DE112019000377T5

DE112019000377T5 - Zündkerze

Info

Publication number: DE112019000377T5
Application number: DE112019000377.1T
Authority: DE
Inventors: Daisuke Sumoyama; Kazuki Ito
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-11-09
Filing date: 2019-09-03
Publication date: 2020-09-17
Also published as: JP6745319B2; US20210036492A1; CN111788748B; CN111788748A; WO2020095526A1; US10958045B2; JP2020077560A

Abstract

Eine Zündkerze, welche geeignet ist, ein Ablösen und Verschleißen eines Entladungselements, welches mit einem Basismaterial verbunden ist, zu unterbinden. In der Zündkerze enthält das Basismaterial, mit welchem wenigstens ein Teil des Entladungselements mit einer dazwischenliegenden Diffusionsschicht verbunden ist, wenigstens 50 Masse-% von Ni, wenigstens 8 Masse-% und höchstens 40 Masse-% von Cr, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Si, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Al, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Mn, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 0,1 Masse-% von C und wenigstens 0,001 Masse-% und höchstens 5 Masse-% von Fe. Das Entladungselement enthält wenigstens Pt einer P-Gruppe (Pt, Rh, Ir und Ru) und Ni. Die atomare Konzentration K der P-Gruppe in dem Entladungselement, die atomare Konzentration L der P-Gruppe in dem Basismaterial, die atomare Konzentration M von Ni in dem Entladungselement und die atomare Konzentration N von Ni in dem Basismaterial erfüllen (K+L)/(M+N) ≤ 1,14.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze und betrifft insbesondere eine Zündkerze, bei welcher wenigstens ein Teil eines Entladungselements mit einem Basismaterial mit einer dazwischenliegenden Diffusionsschicht verbunden ist.
Hintergrund
Als Ergebnis einer erhöhten Leistungsfähigkeit, verbesserter Verbrennungseffizienz und dergleichen von Motoren besteht der Trend, dass die Temperatur von Elektroden von Zündkerzen unter Anwendungsbedingungen hoch ist. Bei einer Zündkerze, bei welcher eine erste Elektrode, welche ein Entladungselement aufweist, das mit einem Basismaterial verbunden ist, einer zweiten Elektrode mit einer dazwischenliegenden Funkenstrecke zugewandt ist, führt eine Erhöhung der Temperatur der ersten Elektrode zur Erhöhung einer thermischen Spannung eines Verbindungsabschnitts des Entladungselements, und daher bestehen Bedenken hinsichtlich des Ablösens des Entladungselements. Bei der in PTL 1 offenbarten Technologie enthält ein Basismaterial wenigstens 0,05 Masse-% und höchstens 5 Masse-% von Fe, um hierdurch eine Hochtemperaturfestigkeit und eine Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit zu verbessern, um hierdurch ein Ablösen eines Entladungselements zu unterbinden. In einem Beispiel in PTL 2 enthält ein Basismaterial 2 Masse-% von Fe, um die Hochtemperaturfestigkeit des Basismaterials sicherzustellen, um hierdurch ein Ablösen eines Entladungselements zu unterbinden.
Die Entladungselemente in den Beispielen in PTL 1 und PTL 2 sind jeweils durch eine Pt-Ir-Legierung gebildet, welche hauptsächlich aus Pt gebildet ist und Ir enthält. Im Übrigen ist auch ein Entladungselement bekannt, welches durch eine Pt-Ni-Legierung gebildet ist, welche hauptsächlich aus Pt gebildet ist und Ni enthält. Entladungselemente, welche aus einer Pt-Ni-Legierung gebildet sind, sind hinsichtlich Verschleißbeständigkeit und Ablösebeständigkeit besser als Entladungselemente, welche aus einer Pt-Ir-Legierung gebildet sind.
Zi tierungsliste
Patentliteratur

PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2003-105467
PTL 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2007-173116

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Als Ergebnis einer ernsthaften Prüfung einer Elektrode, bei welcher ein aus einer Pt-Ni-Legierung gebildetes Entladungselement mit einem Fe enthaltenden Basismaterial verbunden ist, wurde entdeckt, dass bei weiterer Temperaturerhöhung der Elektrode die Möglichkeit bestand, dass die Verschleißbeständigkeit und die Ablösebeständigkeit des Entladungselements nicht ausreichend sichergestellt ist. Mit anderen Worten: Da das Entladungselement Ni enthält, diffundiert von dem Basismaterial stammendes Fe unter Anwendungsbedingungen leicht in das Entladungselement. Fe hat an sich eine Eigenschaft, den Schmelzpunkt einer Pt-Legierung zu reduzieren, und daher besteht eine Möglichkeit, dass das Entladungselement leicht abgenutzt wird.
Zudem, wenn sich das in das Entladungselement diffundierende Fe sich mit Pt des Entladungselements verbindet und an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Entladungselement und dem Basismaterial eine intermetallische Verbindung erzeugt, wird der Verbindungsabschnitt brüchig. Zudem verursacht eine Erzeugung der intermetallischen Verbindung eine Volumenänderung, welche die Spannung des Verbindungsabschnitts zwischen dem Entladungselement und dem Basismaterial erhöht. Daher besteht eine Möglichkeit, dass sich das Entladungselement leicht ablöst. Insbesondere im Vergleich zu einer Elektrode, bei welcher ein Entladungselement mit einem Basismaterial durch einen dazwischenliegenden Laser-verschweißten verschmolzenen Abschnitt verbunden ist, weist die Elektrode, bei welcher wenigstens ein Teil des Entladungselements mit dem Basismaterial mit einer dazwischenliegenden Diffusionsschicht verbunden ist, eine schwache, durch die Diffusionsschicht bewirkte Spannungspufferwirkung auf. Es besteht daher eine Möglichkeit, dass sich das Entladungselement einfacher ablöst.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um dieses Problem zu lösen, und ihr Ziel ist es, eine Zündkerze bereitzustellen, welche ein Ablösen und Verschleißen eines Entladungselements unterbinden kann, das mit einem Basismaterial verbunden ist.
Lösung des Problems
Um das Ziel zu erreichen, umfasst eine Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung: eine erste Elektrode, welche ein Basismaterial und ein Entladungselement aufweist, wobei wenigstens ein Teil des Entladungselements mit dem Basismaterial mit einer dazwischenliegenden Diffusionsschicht verbunden ist; und eine zweite Elektrode, welche dem Entladungselement mit einer dazwischenliegenden Funkenstrecke zugewandt ist. Das Basismaterial enthält wenigstens 50 Masse-% von Ni, wenigstens 8 Masse-% und höchstens 40 Masse-% von Cr, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Si, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Al, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Mn, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 0,1 Masse-% von C und wenigstens 0,001 Masse-% und höchstens 5 Masse-% von Fe. Das Entladungselement ist eine Legierung, welche hauptsächlich Pt enthält und welche Ni enthält, oder ist die Legierung, welche ferner wenigstens eines von Rh, Ir und Ru enthält. Wenn Pt, Rh, Ir und Ru als eine P-Gruppe bezeichnet werden, K (Atom-%) eine atomare Konzentration der P-Gruppe in dem Entladungselement repräsentiert, L (Atom-%) eine atomare Konzentration der P-Gruppe in dem Basismaterial repräsentiert, M (Atom-%) eine atomare Konzentration von Ni in dem Entladungselement repräsentiert und N (Atom-%) eine atomare Konzentration von Ni in dem Basismaterial repräsentiert, ist (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 erfüllt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der in Anspruch 1 beschriebenen Zündkerze enthält das Basismaterial wenigstens 0,001 Masse-% und höchstens 5 Masse-% von Fe und enthält wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Si. Eine solche Zusammensetzung verursacht, dass in das Entladungselement diffundierendes Si eine Diffusion von Fe in das Entladungselement beschleunigt. Es ist daher möglich, zu bewirken, dass Fe die Oberfläche des Entladungselements leicht erreicht. Das Fe, welches die Oberfläche des Entladungselements erreicht hat, oxidiert und verschwindet leicht von der Oberfläche des Entladungselements, was eine Erhöhung des Gehaltsanteils von Fe in einem inneren Abschnitt des Entladungselements verhindern kann. Es ist daher möglich, eine Verringerung des Schmelzpunkts des Entladungselements zu unterbinden und ein Verschleißen des Entladungselements zu unterbinden.
Die atomare Konzentration K der P-Gruppe in dem Entladungselement, die atomare Konzentration L der P-Gruppe in dem Basismaterial, die atomare Konzentration M von Ni in dem Entladungselement und die atomare Konzentration N von Ni in dem Basismaterial erfüllen (K+L)/(M+N) ≤ 1,14. Die relativ hohe atomare Konzentration von Ni verursacht, dass das in das Entladungselement diffundierende Fe und die in dem Entladungselement enthaltenen Atome der P-Gruppe nicht leicht miteinander reagieren. Es ist möglich, zu unterbinden, dass die Diffusionsschicht und die Grenzfläche zwischen der Diffusionsschicht und dem Entladungselement brüchig wird, weil unterbunden wird, dass Fe und die Atome der P-Gruppe, die in dem Entladungselement enthalten sind, eine intermetallische Verbindung erzeugen. Es ist auch möglich, eine thermische Spannung der Grenzfläche zwischen der Diffusionsschicht und dem Entladungselement zu unterbinden, was ein Ablösen des Entladungselements, welches mit dem Basismaterial verbunden ist, unterbinden kann.
Gemäß der in Anspruch 2 beschriebenen Zündkerze erfüllen das Basismaterial und das Entladungselement (K+L)/(M+N) ≤ 0,82. Es ist daher möglich, ein Ablösen des Entladungselements weiter zu unterbinden.
Gemäß der in den Ansprüchen 3 und 4 beschriebenen Zündkerze ist X/Y ≥ 0,04 erfüllt, wenn X (Masse-%) einen Gehaltsanteil von Si in dem Basismaterial repräsentiert und Y (Masse-%) einen Gehaltsanteil von Fe in dem Basismaterial repräsentiert. Eine solche Zusammensetzung bewirkt, dass das in das Entladungselement diffundierende Si eine Diffusion des in das Entladungselement diffundierenden Fe weiter beschleunigt. Es ist daher möglich, zu bewirken, dass das Fe die Oberfläche des Entladungselements einfacher erreicht. Zusätzlich zu der Wirkung von Anspruch 1 oder 2 ist es daher möglich, ein Verschleißen des Entladungselements weiter zu unterbinden.
Gemäß der in Anspruch 5 beschriebenen Zündkerze ist X/Y ≥ 0,35 erfüllt, wenn X (Masse-%) einen Gehaltsanteil von Si in dem Basismaterial repräsentiert und Y (Masse-%) einen Gehaltsanteil von Fe in dem Basismaterial repräsentiert. Es ist daher möglich, ein Verschleißen des Entladungselements weiter zu unterbinden.
Gemäß der in Anspruch 6 beschriebenen Zündkerze enthält das Basismaterial wenigstens 0,001 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Fe. Es ist daher möglich, den Einfluss von Fe auf die Verringerung des Schmelzpunktes des Entladungselements und auf das Brüchigwerden der Grenzfläche zu reduzieren. Daher ist es zusätzlich zu den Wirkungen der Ansprüche 1 bis 5 möglich, ein Ablösen des Entladungselements weiter zu unterbinden.
Gemäß der in Anspruch 7 beschriebenen Zündkerze enthält das Basismaterial wenigstens 22 Masse-% und höchstens 28 Masse-% von Cr, wenigstens 0,7 Masse-% und höchstens 1,3 Masse-% von Si, wenigstens 0,6 Masse-% und höchstens 1,2 Masse-% von Al, wenigstens 0,1 Masse-% und höchstens 1,1 Masse-% von Mn, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 0,07 Masse-% von C und wenigstens 0,001 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Fe. Zusätzlich zu den Wirkungen der Ansprüche 1 bis 6 ist es daher möglich, ein einfaches Ablösen des Entladungselements weiter zu verhindern.
Gemäß der in Anspruch 8 beschriebenen Zündkerze enthält das Basismaterial eine feste Lösung, welche Ni enthält, wobei die feste Lösung eine darin vorhandene Seigerung enthält, und wobei in einem Querschnitt des Basismaterials eine Fläche der Seigerung, die eine Fläche des Basismaterials einnimmt, wenigstens 0,01 % und höchstens 4 % beträgt. Dementsprechend ist es möglich, die Hochtemperaturfestigkeit des Basismaterials sicherzustellen. Zusätzlich zu den Wirkungen der Ansprüche 1 bis 7 ist es daher möglich, ein einfaches Ablösen des Entladungselements weiter zu verhindern.
Figurenliste

[1] 1 ist eine Halbschnittansicht einer Zündkerze gemäß einer Ausführungsform.
[2] 2 ist eine Schnittansicht einer Masseelektrode.
[3] 3 zeigt eine Elementverteilung im Bereich einer Diffusionsschicht.
[4] 4 ist eine Schnittansicht eines Basismaterials.
[5] 5 zeigt eine Elementverteilung im Bereich eines verschmolzenen Abschnitts.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Halbschnittansicht einer Zündkerze 10 gemäß einer Ausführungsform mit einer Achse O als der Grenze. Die untere Seite in 1 wird als die Vorderseite der Zündkerze 10 bezeichnet, und die obere Seite in 1 wird als die Rückseite der Zündkerze 10 bezeichnet (dasselbe gilt für 2).
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Zündkerze 10 einen Isolator 11, eine zentrale Elektrode 13 (zweite Elektrode), eine Metallhülse 17 und eine Masseelektrode 18 (erste Elektrode). Der Isolator 11 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Element mit exzellenten mechanischen Eigenschaften und Isolationseigenschaften bei hohen Temperaturen und ist aus Aluminiumoxid oder dergleichen gebildet. Der Isolator 11 hat ein axiales Loch 12, welches sich entlang der Achse O hierdurch erstreckt.
Die zentrale Elektrode 13 ist eine stabförmige Elektrode, welche in das axiale Loch 12 eingeführt ist und entlang der Achse O durch den Isolator 11 gehalten ist. Die zentrale Elektrode 13 umfasst ein Basismaterial 14 und ein Entladungselement 15, welches mit dem vorderen Ende des Basismaterials 14 verbunden ist. In das Basismaterial 14 ist ein Kernmaterial mit exzellenter thermischer Leitfähigkeit eingebettet. Das Basismaterial 14 ist aus einer Legierung gebildet, welche hauptsächlich aus Ni gebildet ist, oder aus einem metallischen Material gebildet, welches aus Ni gebildet ist. Das Kernmaterial ist aus Kupfer oder einer Legierung gebildet, welche Kupfer als Hauptkomponente enthält. Es ist selbstverständlich möglich, das Kernmaterial wegzulassen. Das Entladungselement 15 ist beispielsweise aus einem Edelmetall, wie beispielsweise Pt, Ir, Ru, Rh und dergleichen, oder W, dessen Zündverschleißbeständigkeit größer als die des Basismaterials 14 ist, oder aus einer Legierung gebildet, welche hauptsächlich aus einem solchen Edelmetall oder W gebildet ist.
Ein Metallanschluss 16 ist ein stabförmiges Element, an welches ein Hochspannungskabel (nicht gezeigt) angeschlossen wird, und die Vorderseite des Metallanschlusses 16 ist in dem Isolator 11 angeordnet. Der Metallanschluss 16 ist in dem axialen Loch 12 mit der zentralen Elektrode 13 elektrisch verbunden.
Die Metallhülse 17 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Metallelement, welches mit einem Schraubenloch (nicht gezeigt) eines Verbrennungsmotors verbunden wird. Die Metallhülse 17 ist aus einem metallischen Material mit Leitfähigkeit gebildet (beispielsweise kohlenstoffarmer Stahl oder dergleichen). Die Metallhülse 17 ist mit dem Außenumfang des Isolators 11 verbunden. Die Masseelektrode 18 ist mit dem vorderen Ende der Metallhülse 17 verbunden.
Die Masseelektrode 18 umfasst ein Basismaterial 19, welches mit der Metallhülse 17 verbunden ist, und ein Entladungselement 20, welches mit dem Basismaterial 19 verbunden ist. In das Basismaterial 19 ist ein Kernmaterial mit exzellenter thermischer Leitfähigkeit eingebettet. Das Basismaterial 19 ist aus einem metallischen Material gebildet, welches aus einer Legierung gebildet ist, welche hauptsächlich aus Ni gebildet ist. Das Kernmaterial ist aus Kupfer oder einer Legierung gebildet, welche Kupfer als Hauptbestandteil enthält. Es ist selbstverständlich möglich, das Kernmaterial wegzulassen und das gesamte Basismaterial 19 aus einer Legierung zu bilden, welche hauptsächlich aus Ni gebildet ist. Das Basismaterial 19 enthält Ni, Cr, Si, Al, Mn, C und Fe. Es ist zu beachten, dass Elemente enthalten sein können, die von diesen Elementen verschieden sind.
Das Entladungselement 20 ist aus einer Legierung gebildet, welche hauptsächlich aus Pt gebildet ist und welche Ni enthält. Das Entladungselement 20 kann wenigstens eines von Rh, Ir und Ru enthalten. Eine Entladungsoberfläche 21 des Entladungselements 20 ist der zentralen Elektrode 13 mit einer dazwischenliegenden Funkenstrecke 22 zugewandt. In der vorliegenden Ausführungsform hat das Entladungselement 20 eine Scheibenform, wobei die Entladungsoberfläche 21 eine Kreisform hat. Es wird ein Entladungselement 20 verwendet, bei welchem eine Höhe H (siehe 2) ab dem Basismaterial 19 zu der Entladungsoberfläche 21 des Entladungselements 20 0,05 mm bis 0,35 mm beträgt.
Die Zündkerze 10 wird beispielsweise durch das folgende Verfahren hergestellt. Zuerst wird die zentrale Elektrode 13 in das axiale Loch 12 des Isolators 11 eingeführt. Nachdem der Metallanschluss 16 in das axiale Loch 12 eingeführt ist und Leitfähigkeit zwischen dem Metallanschluss 16 und der zentralen Elektrode 13 sichergestellt ist, wird die Metallhülse 17, mit welcher das Basismaterial 19 zuvor verbunden wurde, an dem Außenumfang des Isolators 11 angebracht. Nachdem das Entladungselement 20 mit dem Basismaterial 19 durch Widerstandsschweißen verbunden wurde, wird das Basismaterial 19 so gebogen, dass das Entladungselement 20 zu der zentralen Elektrode 13 in der Axialrichtung gewandt ist, wodurch die Zündkerze 10 erhalten wird. Es ist möglich, das Basismaterial 19, mit welchem das Entladungselement 20 verbunden wurde, nach dem Widerstandsschweißen einer Hitzebehandlung auszusetzen.
2 ist eine Schnittansicht der Masseelektrode 18, welche von den geraden Linien 24, die durch ein Zentrum 23 der Entladungsoberfläche 21 des Entladungselements 20 verlaufen, die gerade Linie 24 enthält, die parallel zu der Achse O ist. In der vorliegenden Ausführungsform koinzidieren die Achse O der Zündkerze 10 und die gerade Linie 24. Wenigstens ein Teil des Entladungselements 20 ist mit dem Basismaterial 19 mit einer dazwischenliegenden Diffusionsschicht 25 verbunden. Die Diffusionsschicht 25 verbindet das Basismaterial 19 und das Entladungselement 20 miteinander durch Diffusion von Atomen (interatomares Verbinden), welche zwischen dem Basismaterial 19 und dem Entladungselement 20 erzeugt wird. Ein verschmolzener Abschnitt, an welchem das Entladungselement 20 und das Basismaterial 19 verschmolzen wurden und verfestigt ist, kann an einem Abschnitt der Grenzfläche zwischen dem Entladungselement 20 und dem Basismaterial 19 gebildet sein. Der verschmolzene Abschnitt ist jedoch nicht in der Diffusionsschicht 25 enthalten.
3 zeigt eine Elementverteilung im Bereich der Diffusionsschicht 25. In 3 sind Gehaltsanteile von Pt und Ni dargestellt. Die Gehaltsanteile wurden auf der geraden Linie 24, die senkrecht zu der Diffusionsschicht 25 ist, an einer polierten Oberfläche der Masseelektrode 18, welche die gerade Linie 24 umfasst, gemessen. Die Messung wurde von dem Entladungselement 20 zu dem Basismaterial 19 in vorbestimmten Abständen (beispielsweise 1 µm) durchgeführt. Die horizontale Achse der 3 repräsentiert die Gehaltsanteile (Masse-%) von Elementen und die Gehaltsanteile sind zur linken Seite hin geringer. Die vertikale Achse repräsentiert die Distanz (d. h. die Position an der Zündkerze 10 in der Richtung der Achse O) und die untere Seite gibt die Vorderseite der Zündkerze 10 an.
Die Gehaltsanteile von Elementen, die in dem Basismaterial 19 und in dem Entladungselement 20 enthalten sind, werden durch ein WDS-Analyse mittels FE-EPMA (JXA 8500F hergestellt durch JEOL Ltd.) erhalten, welche mit einer Elektronenkanone vom Typ Heiße-Katode-Feldemission bestückt ist. Nachdem eine qualitative Analyse durch eine WDS-Analyse durchgeführt ist, wird die Massenzusammensetzung durch Durchführen einer quantitativen Analyse gemessen, wodurch Gehaltsanteile (Masse-%) bezüglich der Gesamtsumme der detektierten Massenzusammensetzungen der Elemente gemessen wird.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält das Basismaterial 19, welches aus einer Legierung gebildet ist, die hauptsächlich durch Ni gebildet ist, kein Pt. Im Gegensatz dazu ist das Entladungselement 20 hauptsächlich aus Pt gebildet und enthält Ni. Der Gehaltsanteil von Ni in dem Entladungselement 20 ist geringer als der Gehaltsanteil von Ni in dem Basismaterial 19. Wenn die Verteilung von Pt und Ni bekannt ist, ist es daher möglich, die Position der Diffusionsschicht 25 zwischen dem Basismaterial 19 und dem Entladungselement 20 anzugeben, in welche Atome diffundieren.
In der Diffusionsschicht 25 wird die Diffusion der Atome durch Heißdruckverbinden zwischen dem Entladungselement 20 und dem Basismaterial 19 erzeugt. In der Diffusionsschicht 25 nimmt der Gehaltsanteil eines bestimmten Elementes (Pt in der vorliegenden Ausführungsform), welches in dem Entladungselement 20 enthalten ist, von dem Entladungselement 20 in Richtung des Basismaterials 19 kontinuierlich ab. In der Diffusionsschicht 25 nimmt der Gehaltsanteil eines bestimmten Elementes (Ni in der vorliegenden Ausführungsform), welches in dem Basismaterial 19 enthalten ist, von dem Basismaterial 19 in Richtung des Entladungselements 20 kontinuierlich ab.
Es wird ein verschmolzener Abschnitt 26 beschrieben, welcher durch Laserschweißen gebildet wird. 5 zeigt eine Elementverteilung im Bereich des verschmolzenen Abschnitts 26 in einer Probe, bei welcher der durch Laserschweißen gebildete verschmolzene Abschnitt 26 zwischen dem Basismaterial 19 und dem Entladungselement 20 gebildet ist. In 5 sind Gehaltsanteile von Pt und Ni dargestellt. Die Gehaltsanteile wurden von dem Entladungselement 20 in Richtung des Basismaterials 19 über den verschmolzenen Abschnitt 26 hinweg in vorbestimmten Abständen (beispielsweise 1 µm) gemessen. Die horizontale Achse in 5 repräsentiert Gehaltsanteile (Masse-%) und die Gehaltsanteile sind zu der linken Seite hin geringer. Die vertikale Achse repräsentiert die Distanz (d .h. die Position an der Zündkerze in der Richtung der Achse O) und die untere Seite gibt die Vorderseite der Zündkerze an. An den verschmolzenen Abschnitt 26 fließen das Basismaterial 19 und das Entladungselement 20, welche verflüssigt wurden, und verfestigen sich; und im Gegensatz zu der Diffusionsschicht 25 werden Elemente (Pt und Ni) hierdurch miteinander ohne Relation zu der Distanz von dem Entladungselement 20 oder von dem Basismaterial 19 vermischt.
Wieder bezugnehmend auf 2 wird ein Verfahren zum Messen einer Dicke T der Diffusionsschicht 25 beschrieben. In 2 schneidet die gerade Linie 24, welche durch das Zentrum 23 der Entladungsoberfläche 21 des Entladungselements 20 verläuft, die Diffusionsschicht 25 unter senkrechtem Einfall, und daher werden die Gehaltsanteile von Pt und Ni an Messpunkten auf der geraden Linie 24 von dem Entladungselement 20 in Richtung des Basismaterials 19 durch eine WDS-Analyse mittels einer FE-EPMA gemessen.
Zuerst wurde ein Messpunkt A, welcher von der Entladungsoberfläche 21 des Entladungselements 20 um 10 µm in Richtung des Basismaterials 19 entfernt ist, als Anfangsmesspunkt (Basispunkt) des Entladungselements 20 festgelegt und eine quantitative Analyse an fünf Messpunkten durchgeführt, welche in 10 µm Abständen in Richtung des Basismaterials 19 angeordnet sind. Ein Mittelwert der Gehaltsanteile von Pt an den fünf Messpunkten wird als ein Gehaltsanteil W1 von Pt in dem Entladungselement 20 betrachtet.
Als nächstes wird eine quantitative Analyse an Messpunkten durchgeführt, welche ausgehend von demjenigen Messpunkt der fünf Messpunkte des Entladungselements 20, welcher am nächsten zu dem Basismaterial 19 liegt, mit konstanten Abständen (beispielsweise 1 µm) auf der geraden Linie 24 in Richtung des Basismaterials 19 angeordnet sind. Aus den Messpunkten werden all diejenigen Messpunkte bestimmt, bei welchen ein Gehaltsanteil W2 von Pt höchstens W1 beträgt und bei welchen die Gehaltsanteile von Pt an Messpunkten, die näher an dem Basismaterial 19 liegen als der Messpunkt selbst, höchstens W2 betragen; und aus all diesen Messpunkten wird ein Messpunkt B bestimmt, welcher am nächsten zu dem Entladungselement 20 liegt. Die Position des Messpunktes B wird als die Position der Grenze zwischen dem Entladungselement 20 und der Diffusionsschicht 25 betrachtet, für welche Pt gemessen wurde.
Als nächstes wird ein Messpunkt C auf der geraden Linie 24, der von dem Messpunkt B 100 µm in einer Richtung weg von dem Entladungselement 20 liegt, als ein Anfangsmesspunkt (Basispunkt) des Basismaterials 19 bestimmt, und eine quantitative Analyse wird an fünf Messpunkten durchgeführt, welche auf der geraden Linie 24 in 10 µm Abständen in der Richtung weg von dem Entladungselement 20 angeordnet sind. Ein Mittelwert der Gehaltsanteile von Pt an den fünf Messpunkten wird als ein Gehaltsanteil W3 von Pt in dem Basismaterial 19 betrachtet.
Als nächstes wird eine quantitative Analyse an Messpunkten durchgeführt, welche ausgehend von dem am nächsten zu dem Entladungselement 20 angeordneten Messpunkt C der fünf Messpunkte des Basismaterials 19 mit konstanten Abständen (beispielsweise 1 µm) auf der geraden Linie 24 in Richtung des Entladungselements 20 angeordnet sind. Aus den Messpunkten werden all diejenigen Messpunkte bestimmt, bei welchen ein Gehaltsanteil W4 von Pt wenigstens W3 beträgt und bei welchen die Gehaltsanteile von Pt an Messpunkten, die näher an dem Entladungselement 20 liegen als der Messpunkt selbst, wenigstens W4 betragen; und aus all diesen Messpunkten wird ein Messpunkt D bestimmt, welcher am nächsten zu dem Basismaterial 19 liegt. Die Position des Messpunktes D wird als die Position der Grenze zwischen dem Basismaterial 19 und der Diffusionsschicht 25 betrachtet, für welche Pt gemessen wurde. Eine Distanz in der axialen Richtung zwischen dem Messpunkt B und dem Messpunkt D wird als eine Dicke T1 der Diffusionsschicht 25 betrachtet, für welche Pt gemessen wurde.
Auf ähnliche Weise wird der Messpunkt A, welcher von der Entladungsoberfläche 21 des Entladungselements 20 um 10 µm in Richtung des Basismaterials 19 entfernt ist, als Anfangsmesspunkt (Basispunkt) des Entladungselements 20 festgelegt und eine quantitative Analyse an fünf Messpunkten durchgeführt, welche auf der geraden Linien 24 in 10 µm Abständen in Richtung des Basismaterials 19 angeordnet sind. Ein Mittelwert der Gehaltsanteile von Ni an den fünf Messpunkten wird als ein Gehaltsanteil W5 von Ni in dem Entladungselement 20 betrachtet.
Als nächstes wird eine quantitative Analyse an Messpunkten durchgeführt, welche ausgehend von demjenigen Messpunkt der fünf Messpunkte des Entladungselements 20, welcher am nächsten zu dem Basismaterial 19 liegt, mit konstanten Abständen (beispielsweise 1 µm) auf der geraden Linie 24 in Richtung des Basismaterials 19 angeordnet sind. Aus den Messpunkten werden all diejenigen Messpunkte bestimmt, bei welchen ein Gehaltsanteil W6 von Ni wenigstens W5 beträgt und bei welchen die Gehaltsanteile von Ni an Messpunkten, die näher an dem Basismaterial 19 liegen als der Messpunkt selbst, wenigstens W6 betragen; und aus all diesen Messpunkten wird ein Messpunkt E bestimmt, welcher am nächsten zu dem Entladungselement 20 liegt. Die Position des Messpunktes E wird als die Position der Grenze zwischen dem Entladungselement 20 und der Diffusionsschicht 25 betrachtet, für welche Ni gemessen wurde.
Als nächstes wird ein Messpunkt F auf der geraden Linie 24, der von dem Messpunkt E 100 µm in einer Richtung weg von dem Entladungselement 20 liegt, als ein Anfangsmesspunkt (Basispunkt) des Basismaterials 19 bestimmt, und eine quantitative Analyse wird an fünf Messpunkten durchgeführt, welche auf der geraden Linie 24 in 10 µm Abständen in der Richtung weg von dem Entladungselement 20 angeordnet sind. Ein Mittelwert der Gehaltsanteile von Ni an den fünf Messpunkten wird als ein Gehaltsanteil W7 von Ni in dem Basismaterial 19 betrachtet.
Als nächstes wird eine quantitative Analyse an Messpunkten durchgeführt, welche ausgehend von dem am nächsten zu dem Entladungselement 20 angeordneten Messpunkt F der fünf Messpunkte des Basismaterials 19 mit konstanten Abständen (beispielsweise 1 µm) auf der geraden Linie 24 in Richtung des Entladungselements 20 angeordnet sind. Aus den Messpunkten werden all diejenigen Messpunkte bestimmt, bei welchen ein Gehaltsanteil W8 von Ni höchstens W7 beträgt und bei welchen die Gehaltsanteile von Ni an Messpunkten, die näher an dem Entladungselement 20 liegen als der Messpunkt selbst, höchstens W8 betragen; und aus all diesen Messpunkten wird ein Messpunkt G bestimmt, welcher am nächsten zu dem Basismaterial 19 liegt. Die Position des Messpunktes G wird als die Position der Grenze zwischen dem Basismaterial 19 und der Diffusionsschicht 25 betrachtet, für welche Ni gemessen wurde. Eine Distanz in der axialen Richtung zwischen dem Messpunkt E und dem Messpunkt G wird als eine Dicke T2 der Diffusionsschicht 25 betrachtet, für welche Ni gemessen wurde.
Aus der Dicke T2 und der Dicke T1 der Diffusionsschicht 25, für welche Pt gemessen wurde, wird die größere Dicke als die Dicke T der Diffusionsschicht 25 betrachtet (siehe 3). Unter Berücksichtigung der Ablösebeständigkeit des Entladungselements 20 ist die Dicke T der Diffusionsschicht 25 bevorzugt wenigstens 5 µm, ist jedoch üblicherweise kleiner als 70 µm.
Eine WDS-Analyse mittels FE-EPMA zum Bestimmen von Massenzusammensetzungen des Basismaterials 19 und des Entladungselements 20 an jedem Satz von fünf Messpunkten, die die Messpunkte A, C und F als ihre jeweiligen Basispunkte haben, wird mit den Bedingungen einer Beschleunigungsspannung von 20 kV und einem Spotdurchmesser von 10 µm durchgeführt. Eine WDS-Analyse zum Festlegen der Messpunkte B, D, E und G zum Bestimmen der Dicke der Diffusionsschicht 25 wird mit den Bedingungen einer Beschleunigungsspannung von 20 kV und eines Spotdurchmessers von 1 µm durchgeführt.
Zu analysierende Elemente sind nicht auf Pt und Ni beschränkt. Zu analysierende Elemente können zwei Typen von Elementen sein, welche je nach Erfordernis aus den Elementen ausgewählt sind, welche in dem Basismaterial 19 oder dem Entladungselement 20 enthalten sind. Die Dicke der Diffusionsschicht 25 wird als leicht zu messen betrachtet, wenn Ni ausgewählt wird, was das am meisten in dem Basismaterials 19 enthaltene Element ist, und ein Element ausgewählt wird, das hauptsächlich in dem Entladungselement 20 enthalten ist.
Abhängig von der Oberflächenform der Entladungsoberfläche 21 des Entladungselements 20 oder der Dicke der Diffusionsschicht 25 besteht eine Möglichkeit, dass unter den Messpunkten A, C und F ein Konzentrationsgradient vorhanden ist, oder eine Möglichkeit, dass die Messpunkte A, C und F in der Diffusionsschicht 25 liegen. In einem solchen Fall repräsentieren die gemessenen Werte an den Messpunkten A, C und F nicht die Zusammensetzungen des Entladungselements 20 und des Basismaterials 19. Daher wird die Messung mit geeignet geänderten Positionen der Messpunkte A, C und F durchgeführt. In Kürze: Der Messpunkt A kann an einem beliebigen Abschnitt bestimmt werden, solange gemessene Werte erhalten werden können, welche die Zusammensetzung des Entladungselements 20 vor dem Verbinden repräsentieren, und die Messpunkte C und F können an beliebigen Abschnitten bestimmt werden, solange gemessene Werte erhalten werden können, welche die Zusammensetzung des Basismaterials 19 vor dem Verbinden repräsentieren.
4 ist eine Schnittansicht des Basismaterials 19. Wenn beispielsweise eine Seigerung 27 des Entladungselements 20 oder des Basismaterials 19 auf der geraden Linie 24 vorhanden ist, wenn ein verschmolzener Abschnitt (nicht gezeigt) neben der Diffusionsschicht 25 vorhanden ist oder wenn ein Hohlraum (nicht gezeigt) in dem Basismaterial 19 oder in dem Entladungselement 20 auf der geraden Linie 24 vorhanden ist, d. h., wenn gemessene Werte als durch die Seigerung 27, einen Hohlraum oder dergleichen beeinflusst betrachtet werden, werden anstelle der Messpunkte der Messung zwei Messpunkte, die am nächsten zu den Messpunkten der Messung liegen und nicht durch die Seigerung 27, den Hohlraum oder dergleichen beeinflusst sind, ausgewählt und ein Mittelwert der an den zwei Messpunkten gemessenen Werte wird verwendet.
Das Basismaterial 19 ist eine feste Lösung, welche Ni enthält. Die Seigerung 27 hat eine Kristallstruktur, welche von der der festen Lösung des Basismaterials 19 verschieden ist. Die Seigerung 27 ist beispielsweise ein Element, welches das Basismaterial 19 bildet, oder Verunreinigungen, beispielsweise Carbide, Nitride, Oxide und intermetallische Verbindungen. Eine geeignete Menge der Seigerung 27 unterstützt die Sicherstellung der Festigkeit des Basismaterials 19.
Im Übrigen besteht bei einer Zündkerze, bei welcher wenigstens ein Teil eines Entladungselements, welches aus einer Pt-Ni-Legierung gebildet ist, mit einem Basismaterial mit einer dazwischenliegenden Diffusionsschicht verbunden ist, wenn das Basismaterial Fe enthält, ein Problem, dass Fe einen großen Einfluss auf die Ablösebeständigkeit und die Ablösebeständigkeit des Entladungselements haben kann. Mit anderen Worten, wenn die Temperatur einer Masseelektrode unter Anwendungsbedingungen der Zündkerze ansteigt, tritt gegenseitige Diffusion leicht zwischen dem Entladungselement und dem Basismaterial auf. Das Entladungselement enthält Ni, und das Basismaterial bildende Fe diffundiert daher leicht in das Entladungselement. Fe hat an sich Eigenschaften zum Verringern des Schmelzpunktes einer Pt-Legierung und daher wird das Entladungselement leicht verschlissen.
Zudem, wenn sich in das Entladungselement diffundierendes Fe mit Pt des Entladungselements verbindet und eine intermetallische Verbindung an dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Entladungselement und dem Basismaterial erzeugt, wird der Verbindungsabschnitt brüchig. Das Erzeugen der intermetallischen Verbindung verursacht eine Volumenänderung und erhöht daher die Spannung des Verbindungsabschnitts zwischen dem Entladungselement und dem Basismaterial. Im Ergebnis löst sich das Entladungselement, welches mit dem Basismaterial mit der dazwischenliegenden Diffusionsschicht verbunden ist, leicht ab.
Im Gegensatz dazu wird in der Zündkerze, bei welcher das Entladungselement mit dem Basismaterial durch den dazwischenliegenden laserverschweißten verschmolzenen Abschnitt 26 (siehe 5) verbunden ist, eine thermische Spannung, die aufgrund einer Differenz in dem linearen thermischen Expansionskoeffizient zwischen dem Basismaterial und dem Entladungselement erzeugt wird, durch den verschmolzenen Abschnitt 26 gepuffert. Das in dem Basismaterial enthaltene Fe hat daher keinen großen Einfluss auf das Ablösen des Entladungselements.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit der Zündkerze 10, bei welcher wenigstens ein Teil des Entladungselements 20 mit dem Basismaterial 19 mit der dazwischenliegenden Diffusionsschicht 25 verbunden ist, enthält das Basismaterial 19 wenigstens 50 Masse-% von Ni, wenigstens 8 Masse-% und höchstens 40 Masse-% von Cr, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Si, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Al, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Mn, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 0,1 Masse-% von C und wenigstens 0,001 Masse-% und höchstens 5 Masse-% von Fe.
Der Gehaltsanteil (Masse-%) jedes Elements des Basismaterials 19 wird basierend auf Analyseergebnissen der Massenzusammensetzung durch WDS-Analyse mittels einer FE-EPMA an den fünf Messpunkten berechnet, die den Messpunkt C (siehe 2) als den Basispunkt haben. Der Gehaltsanteil (Masse-%) jedes Elements des Basismaterials 19 kann aus den fünf Messpunkten berechnet werden, welche anstelle des Messpunkts C den Messpunkt F (siehe 2) als den Basispunkt haben. In Kürze: Eine Messung kann an jedem Abschnitt durchgeführt werden, solange Messwerte erhalten werden können, welche die Zusammensetzung des Basismaterials 19 vor dem Verbinden repräsentieren.
Indem wenigstens 50 Masse-% von Ni enthalten ist, kann das Basismaterial 19 Hitzebeständigkeitseigenschaften des Basismaterials 19 sicherstellen. Indem wenigstens 8 Masse-% und höchstens 40 Masse-% von Cr enthalten ist, ist es möglich, eine Oxidationsbeständigkeit des Basismaterials 19 durch einen Cr-Oxidfilm, der auf der Oberfläche des Basismaterials 19 gebildet ist, sicherzustellen und eine Erzeugung der Seigerung 27, beispielsweise als Cr-Nitride und Cr-Carbide, zu unterbinden. Indem wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Si enthalten ist, ist es möglich, eine Oxidationsbeständigkeit des Basismaterials 19 sicherzustellen und eine Erzeugung der Seigerung 27, welche aus einer Si-Verbindung gebildet ist, zu unterbinden. Indem wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Al enthalten ist, ist es möglich, eine Hochtemperaturfestigkeit und eine Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit sicherzustellen.
Indem wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Mn enthalten ist, kann das Basismaterial 19 verhindern, dass das Basismaterial 19 aufgrund von Desulfurierung brüchig wird, und kann eine Erzeugung der Seigerung 27, beispielsweise als Mn-Sulfide, unterbinden. Indem wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 0,1 Masse-% von C enthalten ist, ist es möglich, eine Hochtemperaturfestigkeit sicherzustellen und eine Erzeugung der Seigerung 27, beispielsweise als Cr-Carbide, zu unterbinden. Indem wenigstens 0,001 Masse-% und höchstens 5 Masse-% von Fe enthalten ist, ist es möglich, eine Erzeugung von Eisenoxid zu unterbinden. Die Gehaltsanteile von Elementen des Basismaterials 19, die von Ni, Cr, Si, Al, Mn, C und Fe verschieden sind, und die Gehaltsanteile von Elementen unvermeidbarer Verunreinigungen betragen bevorzugt in Summe höchstens 1 Masse-% und betragen weiter bevorzugt in Summe höchstens 0,4 Masse-%.
Das Basismaterial 19 enthält wenigstens 0,001 Masse-% und höchstens 5 Masse-% von Fe und wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Si. Eine solche Zusammensetzung bewirkt, dass in das Entladungselement 20 diffundierendes Si eine Diffusion von in das Entladungselement 20 diffundierendem Fe beschleunigt. Es ist daher möglich, zu bewirken, dass Fe die Oberfläche des Entladungselements 20 leicht erreicht. Fe, welches die Oberfläche des Entladungselements 20 erreicht hat, löst sich nach Bilden eines Oxidfilms auf der Oberfläche leicht von der Oberfläche des Entladungselements 20 ab. Dementsprechend kann eine Erhöhung des Gehaltsanteils von Fe in einem inneren Abschnitt des Entladungselements 20 unterbunden werden. Daher wird unterbunden, dass der Schmelzpunkt des Entladungselements 20 abnimmt, und es ist möglich, zu unterbinden, dass das Entladungselement 20 verschleißt.
Die Zündkerze 10 erfüllt (K+L)/(M+N) ≤ 1,14, worin Pt, Rh, Ir und Ru als eine P-Gruppe bezeichnet werden, K (Atom-%) die atomare Konzentration der P-Gruppe in dem Entladungselement 20 repräsentiert, L (Atom-%) die atomare Konzentration der P-Gruppe in dem Basismaterial 19 repräsentiert, M (Atom-%) die atomare Konzentration von Ni in dem Entladungselement 20 repräsentiert und N (Atom-%) die atomare Konzentration von Ni in dem Basismaterial 19 repräsentiert. Durch Einstellen der atomaren Konzentration von Ni als relativ hoch ist es möglich zu verursachen, dass in das Entladungselement 20 diffundierendes Fe und die in dem Entladungselement 20 enthaltenen Atome der P-Gruppe nicht leicht miteinander reagieren. Es ist möglich, eine Erzeugung einer intermetallischen Verbindung durch Fe und die in dem Entladungselement 20 enthaltenen Atome der P-Gruppe zu unterbinden, und es ist daher möglich zu unterbinden, dass die Diffusionsschicht 25 und die Grenzfläche zwischen der Diffusionsschicht 25 und dem Entladungselement 20 brüchig werden. Es ist auch möglich, eine thermische Spannung an der Grenzfläche zwischen der Diffusionsschicht 25 und dem Entladungselement 20 zu unterbinden und es ist daher möglich, zu unterbinden, dass sich das Entladungselement 20 ablöst, welches mit dem Basismaterial 19 verbunden ist. (K+L)/(M+N) ≤ 0,82 ist weiter bevorzugt.
Die atomaren Konzentrationen K, L, M und N werden basierend auf Analyseergebnissen der Massenzusammensetzung durch WDS-Analyse mittels einer FE-EPMA an jedem Satz der fünf Messpunkte berechnet, welche die Messpunkte A und C (siehe 2) als ihre jeweiligen Basispunkte haben. Die atomare Konzentration (Atom-%) gibt prozentuale Anteile an, die erhalten werden, indem der Gehaltsanteil (Masse-%) des jeweiligen Elements durch das atomare Gewicht des Elements geteilt wird. Für die atomaren Gewichte der Elemente werden Daten verwendet, welche in der ASM Alloy Phase Diagram Database™ gelistet sind. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die atomare Konzentration L der P-Gruppe in dem Basismaterial 19 Null (Atom-%).
X/Y ≥ 0,04, wobei X (Masse-%) den Gehaltsanteil von Si in dem Basismaterial 19 repräsentiert und Y (Masse-%) den Gehaltsanteil von Fe in dem Basismaterial 19 repräsentiert, ist bevorzugt. Eine solche Konfiguration verursacht, dass in das Entladungselement 20 diffundierendes Si eine Diffusion von in das Entladungselement 20 diffundierendem Fe weiter beschleunigt. Es ist daher möglich, weiter zu unterbinden, dass das Entladungselement 20 verschleißt. X/Y ≥ 0,35 ist weiter bevorzugt.
Die Fläche der Seigerung 27, die die Fläche des Basismaterials 19 in einem Querschnitt des Basismaterials 19 einnimmt, beträgt bevorzugt wenigstens 0,01 % und höchstens 4 %. Hierdurch wird verhindert, dass das Basismaterial 19 brüchig wird, und die Festigkeit des Basismaterials 19 wird sichergestellt. Wenn die Fläche der Seigerung 27 wenigstens 0,01 % beträgt, wird die Hochtemperaturfestigkeit des Basismaterials 19 weiter erhöht und daher kann das Basismaterial 19 nicht leicht deformiert werden. Dementsprechend löst sich der auf dem Basismaterial 19 erzeugte Oxidfilm nicht leicht ab, was unterbindet, dass Sauerstoffatome in die Grenzfläche zwischen der Diffusionsschicht 25 und dem Entladungselement 20, in die Grenzfläche zwischen der Diffusionsschicht 25 und dem Basismaterial 19 und in einen inneren Abschnitt der Diffusionsschicht 25 diffundieren. Im Ergebnis ist es hierdurch möglich, eine Erzeugung von Oxiden weiter zu unterbinden.
Wenn die Fläche der Seigerung 27 höchstens 4 % beträgt, wird unterbunden, dass das Basismaterial 19 brüchig wird. Dementsprechend treten Risse in der Grenzfläche zwischen der Diffusionsschicht 25 und dem Entladungselement 20, in der Grenzfläche zwischen der Diffusionsschicht 25 und dem Basismaterial 19 und in der Diffusionsschicht 25 nicht leicht auf, und daher löst sich das Entladungselement 20 nicht leicht ab. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass die Fläche der Seigerung 27, welche die Fläche des Basismaterials 19 einnimmt, wenigstens 0,01 % und höchstens 4 % beträgt.
Die Seigerung 27 kann durch Abbildung oder Analyse von Zusammensetzungsbildern mittels EPMA, welche mit einem wellenlängendispersiven Röntgenstrahlspektrometerdetektor (WDX oder WDS) bestückt ist, einem Rasterelektronenmikroskop (REM), welches mit einem energiedispersiven Röntgenstrahlspektrometerdetektor (EDX oder EDS) ausgestattet ist, oder dergleichen detektiert werden. Nach dem Fotografieren eines Querschnitts des Basismaterials 19 mit einem rechteckigen Sichtfeld mit einer Größe von 400 µm × 600 µm wird die Fläche (%) der Seigerung 27, welche die Fläche des Basismaterials 19 einnimmt, durch Bildverarbeitung erhalten.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird im Detail mit einem Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das Beispiel beschränkt.
(Herstellen von Proben 1 bis 63)
Ein Prüfer präparierte diverse Typen des Basismaterials 19 und der scheibenförmigen Entladungselemente 20 mit den in Tabelle 1 und Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzungen. Der Prüfer verband die Entladungselemente 20 mit den Basismaterialien 19 durch Widerstandsschweißen und erhielt Zündkerzen 10 gemäß den Proben 1 bis 63. Um zusätzlich zur Beurteilung der Ablösebeständigkeit und der Verschleißbeständigkeit Querschnittsbeobachtungen und dergleichen für jede Probe durchzuführen, wurde eine Vielzahl der Proben unter den gleichen Bedingungen präpariert. Die Dicke T der Diffusionsschicht 25, welche zwischen dem Basismaterial 19 und dem Entladungselement 20 gebildet ist, war bei allen Proben kleiner als 70 µm. Eine Höhe H der Entladungsoberfläche 21 des Entladungselements 20 über dem Basismaterial 19 war bei allen Proben 0,25 mm.

Die atomare Konzentration N von Ni, welches in dem Basismaterial 19 enthalten ist, die atomare Konzentration K der P-Gruppe, welche in dem Entladungselement 20 enthalten ist, die atomare Konzentration M von Ni, welches in dem Entladungselement 20 enthalten ist, und (K+L)/(M+N) wurden basierend auf den Massenzusammensetzungen gemäß der WDS-Analyse mittels einer FE-EPMA berechnet und sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 angegeben. Das Basismaterial 19 enthielt keine Elemente der P-Gruppe und die atomare Konzentration K der P-Gruppe, welche in dem Basismaterial 19 enthalten ist, ist daher 0.
Tabelle 1 und Tabelle 2 geben ein Verhältnis X/Y an, wobei X (Masse-%) den Gehaltsanteil von Si in dem Basismaterial repräsentiert und Y (Masse-%) den Gehaltsanteil von Fe in dem Basismaterial repräsentiert. Nach dem Fotografieren eines Querschnitts des Basismaterials 19 in einem rechteckigen Sichtfeld mit einer Größe von 400 µm × 600 µm wurde die Fläche (%) der Seigerung 27, welche die Fläche des Basismaterials 19 einnimmt, durch Bildverarbeitung erhalten, und die Proben, bei welchen dieser Wert wenigstens 0,01 % und höchstens 4 % betrug, und die Proben, bei welchen dieser Wert kleiner als 0,01 % oder größer als 4 % war, wurden als „gut“ bzw. „schlecht“ in der Spalte Seigerung gekennzeichnet.
(Ablösebeständigkeitstest)
Der Prüfer führte 100 Stunden eines Tests durch, bei welchem jede Probe mit jedem Zylinder eines Vierzylinder-Zweilitermotors versehen wurde und jede Probe wiederholt einer Anwendung mit einer Last von 4000 Umdrehungen/min für eine Minute ausgesetzt wurde, gefolgt von einer Anwendung einer Last einer Leerlaufumdrehungsgeschwindigkeit für eine Minute. Die Temperatur des Entladungselements 20 bei 4000 Umdrehungen/min betrug 950 °C. Unter Verwendung einer Zündkerze, bei welcher ein Loch gebildet war, welches den Bereich des Entladungselements 20 erreichte, wurde die Temperatur des Entladungselements 20 gemessen, bevor der Ablösebeständigkeitstest begonnen wurde, wobei der die Temperatur messende Abschnitt eines Thermokopplers an einem vorderen Abschnitt des Basismaterials 19 in der Nähe des Entladungselements 20 angeordnet war. Die Energiemenge, die von einer Zündspule an jede Probe bei einer Zündentladung abgegeben wurde, betrug 150 mJ.
Nach den Tests wurde jede Probe unter Verwendung eines REM einer Untersuchung eines Querschnitts der Masseelektrode 18 unterzogen, wobei der Querschnitt von den geraden Linien 24, welche durch das Zentrum 23 der Entladungsoberfläche 21 des Entladungselements 20 verlaufen, die gerade Linie 24, die parallel zu der Achse O ist, enthält, und Längen L1 und L2 von Rissen, die sich jeweils von den beiden Enden der Diffusionsschicht 25 in Richtung des Zentrums der Diffusionsschicht 25 entwickelt haben, wurden gemessen. Ein Wert Q, erhalten durch Teilen eines Gesamtwertes von L1 + L2 der Längen der Risse durch eine Länge L der Entladungsoberfläche 21, d. h. (L1+L2)/L, wurde erhalten, und basierend auf dem Wert Q wurde eine Klassifizierung in fünf Ränge von A bis E durchgeführt. Das Kriterium war wie folgt: A: Q < 20%, B: 20% ≤ Q < 30%, C: 30% ≤ Q < 40%, D: 40% ≤ Q < 50%, und E: Q ≥ 50% oder das Entladungselement 20 ging ab. Die Ergebnisse der Ablösebeständigkeitstests sind in der Spalte der Ablösungseigenschaft in Tabelle 1 und Tabelle 2 angegeben.
(Verschleißbeständigkeitstest)
Der Prüfer führte einen Test durch, bei welchem jede Probe mit jedem Zylinder des gleichen Motors versehen wurde, wie der Motor, der bei dem Ablösebeständigkeitstest verwendet wurde, und der Motor wurde gemäß Bedingungen betrieben, wonach die Temperatur des Entladungselements 20 1000 °C betrug, um zu bewirken, dass ein Einlassgasventil einen voll geöffneten Zustand einnimmt, und der Motor wurde fortwährend für 200 Stunden betrieben. Die Bedingungen, gemäß welchen die Temperatur des Entladungselements 20 1000 °C betrug, wurden unter Verwendung einer Zündkerze berechnet, bei welcher ein Loch gebildet war, welches den Bereich des Entladungselements 20 erreichte, und durch Messen der Temperatur vor dem Beginn des Verschleißbeständigkeitstests, wobei der die Temperatur messende Abschnitt eines Thermokopplers an einem vorderen Abschnitt des Basismaterials 19 in der Nähe des Entladungselements 20 angeordnet war, und Prüfen des Zusammenhangs zwischen der Temperatur und Betriebsbedingungen des Motors. Die Energiemenge, die von einer Zündspule an jede Probe bei einer Zündentladung abgegeben wurde, betrug 150 mJ.
Nach dem Fotografieren der Funkenstrecke 22 jeder Probe, nach dem Test durch CT-Scannen in einer Richtung senkrecht zu der Achse O wurde mittels Bildverarbeitung die Dicke eines dünnsten Abschnitts des Entladungselements 20 als ein Streckenvergrößerungsbetrag R, basierend auf den Positionen der Entladungsoberfläche 21 des Entladungselements 20 vor und nach dem Test berechnet. Basierend auf dem Streckenvergrößerungsbetrag R wurde eine Klassifizierung in fünf Ränge von A bis E durchgeführt. Das Kriterium war wie folgt: A: R < 0,14 mm, B: 0,14 mm ≤ R < 0,16 mm, C: 0,16 mm≤ R < 0,18 mm, D: 0,18 mm≤ R < 0,20 mm, und E: R ≥ 0,20 mm oder unfallbedingtes Feuer, welches während dem Test auftritt. Die Ergebnisse der Verschleißbeständigkeitstests sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 in der Spalte der Verschleißeigenschaft angegeben.
Die Proben 16, 24, 33, 39, 44 und 54 bis 63 wurden als E in dem Ablösebeständigkeitstest beurteilt. Insbesondere wurden die Proben 55, 56 und 59 bis 63 ebenfalls in dem Verschleißbeständigkeitstest als E beurteilt. In der Probe 16 war der Gehaltsanteil von Cr in dem Basismaterial 19 größer als 40 Masse-%. In der Probe 24 war der Gehaltsanteil von Si in dem Basismaterial 19 größer als 2 Masse-%. In der Probe 33 war der Gehaltsanteil von Al in dem Basismaterial 19 größer als 2 Masse-%. In der Probe 39 war der Gehaltsanteil von Mn in dem Basismaterial 19 größer als 2 Masse-%. In der Probe 44 war der Gehaltsanteil von C in dem Basismaterial 19 größer als 0,1 Masse-%. In den Proben 54 bis 56 war (K+L)/(M+N) > 1,14 erfüllt.
In der Probe 57 war der Gehaltsanteil von Cr in dem Basismaterial 19 kleiner als 8 Masse-%. In der Probe 58 war der Gehaltsanteil von Al in dem Basismaterial 19 größer als 2 Masse-%. In den Proben 59 bis 61 war der Gehaltsanteil von Fe in dem Basismaterial 19 größer als 5 Masse-%. In der Probe 62 war der Gehaltsanteil von Si in dem Basismaterial 19 größer als 2 Masse-%. In der Probe 63 war der Gehaltsanteil von Ni in dem Basismaterial 19 kleiner als 50 Masse-%, der Gehaltsanteil von Cr war größer als 40 Masse-%, die Gehaltsanteile von Si, Al und Mn waren jeweils größer als 2 Masse-% und der Gehaltsanteil von C war größer als 0,1 Masse-%.
Die Proben 1 bis 16 unterscheiden sich voneinander hauptsächlich in dem Gehaltsanteil von Cr in dem Basismaterial 19. Die Proben 1 bis 16 wurden als A in dem Verschleißbeständigkeitstest beurteilt. Die Proben 14 und 15 wurden als C in dem Ablösebeständigkeitstest beurteilt. In der Probe 14 war die Fläche einer Seigerung nicht wenigstens 0,01 % und höchstens 4 % und 0,82 < (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 war erfüllt. In der Probe 15 war der Gehaltsanteil von Cr in dem Basismaterial 19 größer als 28 Masse-% und höchstens 40 Masse-% und 0,82 < (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 war erfüllt.
Die Proben 1 bis 7, 12 und 13 wurden in dem Ablösebeständigkeitstest als B beurteilt. In den Proben 1 bis 4 war der Gehaltsanteil von Cr in dem Basismaterial 19 wenigstens 8 Masse-% und kleiner als 22 Masse-%, der Gehaltsanteil von Al war wenigstens 0,01 Masse-% und kleiner als 0,6 Masse-% und der Gehaltsanteil von Mn war größer als 1,1 Masse-% und höchstens 2 Masse-%. In der Probe 5 war der Gehaltsanteil von Cr in dem Basismaterial 19 wenigstens 8 Masse-% und kleiner als 22 Masse-% und der Gehaltsanteil von Si war wenigstens 0,01 Masse-% und kleiner als 0,7 Masse-%. In den Proben 6 und 7 war der Gehaltsanteil von Cr in dem Basismaterial 19 wenigstens 8 Masse-% und kleiner als 22 Masse-%. In den Proben 12 und 13 war 0,82 < (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 erfüllt. Es wurde entdeckt, dass der Gehaltsanteil von Cr in dem Basismaterial 19 bevorzugt wenigstens 8 Masse-% und höchstens 40 Masse-% ist und noch weiter bevorzugt wenigstens 22 Masse-% und höchstens 28 Masse-% ist.
Die Proben 17 bis 24 unterscheiden sich voneinander hauptsächlich in dem Gehaltsanteil von Si in dem Basismaterial 19. Die Proben 17 bis 24 wurden in dem Verschleißbeständigkeitstest als A beurteilt. Die Proben 17, 22 und 23 wurden in dem Ablösebeständigkeitstest als C beurteilt. In der Probe 17 war der Gehaltsanteil von Si in dem Basismaterial 19 wenigstens 0,01 Masse-% und kleiner als 0,7 Masse-% und 0,82 < (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 war erfüllt. In den Proben 22 und 23 war der Gehaltsanteil von Si in dem Basismaterial 19 wenigstens 1,3 Masse-% und höchstens 2 Masse-% und 0,82 < (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 war erfüllt. Die Proben 18, 19 und 21 erfüllten 0,82 < (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 und wurden in dem Ablösebeständigkeitstest als B beurteilt. Es wurde entdeckt, dass der Gehaltsanteil von Si in dem Basismaterial 19 bevorzugt wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% ist und weiter bevorzugt wenigstens 0,7 Masse-% und höchstens 1,3 Masse-% ist.
Die Proben 25 bis 33 unterscheiden sich voneinander hauptsächlich in dem Gehaltsanteil von Al. Die Proben 25 bis 33 wurden in dem Verschleißbeständigkeitstest als A beurteilt. Die Proben 25 und 26 wurden in dem Ablösebeständigkeitstest als C beurteilt. In den Proben 25 und 26 war der Gehaltsanteil von Al in dem Basismaterial 19 wenigstens 0,01 Masse-% und kleiner als 0,6 Masse-% und 0,82 < (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 war erfüllt. Die Proben 27 bis 29, 31 und 32 erfüllten 0,82 < (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 und wurden in dem Ablösebeständigkeitstest als B beurteilt. Es wurde entdeckt, dass der Gehaltsanteil von Al in dem Basismaterial 19 bevorzugt wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% ist und weiter bevorzugt wenigstens 0,7 Masse-% und höchstens 1,3 Masse-% ist.
Die Proben 34 bis 39 unterscheiden sich voneinander hauptsächlich in dem Gehaltsanteil von Mn in dem Basismaterial 19. Die Proben 34 bis 39 wurden in dem Verschleißbeständigkeitstest als A beurteilt. Die Proben 34, 37 und 38 wurden in dem Ablösebeständigkeitstest als C beurteilt. In der Probe 34 war der Gehaltsanteil von Mn in dem Basismaterial 19 wenigstens 0,01 Masse-% und kleiner als 0,1 Masse-% und 0,82 < (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 war erfüllt. In den Proben 37 und 38 war der Gehaltsanteil von Mn in dem Basismaterial 19 größer als 1,1 Masse-% und kleiner als 2 Masse-% und 0,82 < (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 war erfüllt. Die Proben 35 und 36 erfüllten 0,82 < (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 und wurden in dem Ablösebeständigkeitstest als B beurteilt. Es wurde entdeckt, dass der Gehaltsanteil von Mn in dem Basismaterial 19 bevorzugt wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% ist und weiter bevorzugt wenigstens 0,1 Masse-% und höchstens 1,1 Masse-% ist.
Die Proben 40 bis 44 unterscheiden sich voneinander hauptsächlich in dem Gehaltsanteil von C in dem Basismaterial 19. In der Probe 43 war der Gehaltsanteil von C in dem Basismaterial 19 größer als 0,07 Masse-% und höchstens 0,1 Masse-% und die Fläche einer Seigerung war nicht wenigstens 0,01 % und höchstens 4 %. Die Probe 43 erfüllte 0,82 < (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 und wurde in dem Ablösebeständigkeitstest als D beurteilt. In der Probe 42 war die Fläche einer Seigerung nicht wenigstens 0,01 % und höchstens 4 %. Die Probe 42 erfüllte 0,82 < (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 und wurde in dem Ablösebeständigkeitstest als C beurteilt. Die Probe 41 erfüllte 0,82 < (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 und wurde in dem Ablösebeständigkeitstest als B beurteilt. Es wurde entdeckt, dass der Gehaltsanteil von C in dem Basismaterial 19 bevorzugt wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 0,1 Masse-% ist und weiter bevorzugt wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 0,07 Masse-% ist.
Die Proben 45 bis 53 unterscheiden sich voneinander hauptsächlich in X/Y und (K+L)/(M+N). Die Proben 45 und 46 wurden in dem Verschleißbeständigkeitstest als D beurteilt und wurden in dem Ablösebeständigkeitstest als B beurteilt. In der Probe 45 war der Gehaltsanteil von Fe in dem Basismaterial 19 wenigstens 2 Masse-% und höchstens 5 Masse-% und X/Y < 0,04 war erfüllt. In der Probe 46 war der Gehaltsanteil von Mn in dem Basismaterial 19 größer als 1,1 Masse-% und höchstens 2 Masse-%, der Gehaltsanteil von Fe war größer als 2 Masse-% und höchstens 5 Masse-% und X/Y < 0,04 war erfüllt.
Die Proben 47, 48 und 51 wurden in dem Verschleißbeständigkeitstest als C beurteilt und wurden in dem Ablösebeständigkeitstest als B beurteilt. In der Probe 47 war der Gehaltsanteil von Mn in dem Basismaterial 19 größer als 1,1 Masse-% und höchstens 2 Masse-%, der Gehaltsanteil von Fe war größer als 2 Masse-% und höchstens 5 Masse-% und 0,04 ≤ X/Y < 0,35 war erfüllt. In den Proben 48 und 51 war der Gehaltsanteil von Fe in dem Basismaterial 19 größer als 2 Masse-% und höchstens 5 Masse-% und 0,04 ≤ X/Y < 0,35 war erfüllt.
Die Proben 52 und 53 wurden sowohl in dem Verschleißbeständigkeitstest als auch in dem Ablösebeständigkeitstest als C beurteilt. In den Proben 52 und 53 war der Gehaltsanteil von Fe in dem Basismaterial 19 größer als 2 Masse-% und höchstens 5 Masse-%, 0,04 ≤ X/Y < 0,35 war erfüllt und 0,82 < (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 war erfüllt.
Die Proben 49 und 50 wurden sowohl in dem Verschleißbeständigkeitstest als auch in dem Ablösebeständigkeitstest als B beurteilt. In der Probe 49 war der Gehaltsanteil von Mn in dem Basismaterial 19 größer als 1,1 Masse-% und höchstens 2 Masse-% und 0,04 ≤ X/Y < 0,35 war erfüllt. In der Probe 50 war der Gehaltsanteil von Mn in dem Basismaterial 19 größer als 1,1 Masse-% und höchstens 2 Masse-% und der Gehaltsanteil von Fe war größer als 2 Masse-% und höchstens 5 Masse-%.
Wenn die Proben 45 und 46 und die Proben 47, 48 und 51 verglichen werden, wurden in dem Verschleißbeständigkeitstest die Proben 45 und 46, bei denen X/Y < 0,04 erfüllt ist, als D beurteilt und die Proben 47, 48 und 51, bei denen 0,04 ≤ X/Y < 0,35 erfüllt ist, wurden als C beurteilt. Es wurde daher entdeckt, dass die Verschleißbeständigkeit des Entladungselements 20 verbessert werden kann, indem 0,04 ≤ X/Y < 0,35 erfüllt war, wie in den Proben 45 bis 48 und 51.
Wenn die Proben 52 und 53 und die Proben 47, 48 und 51 verglichen werden, wurden in dem Ablösebeständigkeitstest die Proben 52 und 53, bei denen 0,82 < (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 erfüllt ist, als C beurteilt und die Proben 47, 48 und 51, bei denen (K+L)/(M+N) ≤ 0,82 erfüllt ist, wurden als B beurteilt. Es wurde daher entdeckt, dass die Ablösebeständigkeit des Entladungselements 20 verbessert werden kann, indem (K+L)/(M+N) ≤ 0,82 erfüllt war, wie in den Proben 47, 48 und 51 bis 53.
Die Proben 49 und 50 erfüllten beide (K+L)/(M+N) ≤ 0,82 und wurden sowohl in dem Verschleißbeständigkeitstest als auch in dem Ablösebeständigkeitstest als B beurteilt. In der Probe 49 war jedoch der Gehaltsanteil von Fe in dem Basismaterial 19 wenigstens 0,001 Masse-% und höchstens 2 Masse-% und 0,04 ≤ X/Y <0,35 war erfüllt. In der Probe 50 war der Gehaltsanteil von Fe in dem Basismaterial 19 größer als 2 Masse-% und höchstens 5 Masse-% und X/Y ≥ 0,35 war erfüllt. Daher wurde entdeckt, dass es möglich war, die Verschleißbeständigkeit und die Ablösebeständigkeit des Entladungselements 20 sicherzustellen, indem der Gehaltsanteil von Fe in dem Basismaterial 19 und X/Y angepasst werden.
In den Proben 8 bis 11, 20, 30 und 40, welche sowohl in dem Verschleißbeständigkeitstest als auch in dem Ablösebeständigkeitstest als A beurteilt wurden, enthielt das Basismaterial 19 wenigstens 22 Masse-% und höchstens 28 Masse-% von Cr, wenigstens 0,7 Masse-% und höchstens 1,3 Masse-% von Si, wenigstens 0,6 Masse-% und höchstens 1,2 Masse-% von Al, wenigstens 0,1 Masse-% und höchstens 1,1 Masse-% von Mn, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 0,07 Masse-% von C und wenigstens 0,001 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Fe, X/Y ≥ 0,35 war erfüllt, die Fläche der Seigerung war wenigstens 0,01 % und höchstens 4 % und (K+L)/(M+N) ≤ 0,82 war erfüllt.
Gemäß dem Beispiel wurde entdeckt, dass bei der Beurteilung des Verschleißbeständigkeitstests und des Ablösebeständigkeitstests von A bis D alles erhalten werden konnte, indem das Basismaterial 19 wenigstens 50 Masse-% von Ni, wenigstens 8 Masse-% und höchstens 40 Masse-% von Cr, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Si, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Al, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Mn, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 0,1 Masse-% von C und wenigstens 0,001 Masse-% und höchstens 5 Masse-% von Fe enthielt, während (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 erfüllt war. Zudem wurde entdeckt, dass bei der Beurteilung des Ablösebeständigkeitstests sowohl A als auch B erhalten werden konnte, indem (K+L)/(M+N) ≤ 0,82 erfüllt war.
Die vorliegende Erfindung wurde oben basierend auf der Ausführungsform beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorgenannte Ausführungsform beschränkt und es kann leicht angenommen werden, dass sie auf diverse Weise innerhalb des Geistes der vorliegenden Erfindung verbessert oder modifiziert werden kann.
In der Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in welchem die Form des Entladungselements 20 eine Scheibenform ist; die Ausführungsform ist jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt und es ist selbstverständlich möglich, eine andere Form zu verwenden. Andere Formen des Entladungselements 20 sind beispielsweise eine Stumpf-Form, eine elliptische Zylinderform und Prismenformen, beispielsweise eine dreieckige Prismenform und eine viereckige Prismenform.
In der Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in welchem das Entladungselement 20 mit einem Endabschnitt das Basismaterials 19 verbunden ist und in welchem der andere Endabschnitt des Basismaterials 19 mit der Metallhülse 17 verbunden ist; die Ausführungsform ist jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Es ist selbstverständlich möglich, ein Zwischenmaterial zwischen dem einen Endabschnitt des Basismaterials 19 und das Entladungselement 20 zu fügen. In diesem Fall ist das Zwischenmaterial ein Abschnitt des Basismaterials 19 und das Entladungselement 20 ist mit dem Zwischenmaterial (Basismaterial 19) mit der dazwischenliegenden Diffusionsschicht 25 verbunden.
In der Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in welchem die Elemente der P-Gruppe, welche aus Pt, Rh, Ir und Ru besteht, in dem Entladungselement 20 enthalten sind und in welchem die Elemente der P-Gruppe nicht in dem Basismaterial 19 enthalten sind; die Ausführungsform ist jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Wenn zwischen dem Basismaterial 19 und dem Entladungselement 20 ein Konzentrationsgradient der P-Gruppe vorhanden ist, tritt Diffusion der P-Gruppe auf. Es ist daher naheliegend, dass, selbst wenn das Basismaterial 19 die Elemente der P-Gruppe enthält, es möglich ist, ein Ablösen und Verschleißen des Entladungselements 20 zu unterbinden, wenn die in der Ausführungsform beschriebene Bedingung erfüllt ist. Wenn das Basismaterial 19 die Elemente der P-Gruppe enthält, hat die atomare Konzentration L (Atom%) der P-Gruppe in dem Basismaterial 19 einen Wert, der größer als 0 ist.
Mit der Masseelektrode 18 als ein Beispiel für die erste Elektrode wurde in der ersten Ausführungsform die Diffusionsschicht 25 zwischen dem Basismaterial 19 der Masseelektrode 18 und dem Entladungselement 20 beschrieben; die Ausführungsform ist jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Es ist selbstverständlich möglich, die zentrale Elektrode 13 als die erste Elektrode und die Masseelektrode 18 als die zweite Elektrode zu verwenden. In diesem Fall sind das Basismaterial 14 der zentralen Elektrode 13 und das Entladungselement 15 mit der Diffusionsschicht 25 dazwischenliegend miteinander verbunden. Wie bei der zuvor genannten Ausführungsform ist es möglich, ein Ablösen des Entladungselements 15 von dem Basismaterial 14 zu unterbinden, indem die Zusammensetzung des Basismaterials 14 der zentralen Elektrode 13 ähnlich der Zusammensetzung des Basismaterials 19 der Masseelektrode 18 gemacht wird.
In der Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in welchem die Diffusionsschicht 25 zwischen dem Basismaterial 19 und dem Entladungselement 20 durch Widerstandsschweißen gebildet ist; die Ausführungsform ist jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Es ist selbstverständlich möglich, die Diffusionsschicht 25 unter Verwendung von Diffusion von Atomen mit dem Basismaterial 19 und dem Entladungselement 20 in engem Kontakt zueinander zu einem Grad zu bilden, welcher plastische Deformation mit einer Bedingung für eine Temperatur von höchstens den Schmelzpunkten des Basismaterials 19 und des Entladungselements 20 minimiert, um hierdurch das Basismaterial 19 und das Entladungselement 20 miteinander zu verbinden (herkömmlich bekannt als Diffusionsverbinden).
In der Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in welchem das mit der Metallhülse 17 verbundene Basismaterial 19 gebogen ist. Die vorliegende Ausführungsform ist darauf jedoch nicht notwendigerweise beschränkt. Es ist selbstverständlich möglich, anstelle des gebogenen Basismaterials 19 ein gerades Basismaterial zu verwenden. In diesem Fall wird das gerade Basismaterial mit der Metallhülse 17 verbunden, wobei die Vorderseite der Metallhülse 17 entlang der Richtung der Achse O so verlängert ist, dass das Basismaterial der zentralen Elektrode 13 zugewandt ist.
In der Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in welchem die Achse O der zentralen Elektrode 13 mit dem Zentrum 23 der Entladungselektrode 21 des Entladungselements 20 koinzidiert und in welchem die Masseelektrode 18 so angeordnet ist, dass das Entladungselement 20 zu der zentralen Elektrode 13 in der Axialrichtung gewandt ist. Die Ausführungsform ist darauf jedoch nicht notwendigerweise beschränkt und die Positionsbeziehung zwischen der Masseelektrode 18 und der zentralen Elektrode 13 kann je nach Erfordernis eingestellt werden. Eine andere Positionsbeziehung zwischen der Masseelektrode 18 und der zentralen Elektrode 13 ist beispielsweise eine Anordnung, gemäß welcher die Masseelektrode 18 so angeordnet ist, dass eine seitliche Oberfläche der zentralen Elektrode 13 und das Entladungselement 20 der Masseelektrode 18 einander zugewandt sind.
Bezugszeichenliste

10: Zündkerze
13: zentrale Elektrode (zweite Elektrode)
18: Masseelektrode (erste Elektrode)
19: Basismaterial
20: Entladungselement
22: Funkenstrecke
25: Diffusionsschicht
27: Seigerung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2003105467 [0003]
JP 2007173116 [0003]

Claims

Zündkerze, umfassend: eine erste Elektrode, welche ein Basismaterial und ein Entladungselement aufweist, wobei wenigstens ein Teil des Entladungselements mit dem Basismaterial mit einer dazwischenliegenden Diffusionsschicht verbunden ist; und eine zweite Elektrode, welche dem Entladungselement mit einer dazwischenliegenden Funkenstrecke zugewandt ist, wobei das Basismaterial wenigstens 50 Masse-% von Ni, wenigstens 8 Masse-% und höchstens 40 Masse-% von Cr, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Si, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Al, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Mn, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 0,1 Masse-% von C und wenigstens 0,001 Masse-% und höchstens 5 Masse-% von Fe enthält, wobei das Entladungselement eine Legierung ist, welche hauptsächlich Pt enthält und Ni enthält, oder die Legierung ist, welche ferner wenigstens eines von Rh, Ir und Ru enthält, und wobei, wenn Pt, Rh, Ir und Ru als eine P-Gruppe bezeichnet werden, K (Atom-%) eine atomare Konzentration der P-Gruppe in dem Entladungselement repräsentiert, L (Atom-%) eine atomare Konzentration der P-Gruppe in dem Basismaterial repräsentiert, M (Atom-%) eine atomare Konzentration von Ni in dem Entladungselement repräsentiert und N (Atom-%) eine atomare Konzentration von Ni in dem Basismaterial repräsentiert, (K+L)/(M+N) ≤ 1,14 erfüllt ist.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei das Basismaterial und das Entladungselement (K+L)/(M+N) ≤ 0,82 erfüllen.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei, wenn X (Masse-%) einen Gehaltsanteil von Si in dem Basismaterial repräsentiert und Y (Masse-%) einen Gehaltsanteil von Fe in dem Basismaterial repräsentiert, X/Y ≥ 0,04 erfüllt ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn X (Masse-%) einen Gehaltsanteil von Si in dem Basismaterial repräsentiert und Y (Masse-%) einen Gehaltsanteil von Fe in dem Basismaterial repräsentiert, 0,04 ≤ X/Y ≤ 1000 erfüllt ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, wenn X (Masse-%) einen Gehaltsanteil von Si in dem Basismaterial repräsentiert und Y (Masse-%) einen Gehaltsanteil von Fe in dem Basismaterial repräsentiert, X/Y ≥ 0,35 erfüllt ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Basismaterial wenigstens 0,001 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Fe enthält.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Basismaterial wenigstens 22 Masse-% und höchstens 28 Masse-% von Cr, wenigstens 0,7 Masse-% und höchstens 1,3 Masse-% von Si, wenigstens 0,6 Masse-% und höchstens 1,2 Masse-% von Al, wenigstens 0,1 Masse-% und höchstens 1,1 Masse-% von Mn, wenigstens 0,01 Masse-% und höchstens 0,07 Masse-% von C und wenigstens 0,001 Masse-% und höchstens 2 Masse-% von Fe enthält.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Basismaterial eine feste Lösung enthält, die Ni enthält, wobei die feste Lösung eine darin vorhandene Seigerung enthält, und wobei in einem Querschnitt des Basismaterials eine Fläche der Seigerung, die eine Fläche des Basismaterials einnimmt, wenigstens 0,01% und höchstens 4% beträgt.