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Legierung für Zündkerzenelektroden Die Erfindung betrifft Legierungen
für Zündkerzenelektroden, insbesondere auf Nickelbasis und bezieht sich auf das
Problem, solche Legierungen gegen Angriffe, die von im Kraftstoff enthaltenen Bleiverbindungen
z. B.
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Bleitetraäthyl, herrühren, widerstandsfähiger zu machen.
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Der "Bleiangriff" bewirkt, daß das metallische Material der Zündkerzenelektroden
von außen her angelöst bzw.
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aufgelöst wird und sich mit den im Motorbetrieb anfallenden Bleiverbindungen
zu meist krustigen oder schwammigen Korrosionsprodukten umsetzt, die teils als Belag
auf den Elektroden haften bleiben und zu Brückenbildungen führen können, teils aber
auch abplatzen oder abfallen, so daß insbesondere an den Flächen der Funkenstrecke
ein erhöhter Stoffverlust entsteht, der den Ausfall der Kerze durch zu groß gewordenen
Elektrodenabstand beschleunigt. Die Bleiverbindungen verstärken gewöhnlich auch
die interkristalline Korrosion an den äußeren Zonen der Zündkerzenelektroden.
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Um dem Bleiangriff entgegenzuwirken, hat man den Kraftstoffen und
den Motorölen Antibleiwirkstoffe beigemischt und die frühere Nickel-Mangan-Legierung
mit 4 - 5 % Mn durch Verminderung des Mangangehalts und durch Zulegieren von ca.
1,5 - 4 % Si und/oder ca. 1,5 - 5 % Cr und/oder 0,1 - 0,3 % Zr, Nb, Ti, Al, verbessert.
Die Mehrzahl dieser neueren Legierungen hat einen Mangananteil von ca.
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0,5 - 2 %; ihr Nickelanteil liegt meistens ziemlich hoch, nämlich
zwischen ca. 94 - 97 %, so daß die Wärmeleitfähigkeit durch die zulegierten Elemente
nicht allzusehr verschlechtert wird. Es ist auch bekannt, diese Legierungen mit
ca. 0,05 - 0,1 % Mg zu desoxydieren.
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Die o. a. Maßnahmen brachten zwar erhebliche Verbesserungen, trotzdem
sind auch die Elektroden aus diesen Werkstoffen, insbesondere infolge der länger
gewordenen Inspektionsintervalle noch erheblich durch Bleiangriff gefährdet, und
metallographische Untersuchungen zeigen deutlich, daß die Elektroden an den bleibefallenen
Stellen Stoffverluste erleiden, wobei die korrodierte Zone gewöhnlich noch mit nicht
umgesetzten metallischen Überresten durchsetzt ist.
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Die Bemühungen, bei diesen Legierungen den Bleiangriff zu verringern,
liefen bisher im wesentlichen drauf hinaus, durch konstruktive Maßnahmen zu erreichen,
daß die Elektroden bei den Arbeitstakten des Ansaugens (bzw. Spülens bei Zweitaktern)
und Verdichtens mit möglichst wenig Kraftstoffmolekülen in Berührung kommen.
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Um dem Blei angriff auch bei vorgezogenen und vom Frischgasstrom u-pülten
Elektroden zu begegnen, werden in
neuerer Zeit Versuche mit Elektroden
aus Ni Cr 15 Fe (Werkstoff-Nr. 2.4640) gemacht, die infolge des hohen Cr-Gehalts
von 14 - 17 % und Zusätzen seltener Erden zwar hitzebeständiger sind, jedoch den
Nachteil schlechterer Wärmeleitfähigkeit haben, so daß die Mittelelektroden eingekittet
werden müssen, um auf den geforderten Wärmewert zu kommen. Das Einkitten der Mittelelektrode
ist jedoch problematisch und birgt die Gefahren in sich, daß der keramische Isolatorfuß
der Zündkerze gesprengt, oder die Kerze bei schlechter Kittung überhitzt wird und
Glühzündungen verursacht. Außerdem ist diese Legierung schlecht schweißbar, was
dazu führen kann, daß die Masseelektrode der Zündkerze im Motorbetrieb in den Zylinder
fällt.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, insbesondere die o. a.
schwach legierten Nickellegierungen gegen Heiangriff zu verbessern, ohne daß ihre
Wärmeleitfähigkeit dadurch nennenswert beeinträchtigt wird.
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Obwohl es, wie bereits angedeutet, seit langem üblich ist, zur Desoxydation
dieser Zündkerzenlegierungen neben Silizium auch Magnesium einzusetzen, wurde bisher
nicht erkannt, daß durch Vergrößerung des Magnesiumgehalts der Bleiangriff wesentlich
verringert werden kann. Dieser Effekt ist offenbar darauf zurückzuführen, daß sich
bei den Betriebstemperaturen der Zündkerzen Magnesiumoxid bildet, das einer der
wenigen Stoffe ist, die selbst gegen flüssiges Bleioxid resistent sind. Bei dem
bisher zur Desoxydation üblichen geringen Anteil von nur 0,05 - 0,1 % ist dieser
Effekt jedoch zu wenig aufgefallen, um erkannt zu werden.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, den Magnesiumanteil der Zündkerzenlegierungen
auf über 0,15 %,vorzugsweise auf 0,25 - 0,35 % zu erhöhen.
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Im Vergleich zu anderen Legierungselementen, wie Chrom oder Aluminium,
die z. B. bei Heizleitern zur Erzeugung festhaftender oxydischer Schutzschichten
benutzt werden, ist der im voggen angegebene Magnesiumanteil sehr klein.
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Vergleichsversuche mit Ni-Mn-Si-Legierungen haben aber überraschenderweise
ergeben, daß bei einem Anteil von 0,25 % Magnesium an den Elektroden selbst durch
stark gebleite Vergaserkraftstoffe nur unbedeutende Niederschläge auftreten, während
bei der bisherigen desoxydierten Legierung (mit gleichen Mangan- und Siliziumgehalten)
krustige Beläge und größere Stoffverluste entstehen.
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Wegen seiner außerordentlichen Flüchtigkeit in metallischen Schmelzen
empfiehlt es sich, das Magnesium in Form bekannter Vorlegierungen, z. B. als Ni
Mg oder Si Mg der Zündkerzenlegierung vor dem Vergießen zuzufügen, gegebenenfalls
auch in Verbindung mit eingetauchten Desoxydationsmitteln Ca Mg Si oder Ca Mn Si,
wenn besondere Ansprüche an die Reinheit der Legierung gestellt werden.