt werden, um eine Pulvermischung zu bilden. In einer Ausführungsform beinhaltet die Pulvermischung beispielsweise etwa 40 Gew.-% bis 99,9 Gew.-% Ruthenium, etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% Rhodium, etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% Iridium sowie etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% Rhenium und/oder Wolfram, und zwar unabhängig davon, ob ein prä-legiertes Basisaluminiumpulver gebildet wurde oder nicht. Dieser Mischschritt kann mit oder ohne Hinzugabe von Wärme durchgeführt werden.Next, the powders in the step 214 mixed together to form a powder mixture. For example, in one embodiment, the powder mixture includes about 40% to 99.9% by weight of ruthenium, about 0.5% to about 5% by weight of rhodium, about 0.1% to about, for example 5% by weight of iridium and about 0.1% by weight to about 5% by weight of rhenium and / or tungsten, irrespective of whether a pre-alloyed base aluminum powder was formed or not. This mixing step can be carried out with or without the addition of heat.
Der Sinterschritt 216 transformiert die Pulvermischung in den Kern 80 aus dem Ruthenium-basierten Material, und zwar mittels der Anwendung von Wärme. Der Sinterschritt 216 kann gemäß einer Anzahl unterschiedlicher metallurgischer Ausführungsformen durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Pulvermischung in einem Vakuum gesintert werden, in einer Reduktionsatmosphäre wie in einer Wasserstoff enthaltenden Umgebung, oder in einer Art von geschützter Umgebung, und zwar für bis zu einige Stunden bei einer geeigneten Sintertemperatur. Eine geeignete Sintertemperatur liegt häufig etwa in einem Bereich von etwa 1350°C bis etwa 1650°C, und zwar für die Ruthenium-basierte Pulvermischung. Es ist in dem Sinterschritt 216 auch möglich, einen Druck aufzubringen, um eine gewisse Art von Porositätskontrolle bzw. -steuerung einzuführen. Die Größe bzw. Höhe des angelegten Druckes kann von der genauen Zusammensetzung der Pulvermischung und den gewünschten Attributen des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material abhängen.The sintering step 216 transforms the powder mixture into the core 80 from the ruthenium-based material, by the application of heat. The sintering step 216 may be performed according to a number of different metallurgical embodiments. For example, the powder mixture may be sintered in a vacuum, in a reducing atmosphere, such as in a hydrogen-containing environment, or in a kind of protected environment, for up to several hours at a suitable sintering temperature. A suitable sintering temperature is often in the range of about 1350 ° C to about 1650 ° C, for the ruthenium-based powder mixture. It is in the sintering step 216 also possible to apply pressure to introduce some sort of porosity control. The magnitude of the applied pressure may depend on the exact composition of the powder mixture and the desired attributes of the core 80 depend on the ruthenium-based material.
Der Kern 80 aus dem Ruthenium-basierten Material, der sich nach dem Sinterschritt 216 ergibt, ist vorzugsweise als eine Stange oder eine andere längliche Struktur geformt. Die Länge L der Stange (”bar”) stellt die longitudinale – und größte – Abmessung der Stange dar, und die Querschnittsfläche CA ist jene ebene Oberfläche eines Endes 98 der Stange, wenn diese senkrecht auf die Abmessung der Länge L abgeschnitten bzw. sektioniert ist, wie es generell in den 9 und 10 dargestellt ist. Der Sinterschritt 216 wird darüber hinaus vorzugsweise auf eine solche Art und Weise durchgeführt, dass dieser zu einer zylindrischen Stange mit einem Durchmesser D führt. Generell akzeptabel ist eine Stange – sei sie zylindrisch oder nichtzylindrisch – aus dem Ruthenium-basierten Material, wobei die Querschnittsfläche CA in einem Bereich von etwa 79 mm2 (etwa 10 mm Durchmesser bei zylindrischer Form) bis etwa 707 mm2 (etwa 30 mm Durchmesser bei einer zylindrischen Form) liegt, beispielsweise etwa 314 mm2 (etwa 20 mm Durchmesser bei einer zylindrischen Form), und wenn die Länge L in einem Bereich von etwa 0,5 m bis etwa 2,0 m liegt, beispielsweise etwa 1 m. Derartige bevorzugte geometrische Abmessungen sind jedoch keinesfalls ausschließlich.The core 80 from the ruthenium-based material that is deposited after the sintering step 216 is preferably formed as a rod or other elongate structure. The length L of the rod ("bar") represents the longitudinal and largest dimensions of the rod, and the cross-sectional area CA is that flat surface of one end 98 the rod, if this is cut perpendicular or perpendicular to the dimension of the length L, as it is generally in the 9 and 10 is shown. The sintering step 216 is moreover preferably carried out in such a way that this leads to a cylindrical rod with a diameter D. Generally acceptable is a rod - whether cylindrical or non-cylindrical - of the ruthenium-based material, the cross-sectional area CA being in a range of about 79 mm 2 (about 10 mm diameter in a cylindrical shape) to about 707 mm 2 (about 30 mm in diameter in a cylindrical shape), for example about 314 mm 2 (about 20 mm diameter in a cylindrical shape), and when the length L is in a range of about 0.5 m to about 2.0 m, for example about 1 m. However, such preferred geometric dimensions are by no means exclusive.
Die Außenfläche 84 des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material kann nun vorbereitet werden, wenn dies gewünscht ist, um eine Zwischenschicht 82 entgegen zu nehmen, wie es durch den optionalen Schritt 280 angedeutet ist. Eine derartige Vorbereitung betrifft generell das Reinigen der Außenfläche 84, so dass an der Schnittstelle zwischen der Zwischenschicht 82 und dem Kern 80 eine starke Haltefähigkeit (”retention capacity”) realisiert werden kann. Die Außenfläche 84 des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material kann poliert, gesandet bzw. sandgestrahlt, geschliffen, mit Säure gewaschen oder jeder anderen Oberflächenbehandlung ausgesetzt werden, die Fett und andere unerwünschte Oberflächenkontaminate von der Außenfläche 84 entfernen kann.The outer surface 84 of the core 80 The ruthenium-based material can now be prepared, if desired, for an intermediate layer 82 as opposed to the optional step 280 is indicated. Such preparation generally involves cleaning the exterior surface 84 , so at the interface between the interlayer 82 and the core 80 a strong retention capacity ("retention capacity") can be realized. The outer surface 84 of the core 80 The ruthenium-based material can be polished, sandblasted, sanded, acid washed, or exposed to any other surface treatment, the grease, and other undesirable surface contaminants from the outside surface 84 can remove.
Nach dem Umformschritt 210 (und nach dem Vorbereitungsschritt 280, wenn dieser ausgeführt wird) ist die Zwischenschicht 82 über der Außenfläche 84 des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material angeordnet und befindet sich vorzugsweise in direktem Kontakt mit dieser. Die Zwischenschicht 82 kann wenigstens ein hochschmelzendes Metall aufweisen, das ausgewählt ist aus der Gruppe von Niob (Nb), Molybdän (Mo), Tantal (Ta), Wolfram (W) und Rhenium (Re). Beispielsweise kann die Zwischenschicht 82 vollständig (zu 100 Gew.-%) aus einem beliebigen jener hochschmelzenden Metalle zusammengesetzt sein, oder kann eine Legierung von einem oder mehreren jener hochschmelzenden Metalle sein, solange der Gewichtsprozentsatz des hochschmelzenden Metalls bzw. der hochschmelzenden Metalle in der Legierung größer ist als etwa 50 Gew.-%, insbesondere größer als etwa 75 Gew.-% oder vorzugsweise größer als etwa 90 Gew.-%. Einige wenige bevorzugte Zusammensetzungen der Zwischenschicht 82 enthalten etwa 100 Gew.-% Molybdän, oder eine Legierung, die wenigstens 50 Gew.-% Molybdän beinhaltet, oder eine Legierung, die Molybdän und Wolfram als die zwei größten Bestandteile auf einer Basis von Gewichtsprozent beinhaltet, wobei der kombinierte Gewichtsprozentsatz der zwei Metalle größer ist als etwa 50 Gew.-%.After the forming step 210 (and after the preparation step 280 when this is done) is the interlayer 82 over the outer surface 84 of the core 80 is disposed of the ruthenium-based material and is preferably in direct contact therewith. The intermediate layer 82 can at least one refractory metal selected from the group of niobium (Nb), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), tungsten (W) and rhenium (Re). For example, the intermediate layer 82 may be wholly (100% by weight) any of those refractory metals, or may be an alloy of one or more of those refractory metals so long as the weight percentage of the refractory metal (s) in the alloy is greater than about 50 Wt .-%, in particular greater than about 75 wt .-% or preferably greater than about 90 wt .-%. A few preferred compositions of the intermediate layer 82 contain about 100% by weight of molybdenum, or an alloy containing at least 50% by weight of molybdenum, or an alloy containing molybdenum and tungsten as the two largest components on a weight percent basis, the combined weight percentage of the two metals greater than about 50% by weight.
Die Zwischenschicht 82 hat eine Dicke Ti, die typischerweise in einem Bereich von etwa 50 μm bis etwa 2000 μm liegt, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 200 μm bis etwa 500 μm. Das Anordnen der Zwischenschicht 82 über der Außenfläche 84 des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material mit dieser Dicke bildet eine Diffusionsbarriere, die Elemente (z. B. Aluminium) mit niedrigem Schmelzpunkt, die in der Nickel-basierten Umhüllung 88 vorhanden sein können, davon abhält, während der Warmverformung in den Kern 80 aus dem Ruthenium-basierten Material zu diffundieren. Die Zwischenschicht 82 kann als eine Diffusionssperre wirken, da das eine oder die mehreren hochschmelzenden Metalle – die jeweils einen relative hohen Schmelzpunkt besitzen – die Zwischenschicht wärme-, abnutzungs- und chemisch resistent machen, und zwar bei jenen Arten bzw. typischen Temperaturen, die während des Warmformungsschrittes 240 auftreten. Insbesondere können Legierungsbestandteile mit niedrigem Schmelzpunkt, die während der Warmverformung aus der Nickel-basierten Umhüllung 86 diffundieren könnten, nicht in Mengen in den Kern 80 aus dem Ruthenium-basierten Material infiltrieren, die hinreichend wären, um eine spröde Zwischenmetallphase zu erzeugen. Möglicherweise ebenfalls bemerkenswert ist die Tatsache, dass die Zwischenschicht 82 nicht dazu führt, dass der darunterliegende Kern 80 aus dem Ruthenium-basierten Material übermäßig schwierig warmzuverformen ist. Die Dicke T1 der Zwischenschicht 82 ist moderat genug, so dass eine Warmverformung der Schichtstruktur 90 nicht übermäßig aufwändig ist, während die Dicke T1 hinreichend ist, um als eine Diffusionssperre zu dienen.The intermediate layer 82 has a thickness Ti, which is typically in a range of about 50 microns to about 2000 microns, preferably in a range of about 200 microns to about 500 microns. Arranging the intermediate layer 82 over the outer surface 84 of the core 80 From the ruthenium-based material of this thickness forms a diffusion barrier, the elements (eg aluminum) with low melting point, which in the nickel-based cladding 88 may be present, discourages, during the hot deformation in the core 80 to diffuse out of the ruthenium-based material. The intermediate layer 82 may act as a diffusion barrier since the one or more refractory metals - each having a relatively high melting point - make the interlayer heat, wear and chemical resistant at those types or typical temperatures during the thermoforming step 240 occur. In particular, low melting point alloy constituents may be formed from the nickel based cladding during hot working 86 could diffuse, not in amounts in the core 80 from the ruthenium-based material, which would be sufficient to produce a brittle intermetallic phase. Perhaps also noteworthy is the fact that the interlayer 82 does not cause the underlying core 80 from the ruthenium-based material is excessively difficult to heat-form. The thickness T1 of the intermediate layer 82 is moderate enough, so that a thermoforming of the layer structure 90 is not unduly burdensome while the thickness T1 is sufficient to serve as a diffusion barrier.
Jede geeignete Prozedur kann dazu verwendet werden, um die Zwischenschicht 82 über der Außenfläche des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material anzuordnen. Einige verfügbare Prozeduren, die verwendet werden können, beinhalten eine Koextrusion, eine Laserumhüllung, ein Elektroplattieren, ein elektroloses (”elektroless”) Plattieren, eine physikalische Dampfabscheidung unter Verwendung von Plasmaspray, ein Magnetron-Sputtern, eine mikrowellenunterstützte chemische Dampfabscheidung, eine Plasma-verstärkte chemische Dampfabscheidung, sowie ein mechanisches Einführen des Kerns 80 in eine vorab geformte hohle Zwischenschicht 82, oder jede andere Art von Extrusion, Elektroabscheidung, physikalischer Dampfabscheidung, chemischer Dampfabscheidung oder eine andere Prozedur, die geeignet ist, um die Zwischenschicht 82 über dem Kern 80 anzuordnen bzw. zu lagern.Any suitable procedure can be used to create the intermediate layer 82 over the outer surface of the core 80 from the ruthenium-based material. Some available procedures that can be used include coextrusion, laser cladding, electroplating, electroless plating, physical vapor deposition using plasma spray, magnetron sputtering, microwave assisted chemical vapor deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition, as well as a mechanical insertion of the core 80 in a pre-formed hollow intermediate layer 82 , or any other type of extrusion, electrodeposition, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, or other procedure suitable for the intermediate layer 82 over the core 80 to arrange or store.
Die Umhüllung 86 aus der Nickel-basierten Legierung wird über der Außenfläche 88 der Zwischenschicht 82 angeordnet und befindet sich vorzugsweise in direktem Kontakt hiermit, um die Schichtstruktur 90 zu bilden, wie es graphisch im Schritt 230 angedeutet ist. Die Umhüllung 86 aus der Nickel-basierten Legierung kann eine Nickel-Chrom-Aluminiumlegierung (Ni-Cr-Al-Legierung) sein oder eine Nickel-Eisen-Aluminium-Legierung (Ni-Fe-Al-Legierung). Jede geeignete Prozedur kann verwendet werden, um die Umhüllung 86 aus der Nickel-basierten Legierung über der Außenfläche 88 der Zwischenschicht 82 anzuordnen. Beispielsweise kann die Umhüllung 86 aus der Nickel-basierten Legierung in ein hohles Rohr extrudiert oder auf andere Art und Weise gefertigt werden, und die kombinierte Struktur von Kern 80 und Zwischenschicht 82 kann in das hohle Rohr eingeführt werden, um einen Festsitz zu erzielen, wodurch die Schichtstruktur 90 erzielt wird, wie es in 8 gezeigt ist. Die oben in Verbindung mit der Zwischenschicht 82 genannten Prozeduren können ebenfalls angewandt werden. Die exakte Dicke der Umhüllung 86 aus der Nickel-basierten Legierung, die durch irgendeine dieser Prozeduren aufgebracht wird, hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Generell hat die Umhüllung 86 aus der Nickel-basierten Legierung jedoch eine Dicke T2, die größer oder gleich der Dicke T1 der Zwischenschicht 82 ist. Ein Wert von etwa 1 mm bis etwa 5 mm ist für die Dicke T2 der Umhüllung 86 aus der Nickel-basierten Legierung vor dem Warmverformungsschritt 240 gewöhnlich hinreichend. Abweichungen nach oben oder nach unten sind jedoch zulässig, wenn dies berechtigt ist.The serving 86 The nickel-based alloy is over the outer surface 88 the intermediate layer 82 is located and preferably in direct contact herewith to the layer structure 90 to form as it is graphically in the step 230 is indicated. The serving 86 The nickel-based alloy may be a nickel-chromium-aluminum alloy (Ni-Cr-Al alloy) or a nickel-iron-aluminum alloy (Ni-Fe-Al alloy). Any suitable procedure can be used to cover the envelope 86 made of the nickel-based alloy over the outer surface 88 the intermediate layer 82 to arrange. For example, the wrapper 86 be extruded from the nickel-based alloy into a hollow tube or otherwise manufactured, and the combined structure of core 80 and intermediate layer 82 can be inserted into the hollow tube to achieve a tight fit, thereby increasing the layer structure 90 is achieved, as is in 8th is shown. The above in conjunction with the intermediate layer 82 These procedures can also be used. The exact thickness of the envelope 86 The nickel-based alloy deposited by any of these procedures depends on a variety of factors. Generally, the serving has 86 However, from the nickel-based alloy, a thickness T2, which is greater than or equal to the thickness T1 of the intermediate layer 82 is. A value of about 1 mm to about 5 mm is for the thickness T2 of the envelope 86 from the nickel-based alloy before the hot working step 240 usually sufficient. However, deviations upwards or downwards are permitted if this is justified.
Die Schichtstruktur 90 wird dann warmverformt, wie es graphisch durch den Schritt 240 dargestellt ist, um die Querschnittsfläche CA des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material zu reduzieren – und hierbei die Länge L zu verlängern –, um auf diese Weise den länglichen Schichtdraht 92 zu bilden. Die Querschnittsfläche CA des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material kann um wenigstens 60%, um wenigstens 80% oder um wenigstens 95% reduziert werden, wobei Reduktionen der Querschnittsfläche um mehr als 99% nicht ungewöhnlich sind. Der Warmverformungsschritt 240, der nachstehend beschrieben wird, beinhaltet vorzugsweise einen Warmgesenkschmiedeschritt (”hot-swaging step”) 242, wenigstens einen Warmziehschritt (”hot-drawing step”) 244 sowie wenigstens einen Glühschritt (”annealing step”) 246, wie es graphisch in 12 angedeutet ist. Wie für den Formschritt 210 werden Fachleute jedoch erkennen, dass andere Prozesse zusätzlich oder anstelle des Warmgesenkschmiedens und des Warmziehens durchgeführt werden können, wie Warmwalzen und eine Warmextrusion, wobei nach wie vor die gleichen Aufgaben gelöst werden. Derartige andere Schritte sollen von dem Begriff 'Warmverformung” und dessen grammatikalischer Abweichungen (z. B. ”Warmformung”, ”Warmumformung” etc.) umfasst sein. In der nachstehenden Diskussion ist eine Schichtstruktur 90, bei der der Kern 80 aus dem Ruthenium-basierten Material eine zylindrische Stange mit einer Querschnittsfläche von etwa 314 mm2 (etwa 20 mm Durchmesser) und mit einer Länge von etwa 1 m ist, zum Demonstrieren der Wirkungen des Warmverformungsschrittes 240 an der Querschnittsfläche des Kerns 80 ausgewählt worden, wenn die Schichtstruktur 90 in den länglichen Schichtdraht 92 transformiert wird. Die Auswahl dieser speziellen geometrischen Abmessungen soll jedoch in keiner Weise beschränkend sein; vielmehr ist ihre Wahl lediglich Demonstrationszwecken geschuldet.The layer structure 90 is then thermoformed, as shown graphically by the step 240 is shown to the cross-sectional area CA of the core 80 from the ruthenium-based material to reduce - and thereby extend the length L -, in this way the elongated layer wire 92 to build. The cross-sectional area CA of the core 80 from the ruthenium-based material can be reduced by at least 60%, by at least 80%, or by at least 95%, with reductions in cross-sectional area of more than 99% are unusual. The thermoforming step 240 which will be described below preferably includes a hot-swaging step. 242 , at least one hot drawing step 244 and at least one annealing step 246 as it is graphically in 12 is indicated. As for the molding step 210 However, those skilled in the art will recognize that other processes may be performed in addition to or instead of hot forging and hot drawing, such as hot rolling and heat extrusion, while still accomplishing the same tasks. Such other steps should be encompassed by the term "hot working" and its grammatical variations (eg, "thermoforming", "hot working", etc.). In the discussion below is a layered structure 90 in which the core 80 of the ruthenium-based material is a cylindrical rod having a cross-sectional area of about 314 mm 2 (about 20 mm in diameter) and about 1 m in length, for demonstrating the effects of the thermoforming step 240 at the cross-sectional area of the core 80 been selected when the layer structure 90 in the elongated layer wire 92 is transformed. However, the selection of these particular geometric dimensions is not intended to be limiting in any way; rather, their election is for demonstration purposes only.
Der Warmgesenkschmiedeschritt 242 beinhaltet ein radiales Hämmern oder Schmieden der Schichtstruktur 90 bei einer Temperatur oberhalb der Zäh-Spröd-Übergangstemperatur des Ruthenium-basierten Materials. Eine Temperatur, die in dem Bereich von etwa 900°C bis etwa 1500°C liegt, ist für diesen Zweck gewöhnlich hinreichend. Die kompressiv wirkende und unter Wärme stattfindende Metallbearbeitung, die während des Warmgesenkschmiedens stattfindet, reduziert die Querschnittsfläche CA des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material und bewirkt folglich eine Werkstückverfestigung der gesamten Schichtstruktur 90. Die Querschnittsfläche CA des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material kann um etwa 30% bis etwa 80% reduziert werden. Beispielsweise kann die beispielhafte Ruthenium-basierte zylindrische Stange, die vorzugsweise als der Kern 80 mittels des pulvermetallurgischen Prozesses (Schritte 212–216) gebildet ist, nach einer 75%-igen Reduktion der Querschnittsfläche durch Warmgesenkschmieden eine Querschnittsfläche CA von etwa 79 mm2 (etwa 10 mm Durchmesser) und eine Länge von etwa 4 m besitzen.The hot-forging step 242 involves radial hammering or forging of the layered structure 90 at a temperature above the toughened transition temperature of the ruthenium-based material. A temperature which is in the range of about 900 ° C to about 1500 ° C is usually sufficient for this purpose. The compressive and hot metal working that takes place during hot forging reduces the cross sectional area CA of the core 80 from the ruthenium-based material and thus causes a work hardening of the entire layer structure 90 , The cross-sectional area CA of the core 80 from the ruthenium-based material can be reduced by about 30% to about 80%. For example, the exemplary ruthenium-based cylindrical rod, preferably as the core 80 by means of the powder metallurgical process (steps 212 - 216 ) after a 75% reduction in cross-sectional area by hot forging, have a cross-sectional area CA of about 79 mm 2 (about 10 mm diameter) and a length of about 4 m.
Der Warmziehschritt 244 beinhaltet ein Ziehen der Schichtstruktur 90 – nach dem Warmgesenkschmieden –, und zwar durch eine Öffnung, die in einer erwärmten Ziehplatte (”heated draw plate”) bzw. -matrize definiert ist. Die Öffnung der Ziehplatte ist von der Größe her geeignet gewählt, um die Querschnittsfläche CA des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material weiter zu reduzieren. Die Temperatur der Ziehplatte kann auf einer Temperatur gehalten werden, die das Ruthenium-basierte Material oberhalb von dessen Zäh-Spröd-Übergangstemperatur erwärmt. Ein Erwärmen der Ziehplatte auf eine Art und Weise, dass die Temperatur des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material in einem Bereich von etwa 900°C bis etwa 1300°C liegt, ist typischerweise hinreichend, um das Warmziehen der Schichtstruktur 90 durchzuführen. Der Warmziehschritt 244 kann die Querschnittsfläche des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material weiter um bis zu etwa 75% reduzieren, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 20% bis etwa 50%, und zwar mit jedem Durchgang durch die Ziehplatte. Beispielsweise kann die beispielhafte Ruthenium-basierte zylindrische Stange, die vorzugsweise durch den pulvermetallurgischen Prozess (Schritte 212–216) und durch den Warmgesenkschmiedeprozess (Schritt 242) gebildet ist, nach einer weiteren 75%-igen Reduktion der Querschnittsfläche durch einen einzelnen Warmziehdurchgang eine Querschnittsfläche von etwa 20 mm2 (etwa 5 mm Durchmesser) haben und eine Länge von etwa 16 m.The hot drawing step 244 involves pulling the layer structure 90 After hot die forging, through an opening defined in a heated draw plate or die. The opening of the drawing plate is suitably sized in size to the cross-sectional area CA of the core 80 from the ruthenium-based material continue to reduce. The temperature of the die plate may be maintained at a temperature that heats the ruthenium-based material above its toughened-brittle transition temperature. Heating the drawing plate in such a way that the temperature of the core 80 from the ruthenium-based material in a range of about 900 ° C to about 1300 ° C, is typically sufficient to hot-pull the layered structure 90 perform. The hot drawing step 244 can be the cross-sectional area of the core 80 from the ruthenium-based material is further reduced by up to about 75%, preferably in a range from about 20% to about 50%, with each pass through the draw plate. For example, the exemplary ruthenium-based cylindrical rod that is preferably formed by the powder metallurgy process (steps 212 - 216 ) and the hot forging process (step 242 ) after a further 75% reduction in cross-sectional area through a single hot-draw passage, have a cross-sectional area of about 20 mm 2 (about 5 mm diameter) and a length of about 16 m.
Der Warmziehschritt 244 kann eine ”faserige” bzw. ”fibröse” Kornstruktur bzw. Faserkornstruktur in dem Kern 80 aus dem Ruthenium-basierten Material entlang von dessen Längenabmessung L (d. h. die Elongationsachse der Schichtstruktur 90) erzeugen, und zwar während die Schichtstruktur 90 durch die Öffnung der erwärmten Ziehplatte gezogen wird. Ein Beispiel der ”fibrösen” Kornstruktur (oder länglichen Kornstruktur) ist generell und schematisch in 13 dargestellt und durch das Bezugszeichen 130 angegeben. Die ”fibröse” Kornstruktur beinhaltet längliche Körner 132, die durch Korngrenzen 134 definiert sind. Jedes dieser Körner 132 weist eine axiale Dimension 132A – die richtungsmäßig mit der Längenabmessung L des Kerns 80 ausgerichtet ist – sowie eine radiale Abmessung 132R auf – die in einer Richtung quer zu der Längenabmessung L ausgerichtet ist. Die axiale Abmessung 132A der Körner 132 ist generell größer als die radiale Abmessung 132R, und zwar um ein Mehrfaches von zwei oder mehr, und typischerweise um ein Mehrfaches von sechs oder mehr (z. B. 132A ≥ 6 × 132R). Die Körner 132 sind also generell parallel zueinander ausgerichtet; d. h. die axialen Abmessungen 132A der Körner 132 sind generell – jedoch nicht notwendigerweise exakt – parallel zueinander ausgerichtet. Um die Körner 132 als generell parallel zu betrachten, ist eine strenge Parallelität nicht erforderlich. Ein gewisser Spielraum bzw. eine gewisse Abdrift wird toleriert, solange die Körner 132 als Gruppe sich mit ihren axialen Abmessungen 132A in die gleiche generelle Richtung erstrecken. Die länglichen Körner 132 können darüber hinaus, wie es in 14 gezeigt ist, auch eine Kristallorientierung (manchmal auch als ”Textur” bezeichnet) besitzen, bei der die dominanten Körner ihre hexagonale [0001] Kristallachse generell senkrecht ausgerichtet zu den axialen Abmessungen 132A der Körner 132 haben. Der Begriff ”axiale Abmessung” und der Begriff ”radiale Abmessung” werden vorliegend verwendet, um die Hauptabmessungen des Korns 132 im breitesten Sinne zu bezeichnen; sie sollen nicht suggerieren, dass die Körner 132 notwendigerweise auf eine zylindrische Form beschränkt sind.The hot drawing step 244 may be a "fibrous" or fibrous grain structure in the core 80 from the ruthenium-based material along its length dimension L (ie, the elongation axis of the layer structure 90 ), while the layer structure 90 is pulled through the opening of the heated drawing plate. An example of the "fibrous" grain structure (or elongated grain structure) is general and schematic in FIG 13 represented and by the reference numeral 130 specified. The "fibrous" grain structure includes elongated grains 132 passing through grain boundaries 134 are defined. Each of these grains 132 has an axial dimension 132A - The directionally with the length dimension L of the core 80 is aligned - and a radial dimension 132R on - which is aligned in a direction transverse to the length dimension L. The axial dimension 132A the grains 132 is generally larger than the radial dimension 132R by a multiple of two or more, and typically by a multiple of six or more (e.g. 132A ≥ 6 × 132R ). The grains 132 are therefore generally aligned parallel to each other; ie the axial dimensions 132A the grains 132 are generally, but not necessarily exactly, aligned in parallel. To the grains 132 as generally parallel, strict parallelism is not required. A certain margin or a certain drift is tolerated as long as the grains 132 as a group itself with their axial dimensions 132A extend in the same general direction. The elongated grains 132 In addition, as it is in 14 also has a crystal orientation (sometimes referred to as "texture") in which the dominant grains have their hexagonal [0001] crystal axis generally perpendicular to the axial dimensions 132A the grains 132 to have. The term "axial dimension" and the term "radial dimension" are used herein to refer to the major dimensions of the grain 132 to designate in the widest sense; they should not suggest that the grains 132 necessarily limited to a cylindrical shape.
Die ”fribröse” Kornstruktur 130 kann die Duktilität bei Raumtemperatur und die Haltbarkeit (”durability”) bei hohen Temperaturen des Ruthenium-basierten Materials verbessern, verglichen mit anderen Kornstrukturen. Die verbesserte Duktilität macht den Kern 80 aus dem Ruthenium-basierten Material leichter zu bearbeiten und folglich leichter in den länglichen Draht 92 herzustellen, wohingegen die verbesserte Haltbarkeit dazu beiträgt, eine Erosion zu lindern bzw. zu verringern, wenn das Ruthenium-basierte Material schließlich Hochtemperaturumgebungen für längere Zeitspannen ausgesetzt wird, und zwar als Teil einer Zündkerze. Die ”fibröse” Kornstruktur 130 verbessert angenommenermaßen die Duktilität, reduziert den inter-granulären Kornverlust und verbessert die Haltbarkeit bei hohen Temperaturen, indem eine Bruchausbreitung in einer Richtung quer zu den axialen Abmessungen 132A der Körner 132 gehemmt wird. Dieses so genannte ”Bruchabstumpfungs-Phänomen” (”crack blunting”-Phänomen) ist in 13 dargestellt. Hier ist zu erkennen, dass ein von der Oberfläche ausgehender Bruch 136 sich lediglich um eine kleine Distanz in das Material hinein ausbreiten kann, bevor er an einer benachbarten Grenzflächenregion 138 eines benachbarten inneren Korns 132 abgestumpft (”blunted”) wird. Derartige extensive Fähigkeiten einer Bruchabstumpfung sind mit Kornstrukturen nicht erreichbar, bei denen die Körner weniger länglich und gleichachsiger ausgebildet und folglich gegenüber einer Trennung (”segregation”) und Spaltung (”cleavage”) empfindlicher sind.The "friable" grain structure 130 can improve room temperature ductility and high temperature durability of the ruthenium-based material compared to other grain structures. The improved ductility makes the core 80 made of the ruthenium-based material easier to work with and therefore easier in the elongated wire 92 whereas the improved durability helps alleviate erosion when the ruthenium-based material is eventually exposed to high temperature environments for extended periods of time as part of a spark plug. The "fibrous" grain structure 130 It is believed that it improves ductility, reduces inter-granular grain loss, and improves durability at high temperatures by providing fracture propagation in a direction transverse to the axial dimensions 132A the grains 132 is inhibited. This so-called "crack blunting" phenomenon is in 13 shown. Here it can be seen that a break originating from the surface 136 can propagate only a small distance into the material before moving to an adjacent interface region 138 an adjacent inner grain 132 becomes blunted. Such extensive abilities of fracture stumping are not achievable with grain structures in which the grains are less elongated and equiaxed and thus more sensitive to separation ("segregation") and cleavage.
Die während des Warmgesenkschmiedeschrittes 242 und des Warmziehschrittes 244 erzielten Reduktionen der Querschnittsfläche erfordern generell ein Glühen der Schichtstruktur 90, wie es graphisch im Schritt 246 dargestellt ist, um eine weitere Warmverformung zu gestatten. Das Glühen der Schichtstruktur 90 beinhaltet ein Erwärmen derselben für eine Zeitspanne von einigen Sekunden bis einigen Minuten, um Materialspannungen zu lösen. Ein Erwärmen der Schichtstruktur auf eine Temperatur oberhalb von etwa 1000°C ist beispielsweise generell hinreichend. Die Schichtstruktur 90 kann wenigstens einmal für jede 75%-ige Reduktion geglüht werden, vorzugsweise für jede 50%-ige Reduktion der Querschnittsfläche CA des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material. Dies bedeutet, dass die Schichtstruktur 90 nach jedem Warmgesenkschmiedeschritt 242 und jedem Warmziehschritt 244 geglüht wird, oder nur nach dem Warmziehschritt 244, wobei dies von der Reduktion der Querschnittsfläche abhängt, die während des Warmgesenkschmiedens erreicht wird.The during the hot drop forging step 242 and the hot drawing step 244 Achieved reductions in cross-sectional area generally require annealing of the layered structure 90 as it is graphically in step 246 is shown to allow further hot deformation. The glow of the layer structure 90 involves heating them for a period of several seconds to several minutes to release material stresses. Heating the layer structure to a temperature above about 1000 ° C, for example, is generally sufficient. The layer structure 90 can be annealed at least once for each 75% reduction, preferably for every 50% reduction in the cross-sectional area CA of the core 80 from the ruthenium-based material. This means that the layer structure 90 after each hot drop forging step 242 and every hot drawing step 244 is annealed, or only after the hot drawing step 244 this depends on the reduction in cross-sectional area achieved during hot forging.
Die Schichtstruktur 90 wird während des Warmverformens – insbesondere nach dem Warmziehschritt 244 – auf eine Art und Weise geglüht, die die ”fibröse” Kornstruktur 130 beibehält. Dies kann beinhalten, die Schichtstruktur 90 bei einer Temperatur unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Ruthenium-basierten Materials zu glühen, das den Kern 80 aufweist bzw. bildet. Eine Glühtemperatur in einem Bereich zwischen etwa 1000°C bis etwa 1500°C ist generell hinreichend, um einen Verlust der ”fibrösen” Kornstruktur 130 zu verhindern. Der Einschluss des hochschmelzenden Metalls bzw. der hochschmelzenden Metalle (Re und/oder W, beispielsweise) in dem Ruthenium-basierten Material macht darüber hinaus das Beibehalten der ”fibrösen” Kornstruktur 130 so viel einfacher, und zwar aufgrund der Fähigkeit dieser Metalle, die Rekristallisationstemperatur des Ruthenium-basierten Materials zu erhöhen. Jegliche Art von Glühen, das nach dem Warmgesenkschmiedeschritt 242, jedoch vor dem Warmziehschritt 244 erforderlich sein kann, kann durchgeführt werden, wobei den Wirkungen der Rekristallisation weniger Aufmerksamkeit geschenkt wird, da die erwünschte ”fibröse” Kornstruktur 130, die es zu erhalten gilt, zu jenem Zeitpunkt vermutlich nicht vorhanden ist.The layer structure 90 during hot forming - especially after the hot drawing step 244 - annealed in a manner that has the "fibrous" grain structure 130 maintains. This may include the layer structure 90 to anneal at a temperature below the recrystallization temperature of the ruthenium-based material that forms the core 80 has or forms. An annealing temperature in a range between about 1000 ° C to about 1500 ° C is generally sufficient to cause loss of the "fibrous" grain structure 130 to prevent. The inclusion of the refractory metal (ref and / or W, for example) in the ruthenium-based material also makes it possible to maintain the "fibrous" grain structure 130 much easier, due to the ability of these metals to increase the recrystallization temperature of the ruthenium-based material. Any kind of glow after the hot-forging step 242 but before the hot drawing step 244 may be required may be performed paying less attention to the effects of recrystallization since the desired "fibrous" grain structure 130 it is presumed to be absent at that time, presumably not present.
Der Warmziehschritt 244 und der Glühschritt 246 können einmal oder mehrfach wiederholt werden, um den länglichen Schichtdraht 92 zu erhalten. Das heißt, die Schichtstruktur 90 kann warmgezogen werden und dann geglüht werden, um interne Spannungen abzubauen bzw. zu lösen, dann erneut warmgezogen werden und dann erneut geglüht werden, usw., bis der Kern 80 aus dem Ruthenium-basierten Material die gewünschte Größe erreicht hat, wobei das Glühen zumindest einmal für jede 75%-ige Reduktion der Querschnittsfläche CA des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material durchgeführt wird. Mehrfache Warmziehvorgänge – bei denen die Schichtstruktur 90 sukzessive durch immer kleinere Öffnungen einer erwärmten Ziehplatte gezogen wird – können in Verbindung mit dazwischen erfolgenden Glühschritten durchgeführt werden, da der Kern 80 aus dem Ruthenium-basierten Material nur dazu in der Lage ist, einem gewissen Maß an Reduktion der Querschnittsfläche zu widerstehen, bevor er einen unerwünschten strukturellen Schaden erleidet. Die Querschnittsfläche CA des Kerns 80 aus dem Ruthenium-basierten Material in dem länglichen Schichtdraht 92 kann in weitem Maße variieren, und zwar in Abhängigkeit von der erwarteten Endverwendung des Ruthenium-basierten Materials. Beispielsweise kann der beispielhafte Ruthenium-basierte zylindrische Stab bzw. die Stange, die vorzugsweise gebildet ist durch den pulvermetallurgischen Prozess (Schritte 212–216), den Warmgesenkschmiedeprozess (Schritt 242), einen einzelnen Warmziehprozess (Schritt 244), gefolgt von einer weiteren 98%-igen Reduktion der Querschnittsfläche durch einige Warmziehprozesse (Schritt 244), eine Querschnittsfläche von etwa 0,4 mm2 (etwa 0,7 mm Durchmesser) und eine Länge von etwa 816 m haben, unter der Annahme, dass die Schichtstruktur 90 nicht zwischenzeitlich in kleinere Abschnitte untertrennt wurde.The hot drawing step 244 and the annealing step 246 can be repeated one or more times to the elongated layer wire 92 to obtain. That is, the layer structure 90 can be hot-drawn and then annealed to relieve internal stresses, then hot-drawn again and then annealed again, etc., until the core 80 from the ruthenium-based material has reached the desired size, the annealing at least once for every 75% reduction of the cross-sectional area CA of the core 80 is made of the ruthenium-based material. Multiple hot-drawing operations - where the layer structure 90 successively pulled through smaller and smaller openings of a heated draw plate - can be carried out in conjunction with taking place in between annealing steps, since the core 80 of the ruthenium-based material is only capable of withstanding some reduction in cross-sectional area before it suffers undesirable structural damage. The cross-sectional area CA of the core 80 from the ruthenium-based material in the elongated laminated wire 92 can vary widely, depending on the expected end use of the ruthenium-based material. For example, the exemplary ruthenium-based cylindrical rod or rod that is preferably formed by the powder metallurgy process (steps 212 - 216 ), the hot forging process (step 242 ), a single hot drawing process (step 244 ), followed by a further 98% reduction in cross-sectional area through some hot drawing processes (step 244 ), have a cross-sectional area of about 0.4 mm 2 (about 0.7 mm in diameter) and a length of about 816 m, assuming that the layered structure 90 has not been divided into smaller sections in the meantime.
Nachdem der längliche Schichtdraht 92 durch den Warmverformungsschritt 240 erzeugt worden ist, können die Zwischenschicht 82 und die Umhüllung 86 aus der Nickel-basierten Legierung von dem Kern 80 aus dem Ruthenium-basierten Material entfernt werden, was durch Schritt 250 dargestellt ist, um den länglichen Draht 94 aus dem Ruthenium-basierten Material zu erhalten. Jede geeignete physikalische und/oder chemische Prozedur kann angewendet werden, um die Zwischenschicht 82 und die Umhüllung 86 aus der Nickel-basierten Legierung zu entfernen. Ein chemisches Ätzen ist ein bestimmter Weg, mittels dessen die zwei Schichten 82, 86 entfernt werden können. Die Zwischenschicht 82 und die Umhüllung aus der Nickel-basierten Legierung können zur gleichen Zeit mit dem gleichen Ätzmittel (”acid”) geätzt werden, oder können nacheinander durch unterschiedliche Ätzmittel geätzt werden. Einige wenige Beispiele eines Ätzmittels, das verwendet werden kann, um die Zwischenschicht 82 und die Umhüllung 86 aus der Nickel-basierten Legierung zu ätzen, sind HCl und HNO3. Die Verwendung bekannter mechanischer Maßnahmen zum Separieren und Abschälen der Zwischenschicht 82 und der darüber liegenden Umhüllung 86 aus der Nickel-basierten Legierung von dem Kern 80 von dem Ruthenium-basierten Material können zusätzlich oder anstelle eines chemischen Ätzschrittes durchgeführt werden. Natürlich können andere Prozeduren, die die Zwischenschicht 82 und die Umhüllung 86 aus der Nickel-basierten Legierung entfernen können, gleichermaßen ausgeübt werden, obgleich diese hier nicht erwähnt sind.After the elongated layer wire 92 through the thermoforming step 240 has been generated, the intermediate layer 82 and the serving 86 from the nickel-based alloy of the core 80 be removed from the ruthenium-based material, resulting in step 250 is shown to the elongated wire 94 obtained from the ruthenium-based material. Any suitable physical and / or chemical procedure may be applied to the intermediate layer 82 and the serving 86 to remove from the nickel-based alloy. Chemical etching is a particular way by which the two layers 82 . 86 can be removed. The intermediate layer 82 and the nickel-based alloy cladding may be etched with the same acid at the same time, or may be sequentially etched by different etchants. A few examples of an etchant that can be used to form the interlayer 82 and the serving 86 of the nickel-based alloy are HCl and HNO 3 . The use of known mechanical measures for separating and peeling the intermediate layer 82 and the overlying cladding 86 from the nickel-based alloy of the core 80 Of the ruthenium-based material may be performed in addition to or instead of a chemical etching step. Of course, other procedures may be the intermediate layer 82 and the serving 86 can be exerted equally from the nickel-based alloy, although these are not mentioned here.
Der längliche Draht 94 aus dem Ruthenium-basierten Material kann nun geschnitten werden, um ein Elektrodensegment 96 zu bilden, wie es graphisch im Schritt 260 dargestellt ist. Das Elektrodensegment 96 – von dem viele von dem länglichen Draht 94 aus dem Ruthenium-basierten Material abgeschnitten werden können – kann zur Verwendung als eine beliebige der Elektroden oder Zündspitzenkomponenten von Elektroden von der Größe her bemessen und geformt werden, die in den 1 bis 5 gezeigt oder vorliegend beschrieben sind. Ein Abscheren, ein Diamantsägeschritt oder ein beliebiger anderer geeigneter Ansatz kann dazu verwendet werden, um den länglichen Draht 94 aus dem Ruthenium-basierten Material zu schneiden, um auf diese Weise das Elektrodensegment 96 zu erhalten.The elongated wire 94 From the ruthenium-based material can now be cut to an electrode segment 96 to form as it is graphically in the step 260 is shown. The electrode segment 96 - of which many of the elongated wire 94 can be cut from the ruthenium-based material - can be sized and shaped for use as any of the electrodes or firing tip components of electrodes sized in the 1 to 5 shown or described herein. Shearing, diamond sawing, or any other suitable approach can be used to make the elongated wire 94 from the ruthenium-based material to cut, in this way the electrode segment 96 to obtain.
Das aus dem länglichen Draht 94 aus dem Ruthenium-basierten Material erhaltende Elektrodensegment 96 kann in einer Zündkerze aufgenommen werden, und zwar im Schritt 270. Nach dem Warmverformen (Schritt 240) und nach dem Entfernen der Zwischenschicht 82 und der Umhüllung 86 aus der Nickel-basierten Legierung (Schritt 250) kann der Draht 94 aus dem Ruthenium-basierten Material beispielsweise eine Querschnittsfläche aufweisen, die in einem Bereich zwischen etwa 0,07 mm2 (etwa 0,30 mm Durchmesser bei einer zylindrischen Form) bis etwa 0,95 mm2 (bei einem Durchmesser von etwa 1,1 mm bei zylindrischer Form) liegt. Eine spezielle Ausführungsform des Drahtes 94 aus dem Ruthenium-basierten Material, die brauchbar sein kann, ist ein zylindrisch geformter Draht, der durch eine Querschnittsfläche von etwa 0,4 mm2 (0,70 mm Durchmesser) charakterisiert ist. Ein individuelles Elektrodensegment 96 einer gewünschten Länge kann von dem Draht 94 mit dieser generellen Größe (0,07 mm2 ≤ CA ≤ 0,95 mm2) abgeschnitten werden, wie es im Schritt 260 angedeutet ist, und kann dann direkt als eine Zündspitzenkomponente verwendet werden, die an einer Mittelelektrode, einer Masseelektrode, einer Zwischenkomponente, etc. angebracht wird. Insbesondere kann das einzeln abgeschnittene Elektrodensegment 96 als die Zündspitzenkomponente 32 verwendet werden, die an der Zwischen- bzw. Vermittlungskomponente 34 an der Mittelelektrode 12 angebracht ist, die in den 1 und 2 dargestellt ist. Der oben beschriebene Prozess 200 kann natürlich auch praktiziert werden, um ein Elektrodensegment 96 aus einem Ruthenium-basierten Material zu bilden, wobei das Elektrodensegment 96 für eine andere Zündkerzenelektroden- und/oder Zündspitzenanwendung geeignet ist, die vorliegend nicht speziell erwähnt ist.That from the elongated wire 94 electrode segment obtained from the ruthenium-based material 96 can be absorbed in a spark plug, in step 270 , After hot working (step 240 ) and after removing the intermediate layer 82 and the serving 86 from the nickel-based alloy (step 250 ) can the wire 94 from the ruthenium-based material, for example, have a cross-sectional area ranging from about 0.07 mm 2 (about 0.30 mm diameter in a cylindrical shape) to about 0.95 mm 2 (with a diameter of about 1.1 mm in a cylindrical shape). A special embodiment of the wire 94 The ruthenium-based material that may be useful is a cylindrically shaped wire characterized by a cross-sectional area of about 0.4 mm 2 (0.70 mm diameter). An individual electrode segment 96 a desired length can be from the wire 94 be cut off with this general size (0.07mm 2 ≤ CA ≤ 0.95mm 2 ) as it is in the step 260 is indicated, and may then be directly used as a firing tip component attached to a center electrode, a ground electrode, an intermediate component, etc. In particular, the individually cut electrode segment 96 as the firing tip component 32 be used at the intermediate or mediation component 34 at the center electrode 12 attached in the 1 and 2 is shown. The process described above 200 Of course, it can also be practiced to an electrode segment 96 from a ruthenium-based material to form, the electrode segment 96 is suitable for a different Zündkerzenelektroden- and / or Zündspitzenanwendung, which is not specifically mentioned in the present case.
Wenn der längliche Draht 94 eine ”fibröse” Kornstruktur 130 aufweist, wie vorher erörtert, dann wird das Elektrodensegment 96 vorzugsweise in jeder beliebigen Art der in den 1 bis 5 gezeigten Zündkerzen verwendet bzw. verwendbar, und zwar so, dass eine Oberfläche 150 des Segmentes, die senkrecht zu den axialen Abmessungen 132A der Körner 132 ausgerichtet ist (nachstehend aus Gründen einer kürzeren Darstellung ”senkrechte Fläche 150”), die Funkenfläche bildet, wie es in 15 gezeigt ist. Eine derartige Orientierung des Elektrodensegmentes 96 innerhalb der Zündkerze 10 kann dazu führen, dass die axialen Abmessungen 132A der Körner 132 parallel zu einer Längsachse L der Mittelelektrode 12 (2) liegen, wenn das Elektrodensegment 96 an der Mittelelektrode 12 oder der Masseelektrode 18 angebracht ist. Wenn das Elektrodensegment 96 beispielsweise als die Zündspitze 32 für die Konstruktion mit mehrschichtigem Niet (”multi-layer rivet”, MLR) verwendet wird, die in den 1–2 gezeigt ist, liegt die senkrechte Fläche 150 vorzugsweise der Zündspitze 30 gegenüber, die an der Masseelektrode 18 angebracht ist. Hierdurch liegen die axialen Abmessungen 132A der Körner 132 parallel zu der Längsachse L der Mittelelektrode 12 und senkrecht zu der Funkenfläche der Zündspitze 32. Das Elektrodensegment 96 wird auch vorzugsweise auf die gleiche Art und Weise für die anderen Zündspitzenkomponenten 40, 50 verwendet, die in den 3–4 gezeigt sind. In gleicher Weise, und zwar als weiteres Beispiel, liegt die senkrechte Fläche 150 dann, wenn das Elektrodensegment 96 als eine Zündspitze 30, 42 verwendet wird, die an der Masseelektrode 18 der Konstruktionen angebracht wird, die in den 1–3 gezeigt ist, vorzugsweise der Zündspitze 32, 40 der Mittelelektrode 12 gegenüber. Bei diesen Ausführungsformen liegen die axialen Abmessungen 132A der Körner 132 parallel zu der Längsachse LC der Mittelelektrode 12, und zwar wie vorher, und senkrecht zu der Funkenfläche der Zündspitze 32, 40. Das Verwenden einer anderen Oberfläche des Elektrodensegmentes 96 – außer der senkrechten Fläche 150 – als die Funkenfläche kann jedoch auch durchgeführt werden, obgleich dies nicht bevorzugt ist. Wenn beispielsweise das Elektrodensegment 96 als die Zündspitze 60 für die in 5 gezeigte Konstruktion verwendet wird, kann die senkrechte Fläche 150 des Segmentes 96 der Zündspitze 62 nicht gegenüberliegen, die an der Masseelektrode 18 angebracht ist; stattdessen kann eine Seitenfläche 152 der Zündspitze 62 gegenüberliegen und als die Funkenfläche dienen.When the elongated wire 94 a "fibrous" grain structure 130 as previously discussed, then the electrode segment becomes 96 preferably in any kind of in the 1 to 5 used spark plug shown or usable, in such a way that a surface 150 of the segment perpendicular to the axial dimensions 132A the grains 132 is aligned (hereinafter "shorter surface" for the sake of brevity) 150 "), Which forms spark surface, as it is in 15 is shown. Such an orientation of the electrode segment 96 inside the spark plug 10 can cause the axial dimensions 132A the grains 132 parallel to a longitudinal axis L of the center electrode 12 ( 2 ) are when the electrode segment 96 at the center electrode 12 or the ground electrode 18 is appropriate. When the electrode segment 96 for example, as the firing tip 32 used for the construction with multi-layer rivet (MLR), which in the 1 - 2 is shown, lies the vertical surface 150 preferably the firing tip 30 opposite, at the ground electrode 18 is appropriate. As a result, the axial dimensions are 132A the grains 132 parallel to the longitudinal axis L of the center electrode 12 and perpendicular to the spark surface of the firing tip 32 , The electrode segment 96 is also preferably in the same way for the other Zündspitzenkomponenten 40 . 50 used in the 3 - 4 are shown. In the same way, and as another example, lies the vertical surface 150 then when the electrode segment 96 as a firing tip 30 . 42 is used, which at the ground electrode 18 of the constructions attached in the 1 - 3 is shown, preferably the firing tip 32 . 40 the center electrode 12 across from. In these embodiments, the axial dimensions 132A the grains 132 parallel to the longitudinal axis L C of the center electrode 12 as before and perpendicular to the spark surface of the firing tip 32 . 40 , Using another surface of the electrode segment 96 - except the vertical surface 150 However, the sparking surface may also be performed, although this is not preferred. For example, if the electrode segment 96 as the firing tip 60 for the in 5 shown construction, the vertical surface 150 of the segment 96 the firing tip 62 not opposite, at the ground electrode 18 is appropriate; instead, can be a side surface 152 the firing tip 62 opposite and serve as the spark surface.
Es versteht sich, dass das Vorstehende eine Beschreibung von einer oder mehreren bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ist. Die Erfindung ist nicht auf die bestimmte Ausführungsform bzw. die bestimmten Ausführungsformen beschränkt, die vorliegend offenbart sind, sondern ist lediglich durch die nachstehend angegebenen Ansprüche beschränkt. Ferner sind Angaben, die in der vorstehenden Beschreibung enthalten sind, auf bestimmte Ausführungsformen bezogen und nicht als Beschränkungen des Schutzbereiches der Erfindung auszulegen oder der Definition von Begriffen auszulegen, die in den Ansprüchen verwendet werden.It should be understood that the foregoing is a description of one or more preferred exemplary embodiments of the invention. The invention is not limited to the particular embodiment (s) disclosed herein but is limited only by the claims set forth below. Furthermore, indications contained in the above description are related to certain embodiments and are not to be construed as limitations on the scope of the invention or to be interpreted as defining terms used in the claims.
Die Begriffe ”zum Beispiel”, ”z. B.”, ”beispielsweise”, ”wie” und ”so wie” sowie die Verben ”aufweisen”, ”haben”, ”enthalten” und ihre anderen Verbformen, wenn in Verbindung mit einer Auflistung von einer oder mehreren Komponenten oder anderen Gegenständen verwendet, sind bei Verwendung in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen als nicht abschließend zu verstehen, was bedeutet, dass die Auflistung nicht andere zusätzliche Komponenten oder Gegenstände nicht ausschließen soll. Andere Begriffe sind unter Verwendung ihrer breitesten vernünftigen Bedeutung auszulegen, es sei denn, sie werden in einem Kontext verwendet, der eine unterschiedliche Interpretation erfordert. Addendum A The terms "for example", "z. ",""Forexample,""as," and "as," as well as the verbs "have,""have,""contain," and their other verb forms, when used in conjunction with a listing of one or more components or other items are not intended to be exhaustive as used in the present specification and claims, which means that the listing is not intended to exclude other additional components or items. Other terms are to be construed using their broadest reasonable meaning unless they are used in a context that requires a different interpretation. Addendum A
