[发明专利]火花塞电极材料和火花塞，以及制造火花塞电极材料和用于火花塞的电极的方法

说明书

现有技术

本发明涉及火花塞电极材料，以及包含电极的火花塞，该电极由火花塞电极材料形成，和涉及用于制造火花塞电极材料和电极的方法。 

火花塞在现有技术中在不同的实施方案中是已知的。火花塞在快燃发动机中它们的电极之间产生触发火花用于点燃燃料－空气－混合物。所述火花塞在此具有接地电极和中间电极，其中具有二到五个电极的火花塞构造形式是已知的。这些电极在此置于火花塞外壳（接地电极）上或者作为中间电极置于陶瓷绝缘体中。火花塞的使用寿命受到电极材料的耐腐蚀性和耐侵蚀性所影响。传统的电极材料基于含有铝成分的镍合金。然而，它们的问题在于，在发动机室中的工作条件下，即在高温和氧化气氛的情况下，镍表面的大部分以及在电极材料内部的部分镍通过与周围的氧反应而氧化。由此形成了氧化镍层，该层具有热绝缘性以及导电抑制性并且在较短时间之后已经易于被腐蚀或者被火花侵蚀。因此，增大了电极间距，这最终导致火花塞的失灵。在按照规定使用火花塞时，氧化层的形成最多可以通过使用由纯贵金属构成的或基于贵金属的电极材料来实现，比如铂或者带有铱的铂合金，该电极材料具有增强的抗火花侵蚀攻击的耐磨性。但是，这样的电极材料，特别是铂，产生巨大的成本，这对于此类大量生产的部件如火花塞是成问题的。 

发明内容

与此相反，根据本发明的具有权利要求1的特征的火花塞电极材料具有优点，即它是基于镍基合金，其使得电极材料的成本和从而火花塞的成本低廉。此外，这种火花塞电极材料具有优点，即在按照规定的使用中，就是说在升高的温度中和氧的存在下，至少在其表面的一部分上在最短的时间内，通常在几小时后已经形成尤其均质的、相对薄的氧化层。该氧化层的特点是具有至少6 W/mK，特别是至少8 W/mK或者甚至10 W/mK和更大的高的热导率，以及特别高的电导率。由此，位于其上的电压和作用温度可以迅速均匀地分布到整个电极材料上，由此防止局限于电极表面的小区域上的，即局部的温度最大值和电压最大值，这样显著地减少电极材料的腐蚀和侵蚀。通过有针对性地加入硅和铜，除了电导率和热导率之外，还提高了形成的氧化层的耐氧化性，以及它们的热力学稳定性，由此再次减少了电极材料的火花侵蚀磨损。硅的含量为0.7到1.3重量%，基于电极材料的总重量计。在低份额的0.7重量%的硅的情况下，已经积极地影响电极材料的氧化行为和在电极材料上形成的氧化层的电阻。然而，从硅的份额超过1.3重量%起就出现相反的效果。通过添加0.5到1.0重量%份额的铜（基于电极材料的总重量计），电极材料的电阻进一步降低，因为铜离子嵌入到氧化镍晶格中，由此提高所形成的氧化层的电导率。这种效果在低的0.5重量%的铜份额时已经可以测量到。然而， 铜的份额应该不超过1重量%，因为否则无法充分地保证火花塞电极材料足够的机械强度。本发明所以选择一种新的方式，因为通过有针对性地选择电极材料成分，即镍、铜和硅，优化了在按照规定的使用中所形成的氧化层，并不同于现有技术中将主要注意力置于尽可能高的耐腐蚀性。 

从属权利要求中说明了本发明的优选的扩展实施方式。 

各个元素和化合物的数量值，除非另有说明，分别基于火花塞电极材料的总重量计。 

尤其优选地，火花塞电极材料具有硅的含量为0.9到1.1重量%和尤其是1重量%，和/或铜的含量为0.6到0.85重量%，尤其是0.75重量%，其中镍的含量因此为约97.5至98.5重量%。在这些份额中，附加的元素导致在按照规定使用形成火花塞的氧化层具有尤其高的热导氯和电导率。此外，所形成的氧化层是在热力学和机械方面足够稳定的，从而有效地减少了根据本发明的火花塞电极材料的火花侵蚀磨损以及腐蚀。 

根据本发明的另一优选的实施方式，本发明的火花塞电极材料的特征在于，该材料包括0.07到0.13重量%，尤其是0.09到0.11重量%以及尤其是0.10重量%的钇。添加这样少量的钇防止在按照规定使用具有本发明的火花塞电极材料的火花塞期间的异常晶粒生长，钇含量可以有针对性地保持在低水平，例如通过合金的低氧含量。从钇的份额超过0.13重量%起，负面地影响氧化行为以及由此所形成的氧化层的电阻。 

尤其优选地，该电极材料基本上没有铝和/或铝化合物和/或金属间相。铝及其化合物降低电极材料和所产生的氧化层的电导率，从而促进电极材料的火花侵蚀磨损。通过放弃使用铝明显改善所产生的氧化层的氧化行为和尤其电阻以及因此火花塞电极材料的侵蚀行为（可测量到地改善）。此外，明显改善材料的可塑性。放弃使用金属间相也有相似的效果，因为金属间相以在镍基质中的沉淀物的形式存在，并导致热机械张力以及减小热导率，由此增加了电极材料的火花侵蚀磨损和腐蚀。