DE102013219520B4

DE102013219520B4 - Zündkerze für Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102013219520B4
Application number: DE102013219520.6A
Authority: DE
Inventors: Yuki Murayama; Nobuo Abe; Yoshinori Doi; Toshiyuki TOMINE
Original assignee: Denso Corp; Ishifuku Metal Industry Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Ishifuku Metal Industry Co Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2033-09-28
Also published as: US9077158B2; DE102013219520A1; CN103715610A; JP6039983B2; US20140091701A1; JP2014072037A; CN103715610B

Abstract

Zündkerze (1) zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine, mit:einer Mittelelektrode (2);einer Masseelektrode (3), die so angeordnet ist, dass sie der Mittelelektrode (2) zugewandt ist, um zwischen der Mittelelektrode (2) und der Masseelektrode (3) einen Funkenentladungsspalt (G) zu bilden; undeinem Elektrodenplättchen (4), das auf zumindest einer der Mittelelektrode (2) und der Masseelektrode (3) ausgebildet ist,wobei das Elektrodenplättchen (4) folgendes umfasst: einen Grundabschnitt (41); und eine chromreiche Schicht (43), die auf zumindest einem Teil des Grundabschnitts (41) ausgebildet ist,wobei der Grundabschnitt (41) Folgendes umfasst: Chrom in einem Bereich von 5 bis 45 Masse-%; ein Element (X) in einem Bereich von 0,5 bis 25 Masse-%; und einen Rest, der sich aus Wolfram und unvermeidbaren Verunreinigungen zusammensetzt, unddie chromreiche Schicht (43) einen höheren Gehalt an Chrom als der Grundabschnitt (41) hat unddas in dem Grundabschnitt (41) enthaltene Element (X) mindestens ein Element aus Molybdän, Silizium, Aluminium und Palladium umfasst,dadurch gekennzeichnet, dasszwischen dem Grundabschnitt (41) und der chromreichen Schicht (43) eine Diffusionsschicht (42) ausgebildet ist, die die Elemente, die den Grundabschnitt (41) bilden, und die Elemente, die die chromreiche Schicht (43) bilden, umfasst, wobei der Gehalt der Elemente, die den Grundabschnitt (41) bilden, in der Diffusionsschicht (42) zur Seite des Grundabschnitts (41) hin allmählich zunimmt, während der Gehalt der Elemente in der Diffusionsschicht (42) nahe an der Seite der chromreichen Schicht (43) allmählich zum Gehalt der Elemente in der chromreichen Schicht (43) zunimmt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Zündkerzen zur Verwendung in Brennkraftmaschinen von Motorfahrzeugen etc.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Es werden verbreitet verschiedene Bauarten von Zündkerzen benutzt, um ein Kraftstoffmischgas in einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine zu zünden, die in einem Motorfahrzeug eingebaut ist. Zum Beispiel umfasst eine Zündkerze eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode. Zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode ist ein Funkenentladungsspalt ausgebildet. Wenn zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode einer Zündkerze, die an einer Brennkammer angebracht ist, eine Funkenentladung erzeugt wird, wird ein Mischgas aus Luft und Kraftstoff gezündet. Es gibt eine Zündkerze mit einem verbesserten Aufbau, bei dem auf mindestens einer der Mittelelektrode und der Masseelektrode ein Elektrodenplättchen ausgebildet ist, um das Zündvermögen zu steigern.
In letzter Zeit wird die Temperatur einer Brennkammer in einer Brennkraftmaschine erhöht, um die Funktionsweise der Brennkraftmaschine zu verbessern. Die Erhöhung der Temperatur der Brennkammer erfordert eine hervorragende Verschleißbeständigkeit des Elektrodenplättchens, das in der Zündkerze auf mindestens einer der Mittelelektrode und der Masseelektrode ausgebildet ist. Es gibt Funkenabnutzung oder Funkenentladungsverschleiß und Oxidationsabnutzung oder Oxidationsverschleiß, die das Elektrodenplättchen in der Zündkerze abnutzen. Die Oberfläche des Elektrodenplättchens wird durch die Funkenentladung momentan aufgeschmolzen, wenn eine Funkenabnutzung auftritt. Die Oberfläche einer Elektrode in einer Zündkerze wird oxidiert und verdampft in einer Hochtemperaturumgebung, wenn eine Oxidationsabnutzung auftritt.
Zum Beispiel wird Iridium (Ir) als Elektrodenmaterial verwendet, wenn ein Elektrodenplättchen auf mindestens einer von einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode einer Zündkerze ausgebildet wird, da Iridium einen hohen Schmelzpunkt und eine hervorragende Funkenentladungsverschleißbeständigkeit hat. Da Iridium jedoch ein Edelmetall ist, das auf dem Handelsmarkt nur zu hohen Kosten verfügbar ist, erhöht die Verwendung von Iridium die Herstellungskosten der Zündkerze. Um die Herstellungskosten zu senken, wird anstelle von Iridium Wolfram (W) verwendet, da es verglichen mit Iridium einen höheren Schmelzpunkt hat und eine hervorragende Funkenverschleißbeständigkeit hat und auf dem Handelsmarkt zu geringen Kosten verfügbar ist. Da Wolfram jedoch eine hohe chemische Affinität zu Sauerstoff zeigt, hat Wolfram eine unzureichende Oxidationsbeständigkeit. Um dieses Problem zu vermeiden, wird in der JP H02 - 100 281 A offenbart, ein Elektrodenmaterial zu verwenden, das neben Wolfram Chrom (Cr) enthält, das eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit hat.
Allerdings hat die in der JP H02 - 100 281 A offenbarte Zündkerze das folgende Problem.
Damit das Elektrodenplättchen eine ausreichende Oxidationsbeständigkeit hat, enthält das Elektrodenmaterial Chrom, das einen Schmelzpunkt von ungefähr 1857 °C hat, was geringer als der Schmelzpunkt von ungefähr 3407 °C (oder 3380 °C) von Wolfram ist. Da die Erhöhung des Gehalts an Chrom in dem Elektrodenplättchen den Schmelzpunkt des Elektrodenplättchens senkt, kann das Elektrodenplättchen nicht für eine ausreichende Funkenentladungsverschleißbeständigkeit sorgen. Andererseits kann eine Senkung des Gehalts an Chrom in dem Elektrodenplättchen die Absenkung des Schmelzpunkts und der Funkenentladungsverschleißbeständigkeit des Elektrodenplättchens unterdrücken. Allerdings besteht die Möglichkeit, dass es dem Elektrodenplättchen schwerfällt, ausreichend die notwendige Oxidationsbeständigkeit zu erhalten.
Die JP 2006 - 32 185 A schlägt vor, für das Elektrodenplättchen einer Zündkerze ein Elektrodenmaterial zu verwenden, das neben Wolfram und Chrom mindestens eines der Elemente Palladium, Platin, Iridium, Rhodium, Ruthenium und Rhenium verwendet.
Aus der WO 2011 / 008 801 A2 ist schließlich eine Zündkerze mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 bekannt, bei der das Elektrodenplättchen aus einer Legierung besteht, die 10 bis 60 Masse-% Chrom, 0,5 bis 10 Masse-% Palladium sowie Rest Molybdän und Wolfram umfasst. Auf dem Elektrodenplättchen kann sich während des Gebrauchs der Zündkerze eine chromreiche Schicht aus Chromoxid bilden.
Es besteht ein starker Bedarf, zu geringen Herstellungskosten eine Zündkerze mit ausreichender Funkenentladungsverschleißbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit zur Verfügung zu stellen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze für die Verwendung in Brennkraftmaschinen zur Verfügung zu stellen, die eine hervorragende Funkenentladungsverschleißbeständigkeit, eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit und eine lange Lebensdauer hat und die zu geringen Herstellungskosten hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Zündkerze gelöst, die die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale hat.
Wie sich aus Patentanspruch 1 ergibt, ist das Elektrodenplättchen in der erfindungsgemäßen Zündkerze auf mindestens einer der Mittelelektrode und der Masseelektrode ausgebildet. Das Elektrodenplättchen umfasst den Grundabschnitt, die chromreiche Schicht und die Diffusionsschicht. Insbesondere ist zumindest ein Teil des Grundabschnitts mit der chromreichen Schicht bedeckt. Es ist auch akzeptabel, dass in dem Elektrodenplättchen die gesamte Oberfläche des Grundabschnitts mit der chromreichen Schicht bedeckt ist. In dem Elektrodenplättchen hat die chromreiche Schicht einen höheren Gehalt an Chrom (Cr) als der Grundabschnitt. Des Weiteren ist zwischen dem Grundabschnitt und der chromreichen Schicht die Diffusionsschicht ausgebildet. Dieser Aufbau der Zündkerze ermöglicht es, gleichzeitig sowohl eine verbesserte Funkenentladungsverschleißbeständigkeit als auch eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit zu haben.
Und zwar haben die Erfinder festgestellt, dass es für die Oberfläche des Elektrodenplättchens notwendig und wirksam ist, Oxidationsbeständigkeit zu haben und den Gehalt an Chrom zu erhöhen, um auf dem Elektrodenplättchen eine Chromoxidationsschutzschicht zu erhalten, anstatt auf dem Elektrodenplättchen den Gehalt an Chrom zu erhöhen, um die Chromoxidationsschutzschicht zu erzeugen.
In der erfindungsgemäßen Zündkerze ist auf der Oberfläche des Elektrodenplättchens die chromreiche Schicht ausgebildet, wobei der Gehalt an Chrom in der chromreichen Schicht höher als der Gehalt an Chrom in dem Grundabschnitt ist. Dieser Aufbau ermöglicht es, in dem Elektrodenplättchen auf der Oberfläche der chromreichen Schicht eine harte Chromoxidationsschutzschicht auszubilden, wenn die Zündkerze anfangs benutzt wird. Nach der Erzeugung der Chromoxidationsschutzschicht auf der Oberfläche der chromreichen Schicht ist es möglich, die Chromoxidationsschutzschicht durch Diffusion von Chrom, das in dem Grundabschnitt enthalten ist, zu erhalten. Dies ermöglicht es, eine Zündkerze mit langer Lebensdauer zur Verfügung zu stellen.
Andererseits hat der Grundabschnitt den im angegebenen Bereich liegenden Gehalt an Chrom. Und zwar hat der Grundabschnitt einen Gehalt an Chrom, der geringer als der Gehalt an Chrom in der chromreichen Schicht ist. Da das Vorhandensein der auf der Oberfläche des Elektrodenplättchens ausgebildeten chromreichen Schicht es möglich macht, ausreichend die Oxidationsbeständigkeit zu erhalten, ist es möglich, den Gehalt an Chrom im Grundabschnitt zu senken. Dies unterdrückt einen Anstieg des Gehalts an Chrom im Grundabschnitt. Und zwar ermöglicht es dieser Aufbau, die Absenkung des Schmelzpunkts und der Funkenentladungsverschleißbeständigkeit des Elektrodenplättchens zu unterdrücken, die durch das Vorhandensein von Chrom hervorgerufen wird. Mit anderen Worten sorgt dieser Aufbau des Grundabschnitts für die Eigenschaften von Wolfram (W), das einen hohen Schmelzpunkt und eine hohe Funkenentladungsverschleißbeständigkeit hat. Dementsprechend kann das Elektrodenplättchen in der Zündkerze ausreichend die hohe Funkenentladungsverschleißbeständigkeit haben. Demzufolge ist es für die erfindungsgemäße Zündkerze möglich, gleichzeitig sowohl die Funkenentladungsverschleißbeständigkeit als auch die Oxidationsbeständigkeit zu haben und daher eine lange Lebensdauer zu haben.
In dem Elektrodenplättchen der erfindungsgemäßen Zündkerze ist zwischen der chromreichen Schicht und dem Grundabschnitt zudem die Diffusionsschicht ausgebildet. Da die Diffusionsschicht die Elemente enthält, die die chromreiche Schicht und den Grundabschnitt bilden, sind die chromreiche Schicht und der Grundabschnitt in dem Elektrodenplättchen zusammen mit der Diffusionsschicht ausgebildet. Dieser Aufbau ermöglicht es, die chromreiche Schicht über die Diffusionsschicht fest mit dem Grundabschnitt zu verbinden. Dieser Aufbau kann die auf der Oberfläche des Elektrodenplättchens ausgebildete chromreiche Schicht daran hindern, sich zu lösen und verloren zu gehen, und ermöglicht es, die hervorragende Oxidationsbeständigkeit des Elektrodenplättchens für eine lange Zeitdauer zu erhalten.
Des Weiteren enthält der Grundabschnitt das Element X, das einen Gehalt in dem angegebenen Bereich, d. h. in dem Bereich von 0,5 bis 25 Masse-%, hat. Das Element X ist mindestens ein Element von Elementen wie Molybdän (Mo), Silizium (Si), Aluminium (Al) und Palladium (Pd). Dieser Aufbau ermöglicht es, die Sinterfähigkeit des Grundabschnitts zu verbessern, d. h. durch Brennen oder Sintern die Sinterdichte des Grundabschnitts zu erhöhen. Dementsprechend ist es möglich, die Haltbarkeit des Grundabschnitts in dem Elektrodenplättchen der Zündkerze zu erhöhen und die Funkenentladungsverschleißbeständigkeit und die Oxidationsbeständigkeit des Elektrodenplättchens zu erhöhen. Und zwar wird in dem Grundabschnitt, wenn der Grundabschnitt in einem Elektrodenplättchen eine geringe Sinterdichte hat, eine Vielzahl von Poren erzeugt und dadurch schreitet die Oxidation in dem Grundabschnitt fort. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass der Grundabschnitt durch das Vorhandensein von Porosität brechen kann, wenn die Zündkerze vibrieren gelassen wird, zum Beispiel wenn eine Brennkraftmaschine arbeitet, an der die Zündkerze angebracht ist. Es besteht die Möglichkeit einer Verringerung der Haltbarkeit der Zündkerze. Es ist vorzuziehen, die Sinterdichte des Grundabschnitts in dem Elektrodenplättchen zu erhöhen, um das Vorhandensein von Porosität in dem Grundabschnitt zu verringern. Dieser Aufbau des Elektrodenplättchens in der Zündkerze ermöglicht es, für wichtige Wirkungen wie eine verbesserte Funkenentladungsverschleißbeständigkeit und eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit zu sorgen.
Außerdem enthält der Grundabschnitt preiswertes Wolfram. Da Wolfram (W) zu geringen Kosten auf dem Handelsmarkt verfügbar ist, ist es möglich, die Herstellungskosten der Zündkerze zu verringern. Die Erfindung kann das Elektrodenplättchen zu geringen Herstellungskosten zur Verfügung stellen, weswegen es möglich ist, die Herstellungskosten der Zündkerze verglichen mit denen einer herkömmlichen Zündkerze, die ein Elektrodenplättchen hat, das ein Edelmetall wie Iridium (Ir) enthält, das zu hohen Kosten auf dem Handelsmarkt verfügbar ist, drastisch zu senken.
Wie zuvor beschrieben wurde, ist es der Erfindung möglich, zu geringen Kosten eine Zündkerze zur Verfügung zu stellen, die eine hervorragende Funkenentladungsverschleißbeständigkeit, eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit und eine lange Lebensdauer hat.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird exemplarisch ein bevorzugtes, nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen:

1 eine Ansicht, die einen Querschnitt eines Teils einer Zündkerze gemäß einem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 eine Ansicht, die den Aufbau einer Mittelelektrode, einer Masseelektrode, eines auf der Mittelelektrode ausgebildeten Elektrodenplättchens, eines auf der Masseelektrode ausgebildeten Elektrodenplättchens und eines Funkenentladungsspalts (G) in der Zündkerze gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, die in 1 gezeigt ist;
3 eine Ansicht, die einen Querschnitt des auf der Mittelelektrode ausgebildeten Elektrodenplättchens in der Zündkerze gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
4 eine Ansicht, die einen Querschnitt einer Abwandlung des auf der Mittelelektrode ausgebildeten Elektrodenplättchens in der Zündkerze gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
5 eine Ansicht, die eine grafische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen dem Gehalt (Masse-%) von Chrom in einem Grundabschnitt jedes Elektrodenplättchens als Versuchsmuster und einem verlorenen Volumen des Elektrodenplättchens nach einem Haltbarkeitsversuch gemäß einem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
6 eine Ansicht, die eine grafische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen dem Gehalt (Masse-%) von Palladium in einem Grundabschnitt eines Elektrodenplättchens als Versuchsmuster und einer Sinterdichte des Elektrodenplättchens gemäß einem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
7 eine Ansicht, die eine grafische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen dem Gehalt (Masse-%) von Chrom in einer chromreichen Schicht und einem Volumenverlust eines Elektrodenplättchens als Versuchsmuster nach einem Haltbarkeitsversuch gemäß einem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt; und
8 eine Ansicht, die eine grafische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen der Dicke einer chromreichen Schicht, die auf einem Grundabschnitt jedes Elektrodenplättchens als Versuchsmuster ausgebildet ist, und einem verlorenen Volumen des Elektrodenplättchens nach einem Haltbarkeitsversuch gemäß einem fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder -ziffern über die verschiedenen Abbildungen hinweg gleiche oder sich entsprechende Bauteile.
Die erfindungsgemäße Zündkerze umfasst die Mittelelektrode, die Masseelektrode und das auf mindestens einer der Mittelelektrode und der Masseelektrode ausgebildete Elektrodenplättchen. Der Grundabschnitt enthält Chrom (Cr) in einem Bereich von 5 bis 45 Masse-% des Gesamtgehalts des Grundabschnitts.
Wenn in dem Grundabschnitt der Gehalt an Chrom weniger als 5 Masse-% beträgt, besteht die Möglichkeit, dass es dem Elektrodenplättchen schwerfällt, eine ausreichende Oxidationsbeständigkeit zu haben.
Wenn in dem Grundabschnitt dagegen der Gehalt an Chrom mehr als 45 Masse-% beträgt, sinkt der Schmelzpunkt des Elektrodenplättchens und besteht infolgedessen die Möglichkeit, dass es dem Elektrodenplättchen schwerfällt, eine ausreichende Funkenentladungsverschleißbeständigkeit zu haben.
Es ist daher vorzuziehen, dass der Grundabschnitt des Elektrodenplättchens in der Zündkerze Chrom in einem Bereich von 5 bis 45 Masse-% des Gesamtgehalts des Grundabschnitts enthält.
Zudem ist es noch mehr vorzuziehen, dass der Grundabschnitt des Elektrodenplättchens in der Zündkerze Chrom in einem Bereich von 15 bis 30 Masse-% des Gesamtgehalts des Grundabschnitts enthält.
Der Gehalt des Elements X in dem Grundabschnitt in dem Elektrodenplättchen, das in der Zündkerze auf mindestens einer der Mittelelektrode und der Masseelektrode ausgebildet ist, liegt in einem Bereich von 0,5 bis 25 Masse-% des Gesamtgehalts des Grundabschnitts.
Wenn in dem Grundabschnitt der Gehalt des Elements X weniger als 0,5 Masse-% beträgt, besteht die Möglichkeit, dass es dem Elektrodenplättchen schwerfällt, ausreichend die Sinterfähigkeit, d. h. die Sinterdichte des Grundabschnitts, zu verbessern.
Wenn in dem Grundabschnitt der Gehalt des Elements X dagegen mehr als 25 Masse-% beträgt, sinkt der Schmelzpunkt des Grundabschnitts in dem Elektrodenplättchen und besteht infolgedessen die Möglichkeit, dass es dem Elektrodenplättchen schwerfällt, eine ausreichende Funkenentladungsverschleißbeständigkeit zu haben. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Wirkung abnimmt, die Sinterfähigkeit des Grundabschnitts zu verbessern, für die durch Zugabe des Elements X in dem Grundabschnitt gesorgt wird.
In der erfindungsgemäßen Zündkerze ist zumindest ein Teil des Grundabschnitts mit der chromreichen Schicht bedeckt, die auf zumindest einem Teil der Oberfläche des Elektrodenplättchens ausgebildet ist. Und zwar ist es möglich, sie auf zumindest einem Teil der Oberfläche des Elektrodenplättchens auszubilden, der zur Außenseite der Zündkerze freiliegt. In dem Elektrodenplättchen ist zwischen dem Grundabschnitt und der Chromschicht eine Diffusionsschicht ausgebildet. Es ist möglich, die Diffusionsschicht in dem Elektrodenplättchen zwischen der chromreichen Schicht und dem Grundabschnitt zumindest teilweise auszubilden.
Auf einer Funkenentladungsoberfläche eines Elektrodenplättchens in einer Zündkerze, die der Oberfläche eines anderen Elektrodenplättchens zugewandt ist und auf der eine Funkenentladung erzeugt wird, um ein Kraftstoffmischgas in einer Brennkammer zu zünden, kommt es zu einem Funkenentladungsverschleiß. Andererseits tritt auf einer anderen Oberfläche des Elektrodenplättchens als der Funkenentladungsoberfläche des Elektrodenplättchens Oxidationsverschleiß auf. Dementsprechend ist es vorzuziehen, die chromreiche Schicht (und die Diffusionsschicht) auf der anderen Oberfläche des Elektrodenplättchens als der Funkenentladungsoberfläche auszubilden, um Oxidationsverschleiß zu verhindern und hervorragende Oxidationsbeständigkeit zu haben.
Die Diffusionsschicht ist zwischen dem Grundabschnitt und der chromreichen Schicht ausgebildet. Die Diffusionsschicht umfasst die Elemente, die den Grundabschnitt bilden, und die Elemente, die die chromreiche Schicht bilden. Zum Beispiel ist ein Teil der Diffusionsschicht, der nahe an dem Grundabschnitt liegt, reich an den Elementen, die den Grundabschnitt bilden, und ein Teil der Diffusionsschicht, der nahe an der chromreichen Schicht liegt, ist reich an den Elementen, die die chromreiche Schicht bilden.
Es ist akzeptabel, dass die chromreiche Schicht die gleichen Elemente enthält, die in der erfindungsgemäßen Zündkerze im Grundabschnitt enthalten sind.
Dieser Aufbau ermöglicht es, den Grundabschnitt und die chromreiche Schicht über die Diffusionsschicht fest zu verbinden und die chromreiche Schicht daran zu hindern, sich von der Oberfläche des Elektrodenplättchens zu lösen. Die in dem Grundabschnitt enthaltenen Elemente bezeichnen andere Elemente als die in dem Grundabschnitt enthaltenen unvermeidbaren Verunreinigungen.
Es ist für die chromreiche Schicht vorzuziehen, dass sie einen Gehalt an Chrom enthält, der um nicht weniger als 5 Masse-% höher als der in dem Grundabschnitt enthaltene Gehalt an Chrom ist. Dieser Aufbau ermöglicht es, auf der Oberfläche des Elektrodenplättchens (oder der chromreichen Schicht) ausreichend eine festere chromreiche Schicht aufzuwachsen und zu erhalten. Dies ermöglicht es dem Elektrodenplättchen, für die Oxidationsbeständigkeit zu sorgen und sie zu erhalten.
Wenn die Differenz beim Gehalt an Chrom zwischen dem Grundabschnitt und der chromreichen Schicht in einem Bereich von weniger als 5 Masse-% liegt, besteht die Möglichkeit, dass es schwierig ist, zu Beginn der anfänglichen Verwendung der Zündkerze ausreichend eine festere chromreiche Schicht auf der Oberfläche des Elektrodenplättchens (oder der chromreichen Schicht) aufzuwachsen und zu erhalten.
Dementsprechend ist es noch mehr vorzuziehen, dass die chromreiche Schicht einen Gehalt an Chrom enthält, der um nicht weniger als 5 Masse-% höher als der in dem Grundabschnitt enthaltene Gehalt an Chrom ist.
Des Weiteren ist es vorzuziehen, dass die chromreiche Schicht eine Dicke in einem Bereich von 1 µm bis 30 µm hat. Dieser Aufbau ermöglicht es, bei der anfänglichen Verwendung der Zündkerze eine festere chromreiche Schicht auf der Oberfläche des Elektrodenplättchens (oder der chromreichen Schicht) aufzuwachsen. Des Weiteren ermöglicht dieser Aufbau es dem Elektrodenplättchen, ausreichend Oxidationsbeständigkeit zu haben.
Wenn die chromreiche Schicht eine Dicke von weniger als 1 µm hat, besteht die Möglichkeit, dass es dem Elektrodenplättchen schwerfällt, ausreichend Oxidationsbeständigkeit zu haben.
Wenn die chromreiche Schicht dagegen eine Dicke von mehr als 30 µm hat, sinkt der Schmelzpunkt des Elektrodenplättchens aufgrund des Vorhandenseins von Chrom und besteht die Möglichkeit, dass es dem Elektrodenplättchen schwerfällt, ausreichend Oxidationsbeständigkeit zu haben. Dementsprechend ist es noch mehr vorzuziehen, dass die chromreiche Schicht eine Dicke in einem Bereich von 1 µm bis 30 µm hat.
Es ist akzeptabel, dass das Elektrodenplättchen eine chromreiche Schicht hat, die durch einen Diffusionsmetallisierungsprozess gewonnen wurde. Die Verwendung eines solchen Diffusionsmetallisierungsprozesses ermöglicht es, zwischen dem Grundabschnitt und der chromreichen Schicht die Diffusionsschicht leicht und präzise auszubilden und die chromreiche Schicht fester mit dem Grundabschnitt zu verbinden. Dadurch ist es möglich, die chromreiche Schicht noch mehr daran zu hindern, sich von der Oberfläche des Elektrodenplättchens zu lösen und verloren zu gehen.
Es ist auch möglich, die chromreiche Schicht durch ein anderes Verfahren als den Diffusionsmetallisierungsprozess aufzuwachsen. Zum Beispiel ist es möglich, einen Galvanisierungsprozess, einen Sputterprozess, einen Abscheidungsprozess etc. zu verwenden, um auf der Oberfläche des Grundabschnitts eine Chromschicht auszubilden. Nach der Ausbildung der Chromschicht ist es möglich, die chromreiche Schicht und die Diffusionsschicht durch einen Diffusionsglühprozess unter Vakuum oder einer Inertatmosphäre bei einer Temperatur in einem Bereich von 500 °C bis 1500 °C auszubilden.
Erstes exemplarisches Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 1 bis 4 folgt eine Beschreibung einer Zündkerze 1 gemäß einem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel.
1 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt eines Teils der Zündkerze 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt. 2 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer Mittelelektrode 2, einer Masseelektrode 3, eines auf der Mittelelektrode 2 ausgebildeten Elektrodenplättchens 4, eines auf der Masseelektrode ausgebildeten Elektrodenplättchens 4 und eines Funkenentladungsspalts G in der Zündkerze 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt, die in 1 gezeigt ist.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst die Zündkerze 1 die Mittelelektrode 2, die Masseelektrode 3, das auf der Mittelelektrode 2 ausgebildete Elektrodenplättchen 4 und das auf der Masseelektrode 3 ausgebildete Elektrodenplättchen 4. Zwischen der Mittelelektrode 2 und der Masseelektrode 3 ist der Funkenentladungsspalt G ausgebildet. Genauer gesagt ist der Funkenentladungsspalt G zwischen dem auf der Mittelelektrode 2 ausgebildeten Elektrodenplättchen 4 und dem auf der Masseelektrode 3 ausgebildeten Elektrodenplättchen 4 ausgebildet.
3 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt des Elektrodenplättchens 4 zeigt, das in der Zündkerze 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel auf der Mittelelektrode 2 ausgebildet ist. Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das Elektrodenplättchen 4 den Grundabschnitt 41, die chromreiche Schicht 43 und die Diffusionsschicht 42. Die chromreiche Schicht 43 ist auf zumindest einem Teil des Grundabschnitts 41 ausgebildet, so dass der Grundabschnitt 41 von der chromreichen Schicht 43 bedeckt wird. Die chromreiche Schicht 43 hat einen höheren Gehalt an Chrom (Cr) als der Grundabschnitt 41. Zwischen dem Grundabschnitt 41 und der chromreichen Schicht 43 ist die Diffusionsschicht 42 ausgebildet.
Das Elektrodenplättchen 4 enthält insbesondere Chrom in einem Bereich von 5 bis 45 Masse-%, ein Element X in einem Bereich von 0,5 bis 25 Masse-% und einen Rest, der sich aus Wolfram und unvermeidbaren Verunreinigungen zusammensetzt. Das in dem Grundabschnitt 41 enthaltene Element X umfasst mindestens ein Element aus Molybdän (Mo), Silizium (Si), Aluminium (Al) und Palladium (Pd).
Es folgt nun eine ausführliche Beschreibung der auf der Mittelelektrode 2 und der Masseelektrode 3 ausgebildeten Elektrodenplättchen 4.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Zündkerze 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel die Mittelelektrode 2, die Masseelektrode 3, die Elektrodenplättchen 4, einen elektrischen Isolator 5, etwa einen elektrischen Keramikisolator etc., und ein Gehäuse 6. Das Gehäuse 6 hat eine Zylinderform. Am Außenumfang des Gehäuses 6 ist ein Schraubenabschnitt 61 ausgebildet. Die Zündkerze 1 ist über ein (nicht gezeigtes) Schraubloch, das in einem Wandabschnitt einer (nicht gezeigten) Brennkammer einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine ausgebildet ist, und den Schraubabschnitt 61 des Gehäuses 6 an dem Wandabschnitt der Brennkammer befestigt.
Der elektrische Isolator 5 hat eine Zylinderform. Der elektrische Isolator 5 wird im Inneren des Gehäuses 6 getragen. Die Mittelelektrode 2 wird im Inneren des elektrischen Isolators 5 getragen, so dass die Mittelelektrode 2 aus dem elektrischen Isolator 5 vorsteht und zur Außenseite, d. h. zu einem Kraftstoffgemisch in der Brennkammer, wenn die Zündkerze 1 an einer Brennkraftmaschine angebracht ist, freiliegt.
Die Masseelektrode 3 ist mit einer vorderen Endfläche 60 des Gehäuses 6 verbunden. Wie in 1 und 2 gezeigt ist, verläuft die Masseelektrode 3 von der vorderen Endfläche 60 des Gehäuses 6 aus zur Mittelelektrode 2 hin und ist so gekrümmt, dass die Masseelektrode 3 der Mittelelektrode 2 entlang einer Axialrichtung der Zündkerze 1 gegenüberliegt.
Wie in 2 gezeigt ist, ist das Elektrodenplättchen 4 durch Schweißen mit einem vorderen Endabschnitt 211 eines Mittelelektrodengrundabschnitts 21 der Mittelelektrode 2 verbunden. Außerdem ist das Elektrodenplättchen 4 durch Schweißen mit einem Gegenabschnitt 311 eines Masseelektrodengrundabschnitts 31 der Masseelektrode 3 verbunden. Der Mittelelektrodengrundabschnitt 21 der Mittelelektrode 2 und der Masseelektrodengrundabschnitt 31 der Masseelektrode 3 bestehen jeweils aus einer Nickellegierung (Ni-Legierung). Jedes der Elektrodenplättchen hat eine Zylinderform. Zwischen den Elektrodenplättchen 4 ist der Funkenentladungsspalt G ausgebildet.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das Elektrodenplättchen 4 den Grundabschnitt 41, die chromreiche Schicht 43 und die zwischen dem Grundabschnitt 41 und der chromreichen Schicht 43 ausgebildete Diffusionsschicht 42. Das auf der Masseelektrode 3 ausgebildete Elektrodenplättchen 4 hat den gleichen Aufbau wie das auf der Mittelelektrode 2 ausgebildete Elektrodenplättchen 4.
Insbesondere umfasst der Grundabschnitt 41 Chrom (Cr) in einem Bereich von 5 bis 45 Masse-%, ein Element X in einem Bereich von 0,5 bis 25 Masse-% und einen Rest, der sich aus Wolfram und unvermeidbaren Verunreinigungen zusammensetzt. Das in dem Grundabschnitt 41 enthaltene Element X umfasst mindestens ein Element aus Molybdän (Mo), Silizium (Si), Aluminium (Al) und Palladium (Pd).
Die chromreiche Schicht 43 ist auf der gesamten Oberfläche des Elektrodenplättchens 4 ausgebildet, so dass die chromreiche Schicht 43, wie in 3 gezeigt ist, zur Außenseite der Zündkerze 1 freiliegt. Die chromreiche Schicht 43 enthält die gleichen Elemente (Cr, das Element X und W), die in dem Grundabschnitt 41 enthalten sind. Der Gehalt an Chrom der chromreichen Schicht 43 ist insbesondere höher als der des Grundabschnitts 41. Genauer gesagt ist der Gehalt an Chrom in der chromreichen Schicht 43 um nicht weniger als 5 Masse-% höher als der des Grundabschnitts 41. Des Weiteren hat die chromreiche Schicht 43 eine Dicke in einem Bereich von 1 µm bis 30 µm. Darüber hinaus ist die chromreiche Schicht 43 durch einen Diffusionsmetallisierungsprozess ausgebildet.
Die Diffusionsschicht 42 umfasst die Elemente, die den Grundabschnitt 41 bilden, und die Elemente, die die chromreiche Schicht 43 bilden. Genauer gesagt nimmt der Gehalt der Elemente, die den Grundabschnitt 41 bilden, in der Diffusionsschicht 42 allmählich zu, wenn die Diffusionsschicht 42 näher auf der Seite des Grundabschnitts 41 liegt. Andererseits nimmt der Gehalt der Elemente in der Diffusionsschicht 42 allmählich zum Gehalt der Elemente in der chromreichen Schicht 43 zu, wenn ein Teil der Diffusionsschicht 42 allmählich nahe an der Seite der chromreichen Schicht 43 liegt.
Des Weiteren wird die Diffusionsschicht 42, wie später erläutert wird, gebildet, wenn die chromreiche Schicht 43 durch den Diffusionsmetallisierungsprozess ausgebildet wird.
Als nächstes erfolgt die Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung des Elektrodenplättchens 4 in der Zündkerze 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel.
Es wird ein Ausgangsmaterialpulver angefertigt, das die chemische Zusammensetzung des Elektrodenplättchens 4 hat. Das Ausgangsmaterialpulver wird zu einem Formkörper geformt, der die vorbestimmte Form des Elektrodenplättchens 4 hat. Mit dem Formkörper, der in einem wärmebeständigen Behälter platziert wird, erfolgt ein Heizprozess, um den Formkörper in einer nicht oxidierenden Atmosphäre (z. B. einer Argonatmosphäre (Ar-Atmosphäre)) bei einer Temperatur in einem Bereich von 1300 °C bis 1500 °C zu brennen/sintern. Dieser Prozess ermöglicht es, den Grundabschnitt 41 zu erzeugen, der eine Säulenform hat, die einen Durchmesser von 0,55 mm und eine Axiallänge von 0,8 mm hat.
Als nächstes wird der zuvor hergestellte Grundabschnitt 41 durch einen Diffusionsmetallisierungsprozess behandelt. Genauer gesagt wird der Grundabschnitt 41 in einem wärmebeständigen Behälter platziert, und in dem wärmebeständigen Behälter wird um den Grundabschnitt 41 herum Chrom (Cr) platziert. Der wärmebeständige Behälter wird versiegelt und eine Stunde lang in einer Argonatmosphäre (Ar-Atmosphäre) bei einer Temperatur von 1500 °C gebrannt. Dies erzeugt auf der Oberfläche des Grundabschnitts 41 die chromreiche Schicht 43, wobei zwischen dem Grundabschnitt 41 und der chromreichen Schicht 43 außerdem die Diffusionsschicht 42 ausgebildet wird. Die Herstellung des Elektrodenplättchens 4, das den Grundabschnitt 41, die Diffusionsschicht 42 und die chromreiche Schicht 43 umfasst, wird, wie in 3 gezeigt ist, abgeschlossen.
Als nächstes erfolgen eine Beschreibung der Arbeitsweise und Wirkungen der Zündkerze 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel.
Wie in 2 gezeigt ist, ist bei dem Aufbau der Zündkerze 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel das Elektrodenplättchen 4 auf jeweils der Mittelelektrode 2 und der Masseelektrode 3 ausgebildet. Wie zuvor erläutert wurde, umfasst das Elektrodenplättchen 4 den Grundabschnitt 41, die chromreiche Schicht 43 und die Diffusionsschicht 42. Der Grundabschnitt 41 wird von der chromreichen Schicht 43 bedeckt. Die chromreiche Schicht 43 hat einen höheren Gehalt an Chrom als der Grundabschnitt 41. Zwischen dem Grundabschnitt 41 und der chromreichen Schicht 43 ist die Diffusionsschicht 42 ausgebildet. Der Aufbau der Zündkerze 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel ermöglicht es, sowohl Funkenentladungsverschleißbeständigkeit als auch Oxidationsbeständigkeit zu haben.
Und zwar haben die Erfinder festgestellt, dass es für die Oberfläche des Elektrodenplättchens 4 notwendig und wirksam ist, die Oxidationsbeständigkeit zu haben, und dass es zudem notwendig ist, den Gehalt an Chrom zu erhöhen, um in dem Elektrodenplättchen 4 eine Chromoxidationsschutzschicht zu erhalten, anstatt den Gehalt an Chrom zu erhöhen, um die Chromoxidationsschutzschicht zu erzeugen. Dementsprechend ist in der Zündkerze 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel auf der Oberfläche des Elektrodenplättchens 4 die chromreiche Schicht 43 ausgebildet, wobei der Gehalt an Chrom in der chromreichen Schicht 43 höher als der Gehalt an Chrom in dem Grundabschnitt 41 ist. Dieser Aufbau ermöglicht es, bei der anfänglichen Verwendung der Zündkerze 1 auf der Oberfläche der chromreichen Schicht in dem Elektrodenplättchen 4 eine Chromoxidationsschutzschicht zu erzeugen, die hart ist. Nach der Erzeugung der Chromoxidationsschutzschicht auf der Oberfläche der chromreichen Schicht 43 ist es möglich, die Chromoxidationsschutzschicht durch Chrom, das in dem Grundabschnitt 41 enthalten ist, zu erhalten.
Andererseits hat der Grundabschnitt 41 den im angegebenen Bereich liegenden Gehalt an Chrom. Und zwar hat der Grundabschnitt 41 einen Gehalt an Chrom, der geringer als der Gehalt an Chrom in der chromreichen Schicht 43 ist. Da das Vorhandensein der chromreichen Schicht 43, die auf der Oberfläche des Elektrodenplättchens 4 ausgebildet ist, die Oxidationsbeständigkeit ausreichend erhalten kann, ist es möglich, im Grundabschnitt 41 den Gehalt an Chrom zu senken. Dies verhindert eine Erhöhung des Gehalts an Chrom im Grundabschnitt 41. Und zwar ermöglicht es dieser Aufbau, eine Absenkung des Schmelzpunkts und der Funkenentladungsverschleißbeständigkeit des Elektrodenplättchens zu unterdrücken, die durch das Vorhandensein von Chrom hervorgerufen wird. Mit anderen Worten ermöglicht dieser Aufbau des Grundabschnitts 41 es, für die Eigenschaften von Wolfram (W) zu sorgen, das einen hohen Schmelzpunkt und eine hohe Funkenentladungsverschleißbeständigkeit hat. Dementsprechend kann das Elektrodenplättchen 4 in der Zündkerze 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel ausreichend die hohe Funkenentladungsverschleißbeständigkeit haben. Wie zuvor beschrieben wurde, ist es der Zündkerze 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel möglich, gleichzeitig die Funkenentladungsverschleißbeständigkeit und die Oxidationsbeständigkeit und daher eine lange Lebensdauer zu haben.
In dem Elektrodenplättchen 4 in der Zündkerze 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel ist zwischen der chromreichen Schicht 43 und dem Grundabschnitt 41 zudem die Diffusionsschicht 42 ausgebildet. Da die Diffusionsschicht 42 die Elemente umfasst, die die chromreiche Schicht 43 und den Grundabschnitt 41 bilden, sind die chromreiche Schicht 43 und der Grundabschnitt 41 über die Diffusionsschicht 42 zusammen ausgebildet. Dieser Aufbau ermöglicht es, die chromreiche Schicht 43 über die Diffusionsschicht 42 fest mit dem Grundabschnitt 41 zu verbinden. Dies ermöglicht es, die auf der Oberfläche des Elektrodenplättchens 4 ausgebildete chromreiche Schicht 43 daran zu hindern, sich von der Oberfläche des Elektrodenplättchens 4 zu lösen und verloren zu gehen und die hervorragende Oxidationsbeständigkeit des Elektrodenplättchens 4 für eine lange Zeitdauer zu erhalten.
Darüber hinaus enthält der Grundabschnitt 41 das Element X, dessen Gehalt in einem bestimmten Bereich (d. h. im Bereich von 0,5 bis 25 Masse-%) liegt. Das Element X ist mindestens ein Element von Elementen wie Molybdän (Mo), Silizium (Si), Aluminium (Al) und Palladium (Pd). Dieser Aufbau ermöglicht es, die Sinterfähigkeit des Grundabschnitts 41 zu verbessern, d. h. durch Sintern die Sinterdichte des Grundabschnitts 41 zu erhöhen. Es ist dementsprechend möglich, die Haltbarkeit des Grundabschnitts 41 in dem Elektrodenplättchen 4 der Zündkerze 1 zu erhöhen und die Funkenentladungsverschleißbeständigkeit und die Oxidationsbeständigkeit des Elektrodenplättchens 4 zu erhöhen.
Des Weiteren enthält der Grundabschnitt 41 Wolfram (W), das zu geringen Kosten auf dem Handelsmarkt verfügbar ist. Dies ermöglicht es, die Herstellungskosten der Zündkerze 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel zu senken. Das erste exemplarische Ausführungsbeispiel kann das Elektrodenplättchen 4 zu geringen Herstellungskosten zur Verfügung stellen, und es ist daher möglich, die Herstellungskosten der Zündkerze 1 verglichen mit denen einer herkömmlichen Zündkerze, die ein Elektrodenplättchen hat, das ein Edelmetall wie Iridium (Ir) enthält, das zu hohen Kosten auf dem Handelsmarkt verfügbar ist, drastisch zu senken.
Es ist akzeptabel, dass die chromreiche Schicht 43 die gleichen Elemente enthält, die in der Zündkerze 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel im Grundabschnitt 41 enthalten sind. Dieser Aufbau ermöglicht es, den Grundabschnitt 41 und die chromreiche Schicht 43 fest über die Diffusionsschicht 42 zu verbinden und noch mehr zu unterdrücken, dass sich die chromreiche Schicht 43 von dem Elektrodenplättchen 4 löst und von der Oberfläche des Elektrodenplättchens 4 verloren geht.
Es ist vorzuziehen, dass die chromreiche Schicht 43 einen Gehalt an Chrom hat, der um nicht weniger als 5 Masse-% höher als der des Grundabschnitts 41 ist. Dieser Aufbau ermöglicht es, die chromreiche Schicht 43 ausreichend noch fester aufzuwachsen und auf der Oberfläche des Elektrodenplättchens 4 (oder der chromreichen Schicht 42) die chromreiche Schicht 43 zu erhalten. Dieser Aufbau ermöglicht es, für das Elektrodenplättchen 4 mit hervorragender Oxidationsbeständigkeit zu sorgen, die für eine lange Zeitdauer aufrechterhalten wird.
Des Weiteren ist es vorzuziehen, dass die chromreiche Schicht 43 eine Dicke in einem Bereich von 1 µm bis 30 µm hat. Dieser Aufbau ermöglicht es, die chromreiche Schicht 43 fester auf der Oberfläche des Elektrodenplättchens 4 (oder der chromreichen Schicht 42) aufzuwachsen, wenn die Zündkerze 1 anfangs benutzt wird. Des Weiteren ermöglicht dieser Aufbau es dem Elektrodenplättchen 4, ausreichend Oxidationsbeständigkeit zu haben.
Es ist akzeptabel, dass das Elektrodenplättchen 4 die durch einen Diffusionsmetallisierungsprozess erzielte chromreiche Schicht 43 hat. Die Verwendung eines solchen Diffusionsmetallisierungsprozesses ermöglicht es, die Diffusionsschicht 42 zwischen dem Grundabschnitt 41 und der chromreichen Schicht 43 leicht und präzise auszubilden und die chromreiche Schicht 43 zudem fester mit dem Grundabschnitt 41 zu verbinden. Infolgedessen ist es möglich, die chromreiche Schicht 43 noch mehr daran zu hindern, sich von der Oberfläche des Elektrodenplättchens 4 zu lösen und verloren zu gehen.
Wie zuvor ausführlich beschrieben wurde, sorgt das erste exemplarische Ausführungsbeispiel für die Zündkerze 1, die eine hervorragende Funkenentladungsverschleißbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit und eine lange Lebensdauer hat.
Wie in 3 gezeigt ist, ist bei dem Aufbau der Zündkerze 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel die chromreiche Schicht 43 (und die Diffusionsschicht 42) auf der gesamten Oberfläche des Elektrodenplättchens 4 ausgebildet. Das Konzept der Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt.
4 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt einer Abwandlung 4-1 des auf der Mittelelektrode 2 ausgebildeten Elektrodenplättchens 4 in der Zündkerze 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt.
Wie in 4 gezeigt ist, hat die Abwandlung des Elektrodenplättchens 4-1 einen Aufbau, bei dem auf der Seite des Grundabschnitts 41 eine chromreiche Schicht 43-1 und eine Diffusionsschicht 42-1 ausgebildet sind. Und zwar ist die chromreiche Schicht 43-1 nicht auf der Oberseite des Grundabschnitts 41 ausgebildet, die der Seite einer Funkenentladungsoberfläche 401 entspricht, d. h. die der Masseelektrode 3 zugewandt ist, da der obere Teil des Elektrodenplättchens 4, der der Seite der Funkenentladungsoberfläche 401 entspricht, stark durch die Funkenentladung beeinträchtigt wird und Volumen verliert. Es ist daher möglich, die chromreiche Schicht 43-1 (und die Diffusionsschicht 42-1) nur auf der Seitenfläche des Grundabschnitts 41 auszubilden, die während der Funkenentladung durch Oxidation abgetragen wird.
Zweites exemplarisches Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 5 folgt nun eine Beschreibung des zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiels.
Im zweiten Ausführungsbeispiel wurden verschiedene Versuchsmuster angefertigt, die im Grundabschnitt einen unterschiedlichen Gehalt an Chrom (Cr) enthielten, und es wurde bei jedem Versuchsmuster die Verschleißbeständigkeit des Elektrodenplättchens, d. h. des Grundabschnitts, beurteilt.
Und zwar wurden das zweite exemplarische Ausführungsbeispiel und das dritte bis fünfte exemplarische Ausführungsbeispiel (die später erläutert werden) hinsichtlich der Verschleißbeständigkeit bei der Verwendung jedes Versuchsmusters, insbesondere hinsichtlich der Funkenentladungsverschleißbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit jedes Versuchsmuster, beurteilt.
Im zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurde eine Vielzahl von Versuchsmustern angefertigt. Der Grundabschnitt des Elektrodenplättchens als jeweiliges Versuchsmuster hatte einen unterschiedlichen Gehalt (x1 Masse-%) an Chrom (Cr). Um die Verschleißbeständigkeit des Grundabschnitts bei jedem Versuchsmuster korrekt zu beurteilen, umfasste das Elektrodenplättchen als jeweiliges Versuchsmuster nur den Grundabschnitt, nicht die chromreiche Schicht und die Diffusionsschicht.
Der Grundabschnitt hatte eine chemische Zusammensetzung aus (90 - x1) Masse-% Wolfram (W), x1 Masse-% Chrom (Cr) und 10 Masse-% Palladium (Pd). Und zwar kann der Grundabschnitt jedes Versuchsmusters durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: $(90 - x 1) W - x 1 Cr - 10 Pd .$
Im zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurde ein Haltbarkeitsversuch für Zündkerzen durchgeführt, die mit den Elektrodenplättchen als den Versuchsmustern ausgestattet waren, um die Verschleißbeständigkeit jedes Elektrodenplättchens als Versuchsmuster zu beurteilen.
In dem Haltbarkeitsversuch für die Zündkerzen mit den Versuchsmustern wurde das Elektrodenplättchen als Versuchsmuster in jeder Zündkerze durch Laserschweißen mit jeweils der Mittelelektrode und der Masseelektrode verbunden, und jede Zündkerze wurde in einen Reihensechszylindermotor mit einem Hubraum von 2500 ccm eingebaut. Der Motor wurde 100 Stunden lang bei 5600 U/min (d. h. Volllast) betätigt.
Bei der Beurteilung der Verschleißbeständigkeit jedes Versuchsmusters wurde das Elektrodenplättchen (als Versuchsmuster) vor und nach dem Haltbarkeitsversuch fotografiert, und mit Hilfe einer Software für rechnerunterstütztes Konstruieren (CAD) wie Uni-Grafics (UG) etc. wurde ein dreidimensionales Modell (3D-Modell) jedes Elektrodenplättchens vor und nach dem Haltbarkeitsversuch erstellt. Durch Vergleich der erzielten 3D-Modelle wurde das verlorene Volumen jedes Versuchsmusters als Volumendifferenz vor und nach dem Haltbarkeitsversuch berechnet.
5 ist eine Ansicht, die eine grafische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen dem Gehalt (Masse-%) an Chrom (Cr) in dem Grundabschnitt in jedem Elektrodenplättchen (Versuchsmuster) und einem verlorenen Volumen (mm³) des Elektrodenplättchens nach dem Haltbarkeitsversuch gemäß dem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt.
Wie aus den in 5 gezeigten Versuchsergebnissen deutlich hervorgeht, haben die Versuchsmuster mit einem Gehalt an Chrom in einem Bereich von 5 bis 45 Masse-% ein verlorenes Volumen von nicht mehr als 0,15 mm³, und diese Versuchsmuster hatten daher eine hervorragende Verschleißbeständigkeit.
Insbesondere die Versuchsmuster mit einem Gehalt an Chrom in einem Bereich von 15 bis 30 Masse-% hatten ein noch geringeres verlorenes Volumen und daher eine noch bessere Verschleißbeständigkeit.
Andererseits hatten die Versuchsmuster mit einem Gehalt an Chrom in einem Bereich von weniger als 5 Masse-% und mehr als 45 Masse-% ein höheres verlorenes Volumen.
Wie zuvor ausführlich beschrieben wurde, ist es möglich, dass der Grundabschnitt in dem Elektrodenplättchen eine hervorragende Verschleißbeständigkeit wie eine hervorragende Funkenentladungsverschleißbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit hat, wenn der Grundabschnitt einen Gehalt an Chrom in einem Bereich von 5 bis 45 Masse-% hat.
Es ist noch mehr vorzuziehen, dass der Grundabschnitt in dem Elektrodenplättchen einen Gehalt an Chrom in einem Bereich von 15 bis 30 Masse-% hat, um die Verschleißbeständigkeit weiter zu steigern.
Drittes exemplarisches Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 6 folgt nun eine Beschreibung des dritten exemplarischen Ausführungsbeispiels. Im dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurden Versuchsmuster als Elektrodenplättchen angefertigt, die einen unterschiedlichen Gehalt an Palladium (Pd) als Element X hatten, und es wurde die Sinterfähigkeit jedes Versuchsmusters beurteilt.
Im dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurde eine Vielzahl von Versuchsmustern angefertigt, d. h. von Elektrodenplättchen, die einen Grundabschnitt mit einem unterschiedlichen Gehalt (x2 Masse-%) an Palladium (Pd) umfassten. Und zwar kann der Grundabschnitt jedes Versuchsmusters durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: $60 W - (40 - x 2) Cr - x 2 Pd .$
Im dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurde die Sinterdichte jedes Grundabschnitts (als Versuchsmuster) erfasst, um die Sinterfähigkeit jedes Versuchsmusters zu beurteilen. Die Sinterdichte jedes Versuchsmusters wurde mittels des Archimedes-Verfahrens durch den Vergleich einer erfassten Sinterdichte mit einer idealen Dichte erfasst.
6 ist eine Ansicht, die eine grafische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen dem Gehalt an Palladium (Pd) im Grundabschnitt jedes Elektrodenplättchens (als Versuchskörper) und einer Sinterdichte (als Sinterfähigkeit) jedes Elektrodenplättchens gemäß dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt.
Wie aus den in 6 gezeigten Ergebnissen klar hervorgeht, hatten die Grundabschnitte als Versuchsmuster mit einem Gehalt an Palladium (Pd) von nicht weniger als 0,5 Masse-% eine Sinterdichte von nicht weniger als 85%.
Andererseits nahm die Sinterdichte der Versuchsmuster näherungsweise nicht zu, als der Gehalt an Palladium (Pd) in dem Grundabschnitt mehr als 25% betrug.
Infolgedessen ist ersichtlich, dass die Sinterfähigkeit (oder die Sinterdichte) des Grundabschnitts im Elektrodenplättchen erhöht wird, wenn im Grundabschnitt der Gehalt an Palladium (Pd) in einem Bereich von 0,5 bis 25 Masse-% liegt.
Wie zuvor beschrieben wurde, wurde im dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel Palladium (Pd) als das im Grundabschnitt des Elektrodenplättchens enthaltene Element X verwendet. Allerdings ist das Konzept der Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Zum Beispiel ist es möglich, anstelle von Palladium (Pd) entweder Molybdän (Mo), Silizium (Si) oder Aluminium (Al) zu verwenden.
Die Tabelle 1 zeigt Versuchsergebnisse zur Sinterfähigkeit (als Sinterdichte) von Versuchsmustern 1 bis 5, die im Grundabschnitt eine unterschiedliche Zusammensetzung des Elements X, etwa von Palladium (Pd), Molybdän (Mo), Silizium (Si) und Aluminium (Al), hatten.

Des Weiteren zeigt Tabelle 1 zusätzlich zum Ergebnis zur Sinterfähigkeit jedes Versuchsmusters das Ergebnis zur Verschleißbeständigkeit (verlorenes Volumen). Wie in Tabelle 1 angegeben ist, ergeben die Ergebnisse zur Sinterfähigkeit und zur Verschleißbeständigkeit des Versuchsmusters 1 gemäß dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel die gleichen Ergebnisse wie die Versuchsmuster des zuvor beschriebenen zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiels. Tabelle 1

Versuchsmuster Nr.	Zusammensetzung (Masse-%) des Grundabschnitts	Sinterdichte (%)	Verlorenes Volumen (mm3)
1	70W-30Cr	80	0,243
2	60W-30Cr-10Pd	87	0,104
3	60W-30Cr-10Mo	85	0,135
4	60W-30Cr-10Si	86	0,121
5	60W-30Cr-10Al	86	0,113

Wie aus Tabelle 1 deutlich hervorgeht, haben die Versuchsmuster Nr. 3, Nr. 4 und Nr. 5, die das Element X enthalten, das aus entweder Molybdän (Mo), Silizium (Si) oder Aluminium (Al) gewählt ist, eine Sinterdichte, die höher als die Sinterdichte des Versuchsmusters Nr. 1 ist, das kein Element X enthält. Darüber hinaus haben die Versuchsmuster Nr. 3, Nr. 4 und Nr. 5 annähernd die gleiche Sinterdichte wie das Versuchsmuster Nr. 2, das Palladium (Pd) enthält. Dementsprechend haben die Versuchsmuster Nr. 2., Nr. 3, Nr. 4 und Nr. 5 eine hervorragende Sinterfähigkeit.
Überdies geht aus den in Tabelle 1 angegebenen Versuchsergebnissen deutlich hervor, dass die Versuchsmuster Nr. 3, Nr. 4 und Nr. 5 ein deutlich geringeres verlorenes Volumen als das Versuchsmuster Nr. 1 hatten und dass die Versuchsmuster Nr. 3, Nr. 4 und Nr. 5 annähernd das gleiche verlorene Volumen wie das Versuchsmuster Nr. 2 hatten. Dementsprechend hatten die Versuchsmuster Nr. 3, Nr. 4 und Nr. 5 eine hervorragende Verschleißbeständigkeit.
Viertes exemplarisches Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 7 folgt nun eine Beschreibung des vierten exemplarischen Ausführungsbeispiels. Im vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurden Versuchsmuster als Elektrodenplättchen angefertigt, die in der chromreichen Schicht des Elektrodenplättchens einen unterschiedlichen Gehalt an Chrom (Cr) hatten, und es wurde die Verschleißbeständigkeit jedes Versuchsmusters beurteilt.
Im vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurden die Elektrodenplättchen als die Versuchsmuster angefertigt, die einen Grundabschnitt und eine chromreiche Schicht mit einem unterschiedlichen Gehalt (x3 Masse-%) an Chrom (Cr) hatten. Im vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasste jedes Elektrodenplättchen als Versuchsmuster einen Grundabschnitt, einen Diffusionsabschnitt und eine chromreiche Schicht. Der Grundabschnitt hat eine Zusammensetzung aus 60W - 30Cr - 10Pd. Die chromreiche Schicht hatte eine Zusammensetzung aus (90 - x3) W - x3 Cr - 10 Pd. Die chromreiche Schicht hatte eine Dicke von 10 µm.
Im vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurde ein Haltbarkeitsversuch der Zündkerzen durchgeführt, die mit den Elektrodenplättchen als Versuchsmustern ausgestattet waren, um die Verschleißbeständigkeit jedes Elektrodenplättchens als Versuchsmuster durch das gleiche Verfahren und die gleichen Prozeduren zu beurteilen, die zuvor beim zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel erläutert wurden.
7 ist eine Ansicht, die eine grafische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen dem Gehalt (Masse-%) an Chrom (Cr) in der chromreichen Schicht und einem verlorenen Volumen (mm³) des Elektrodenplättchens nach einem Haltbarkeitsversuch gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt.
Wie aus den in 7 gezeigten Versuchsergebnissen deutlich hervorgeht, hatten die Versuchsmuster mit der chromreichen Schicht, die einen Gehalt an Chrom (Cr) von nicht weniger als 35 Masse-% hatte (was um nicht weniger als 5% höher als der im Grundabschnitt enthaltene Gehalt an Chrom war), nach dem Haltbarkeitsversuch ein verlorenes Volumen von nicht mehr als 0,06 mm³ und hatten infolgedessen eine hervorragende Verschleißbeständigkeit. Insbesondere hatten die Versuchsmuster mit der chromreichen Schicht, die einen Gehalt an Chrom (Cr) von nicht weniger als 40 Masse-% hatte (was um nicht weniger als 10% höher als der im Grundabschnitt enthaltene Gehalt an Chrom war), nach dem Haltbarkeitsversuch ein noch geringeres verlorenes Volumen und hatten infolgedessen eine noch bessere Verschleißbeständigkeit.
Dagegen hatten die Versuchsmuster mit der chromreichen Schicht, die einen Gehalt an Chrom von weniger als 35 Masse-% hatte, nach dem Haltbarkeitsversuch ein höheres verlorenes Volumen.
Aus den Versuchsergebnissen geht hervor, dass es, um die Verschleißbeständigkeit des Elektrodenplättchens in der Zündkerze ausreichend zu erhalten, vorzuziehen ist, dass die chromreiche Schicht einen Gehalt an Chrom (Cr) enthält, der um nicht weniger als 5 Masse-% höher als der in dem Grundabschnitt enthaltene Gehalt an Chrom (Cr) ist. Des Weiteren ist es noch mehr vorzuziehen, dass die chromreiche Schicht einen Gehalt an Chrom (Cr) enthält, der um nicht weniger als 10 Masse-% höher als der im Grundabschnitt enthaltene Gehalt an Chrom (Cr) ist.
Fünftes exemplarisches Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 8 folgt nun eine Beschreibung des fünften exemplarischen Ausführungsbeispiels. Im fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel wurden Versuchsmuster als Elektrodenplättchen angefertigt, die im Elektrodenplättchen eine unterschiedliche Dicke der chromreichen Schicht hatten, und es wurde die Verschleißbeständigkeit jedes Versuchsmusters beurteilt.
Im fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel wurden Elektrodenplättchen angefertigt. Jedes Elektrodenplättchen hatte als Versuchsmuster den Grundabschnitt, die Diffusionsschicht und die chromreiche Schicht. Der Grundabschnitt hat eine Zusammensetzung aus 60W - 30Cr - 10Pd. Die chromreiche Schicht hat eine Zusammensetzung aus 52W - 40 Cr - 8Pd. In jedem Elektrodenplättchen als Versuchsmuster hatte die chromreiche Schicht eine unterschiedliche Dicke.
Im fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel erfolgte ein Haltbarkeitsversuch für Zündkerzen, die mit den Elektrodenplättchen als Versuchsmustern ausgestattet waren, um die Verschleißbeständigkeit jedes Elektrodenplättchens als Versuchsmuster durch das gleiche Verfahren und die gleichen Prozeduren zu beurteilen, die zuvor beim zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel erläutert wurden.
8 ist eine Ansicht, die eine grafische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen der Dicke der chromreichen Schicht und einem verlorenen Volumen jedes Elektrodenplättchens als Versuchsmuster nach dem Haltbarkeitsversuch gemäß dem fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt.
8 zeigt die Beurteilungsergebnisse des Haltbarkeitsversuchs der Versuchsmuster. Und zwar zeigt 8 einen Zusammenhang zwischen der Dicke (µm) der chromreichen Schicht und einem verlorenen Volumen (mm³) jedes Elektrodenplättchens nach dem Haltbarkeitsversuch.
Wie aus den in 8 gezeigten Ergebnissen deutlich hervorgeht, hatten die Versuchsmuster mit der chromreichen Schicht, die eine Dicke in einem Bereich von 1 µm bis 30 µm hatte, ein verlorenes Volumen von nicht mehr als 0,06 mm³ und hatten infolgedessen eine hervorragende Verschleißbeständigkeit. Insbesondere ist ersichtlich, dass die Versuchsmuster mit der chromreichen Schicht, die eine Dicke in einem bestimmten Bereich von 5 µm bis 30 µm hatte, ein noch geringeres verlorenes Volumen hatten, und dass sie infolgedessen eine noch bessere Verschleißbeständigkeit hatten.
Andererseits hatten die Versuchsmuster mit der chromreichen Schicht, die eine Dicke in einem Bereich von weniger als 1 µm und mehr als 30 µm hatte, ein höheres verlorenes Volumen und hatten infolgedessen eine schlechte Verschleißbeständigkeit.
Infolgedessen ist es vorzuziehen, dass das Elektrodenplättchen eine Dicke der chromreichen Schicht in einem Bereich von 1 bis 30 µm und besser noch in einem Bereich von 5 µm bis 30 µm hat, um die Verschleißbeständigkeit ausreichend zu erhalten.

Claims

Zündkerze (1) zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine, mit: einer Mittelelektrode (2); einer Masseelektrode (3), die so angeordnet ist, dass sie der Mittelelektrode (2) zugewandt ist, um zwischen der Mittelelektrode (2) und der Masseelektrode (3) einen Funkenentladungsspalt (G) zu bilden; und einem Elektrodenplättchen (4), das auf zumindest einer der Mittelelektrode (2) und der Masseelektrode (3) ausgebildet ist, wobei das Elektrodenplättchen (4) folgendes umfasst: einen Grundabschnitt (41); und eine chromreiche Schicht (43), die auf zumindest einem Teil des Grundabschnitts (41) ausgebildet ist, wobei der Grundabschnitt (41) Folgendes umfasst: Chrom in einem Bereich von 5 bis 45 Masse-%; ein Element (X) in einem Bereich von 0,5 bis 25 Masse-%; und einen Rest, der sich aus Wolfram und unvermeidbaren Verunreinigungen zusammensetzt, und die chromreiche Schicht (43) einen höheren Gehalt an Chrom als der Grundabschnitt (41) hat und das in dem Grundabschnitt (41) enthaltene Element (X) mindestens ein Element aus Molybdän, Silizium, Aluminium und Palladium umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundabschnitt (41) und der chromreichen Schicht (43) eine Diffusionsschicht (42) ausgebildet ist, die die Elemente, die den Grundabschnitt (41) bilden, und die Elemente, die die chromreiche Schicht (43) bilden, umfasst, wobei der Gehalt der Elemente, die den Grundabschnitt (41) bilden, in der Diffusionsschicht (42) zur Seite des Grundabschnitts (41) hin allmählich zunimmt, während der Gehalt der Elemente in der Diffusionsschicht (42) nahe an der Seite der chromreichen Schicht (43) allmählich zum Gehalt der Elemente in der chromreichen Schicht (43) zunimmt.
Zündkerze (1) zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die chromreiche Schicht (43) die gleichen Elemente enthält, wie in dem Grundabschnitt (41) enthalten sind.
Zündkerze (1) zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die chromreiche Schicht (43) einen Gehalt an Chrom hat, der um nicht weniger als 5 Masse-% höher als der in dem Grundabschnitt (41) enthaltene Gehalt an Chrom ist.
Zündkerze (1) zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, wobei die chromreiche Schicht (43) eine Dicke in einem Bereich von 1 µm bis 30 µm hat.
Zündkerze (1) zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 4, wobei das Elektrodenplättchen (4) die chromreiche Schicht (43) hat, die durch einen Diffusionsmetallisierungsprozess gewonnen wurde.