CN102754292A - 耐火花磨损特性及放电特性优异的火花塞电极用的材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供耐氧化磨损性、火花磨损性优异，并且也考虑到使用时的放电特性的火花塞电极用的材料。本发明是一种火花塞电极用材料，该火花塞电极用材料中含有5质量％以上～30质量％以下的Cu、0.1质量％以上～15质量％以下的Ir，余部为Pt。通过将Cu和Ir这两种金属复合合金化，能够使放电电压降低并提高对火花磨损的耐久性，而仅添加Cu和Ir中任一方的金属时，火花磨损性的改善效果弱，无法期待放电电压的降低效果。

Description

耐火花磨损特性及放电特性优异的火花塞电极用的材料

技术领域

本发明涉及构成火花塞的中心电极和接地电极的材料，提供耐久性、特别是对火花磨损(spark wear)的耐久性得到确保的材料，即放电特性优异的材料。

背景技术

内燃机用的火花塞要求即使在燃烧室内的严酷环境下也能够长时间使用，且耐磨损性优异。为了满足该要求特性，作为其主要构件的中心电极和接地电极的构成材料，使用由Ir、Pt、Ni及它们的合金构成的材料(专利文献1)。这些材料作为熔点高、即使在高温·高氧化性的燃烧室内也难以氧化磨损的优异的火花塞电极用的材料被知晓。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利特开2009-295427号公报

可是，火花塞电极用的材料开发大多关注如上所述的耐久性的提高，但在用于电极(放电电极)时，可以说其放电特性也很重要。特别是对于近几年的汽车用发动机，内部温度的高温化及精密的电子控制逐渐发展，放电特性虽然成为材料选择的重要指标，但是在这方面的研讨却很少。

而且，目前的关于火花塞电极用的耐久性的研讨例，如上所述，大多将着重点放在熔点高、即使在高氧化气氛下由氧化引起的磨损也少的材料的开发上。可是，火花塞电极的磨损的主要原因中，除氧化磨损外，还存在由使用中不断产生的火花引起的火花磨损。因此，目前的策略自身虽然没有错误，但是可以说在此之上需要明确地增加关于对火花磨损的耐性的观点。

发明内容

发明所要解决的技术问题

于是，本发明的目的是，提供耐氧化磨损性和火花磨损性优异，还将使用时的放电特性考虑在内的火花塞电极用的材料。

解决技术问题所采用的技术方案

解决上述问题的本发明为一种火花塞电极用材料，该火花塞电极用材料中含有5质量％以上～30质量％以下的Cu、0.1质量％以上～15质量％以下的Ir，余部为Pt。

本发明的火花塞电极用材料是在铂中添加Cu(铜)，再添加作为贵金属的Ir(铱)而成的三元类合金。这样，通过将Cu和Ir这两种金属复合合金化，能够使放电电压降低、提高对火花磨损的耐久性。这意味着仅添加Cu、Ir中的任一种时，都无法达到本发明的目的。即，仅添加Cu时，火花磨损性的改善效果弱，另一方面，对于仅添加有Ir的合金(相当于现有技术)，无法期待放电电压的降低效果。

此外，本发明中对各合金金属的添加量有限制。本发明人发现，如果将各金属的添加量设在合适的范围外，则除了火花磨损性及放电特性劣化外，氧化磨损也变大。即，为了取得良好的火花磨损性、放电特性、氧化磨损性的平衡，必须对各合金金属的添加量进行限制。

以下，对本发明的Pt合金的构成进行更详细的说明。Cu主要具有降低合金材料的放电电压的作用。将其添加量设为5～30质量％，如果不足5质量％则放电电压不易降低，如果超过30质量％则有因高温氧化而容易磨损的倾向。此外，Cu含量较好是在8质量％以上，特别好是在10质量％以上。因为这样特别有利于放电电压降低。

本发明的Pt合金除含有上述含量的Cu，还含有0.1质量％以上～15质量％以下的Ir。通过含有少量的Ir，可以进一步降低放电电压，并且减少由火花放电引起的电极的磨损量。具体而言，与仅含有Cu的Pt合金相比，可以将火花放电后的磨损面积减少至约40％。此外，放电特性的不均性降低，电压稳定性提高。本发明具有以下特征：Ir的含量即使是如上所述的少量，也会成为耐磨损性高且放电特性优异的材料。

将Ir的含量设为0.1质量％以上～15质量％以下。如果不足0.1质量％，则不易获得抑制由火花放电引起的磨损的效果，如果超过15质量％则有合金不易加工的倾向。如果Ir在上述含量的范围内采用较高的浓度，则会成为抑制由火花放电引起的磨损的效果更高的材料，如果采用较低的浓度，则会成为高温氧化特性更优异的材料。因此，较好是考虑火花塞的使用条件，根据应该重视哪一种特性来选择合适的Ir含量。具体而言，在重视抑制火花磨损的效果时，优选Ir含量为0.3质量％以上，特别优选8质量％以上。另一方面，在重视高温氧化特性一方时，较好是12质量％以下，特别优选4.5质量％以下，进一步特别优选1质量％以下。还有，如果重视上述的两者的平衡，则优选将Ir的含量设为0.3～1质量％。

以上说明的本发明的Pt合金可通过混合构成金属、进行熔化·铸造来制造，将所得的Pt合金制成板材或线材后，通过切割成所需的长度的方法等加工成贵金属条，从而能够作为火花塞使用。

发明的效果

本发明的Pt合金是兼备耐高温氧化磨损和耐火花磨损特性的火花塞材料。而且，本发明的Pt合金是放电电压的不均匀少、稳定性提高了的材料。

附图的简单说明

图1是对应于Ir含量的耐磨损性·放电特性的评价结果。

具体实施方式

下面对本发明的优选的实施例进行说明。首先，作为预备试验，为了确认因向Pt中添加Cu而引起的对放电特性的影响，进行了Pt－Cu合金的特性评价。

作为原材料，准备Pt及合金金属(Cu)的小片(尺寸:2～10mm)，按照规定的合金组成装填入水冷铜模具中。接着，用高频感应加热法(悬浮熔炼法)在惰性气氛中进行熔化·铸造。熔化条件采用输出功率40kW、频率250kHz，使合金整体熔融以成为均匀的组成。合金熔融后，控制输出功率，以200℃/分钟的冷却速度退火并排出残存气体，从而制造无空隙的大理石状铸锭(直径15mm、厚度8mm)。接着，以使制得的大理石状铸锭与水冷铜模具相互接触的方式排列，针对接触部分照射氩弧以进行熔化·接合。

进行大理石状铸锭的一体化之后，进行热锻，成型为12mm见方的铸锭。接着，进行沟槽滚压、型锻(swaging)加工、切块拉伸加工，制成直径0.6mm的线材。在这些加工过程中，在截面减少率设为20％到50％的阶段，进行1000℃～1200℃的热处理。从该线材切割出长度0.8mm的贵金属片。在以上的加工的过程中，在被加工材料上没有观察到显著的裂纹、断线。此外，针对加工后的线材观察金属组织，结果为结晶粒径相同的均质的材料。针对所得的贵金属片，进行如下所述的高温氧化后的残存率、放电特性的评价。

[耐高温氧化磨损性]

对制造的贵金属片的耐高温氧化磨损性进行了评价。在大气中于1200℃对片加热50小时，通过测定试验前后的重量，计算出残存率。

[放电特性]

使用φ0.6mm的贵金属线来测定放电电压。将贵金属线作为中心电极和接地电极，并将中心电极与接地电极之间的间隔设为1.0mm。在氮气氛(6个大气压)下放电140小时，以28分钟间隔进行约2分钟的电压测定。算出各测定区间的最大电压、平均电压，并且算出整体的最大电压的最大值、平均电压的平均值、各自的标准偏差。

[火花磨损特性]

以由火花磨损引起的磨损量为评价的对象。火花磨损的评价是通过测定放电特性前后的贵金属片前端部的尺寸，测定磨损面积来进行评价。

[表1]

*最大电压是各测定区间的最大电压的最大值中的最大值。

*平均电压是各测定区间的平均电压的平均值。

根据表1可知，Pt合金具有通过含有Cu而使平均电压降低的效果。另一方面，Cu含量的增加具有使Pt合金的由高温氧化引起的残存率降低的倾向。因此，考虑到放电电压的降低和由高温氧化引起的磨损的平衡，本发明中将Cu含量设为5～30质量％。

接着，制作由Pt－Cu－Ir合金构成的贵金属片，进行高温氧化后的残存率、放电特性的评价。贵金属片的制造与预备试验相同，高温氧化后的残存率、放电特性及之后的火花磨损量的评价也相同。

其评价结果示于表2。表2中，以比较的方式示出针对由Pt－Cu合金(参考例2的Cu 10％合金)、Pt－Ir合金(Ir 20％)构成的贵金属片的评价结果。此外，图1中示出针对固定Cu浓度(10质量％)而使Ir浓度变化的合金的评价结果。

[表2]

*最大电压是各测定区间的最大电压的最大值中的最大值。

*平均电压是各测定区间的平均电压的平均值。

根据表2及图1，通过向Pt－Cu合金中进一步添加Ir，确认能观察到火花磨损面积的显著减少。此外，对于放电特性进行观察，也可知除平均电压下降外，还产生最大电压降低的效果，还有，它们的不均匀(标准偏差)也降低。此外，本实施方式中，对将Cu和Ir的合金含有率设为25质量％以下的合金进行了研讨，可知它们能够将高温氧化残存率维持在高水平，是合适的。

但是，如果以超过15质量％的条件添加Ir，则加工性降低，因此较好是以15质量％以下的量添加。这是从以下情况确认到的事项：对试验性地以超过15质量％含有Ir的合金进行从铸锭到线材的加工时，得到了容易发生断线，虽然不是完全无法进行加工但缺乏生产效率这样的结果。

产业上利用的可能性

本发明是耐磨损性高、能够长期使用的火花塞电极用材料。而且，放电电压的不均匀少，火花塞使用时的稳定性也提高。

Claims (1)

1.一种火花塞电极用材料，该火花塞电极用材料中含有5质量％以上～30质量％以下的Cu、0.1质量％以上～15质量％以下的Ir，余部为Pt。