WO2015090709A1 - ZÜNDKERZENELEKTRODE UND ZÜNDKERZE MIT REDUZIERTEM KORROSIVEM VERSCHLEIß UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER ZÜNDKERZENELEKTRODE - Google Patents

ZÜNDKERZENELEKTRODE UND ZÜNDKERZE MIT REDUZIERTEM KORROSIVEM VERSCHLEIß UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER ZÜNDKERZENELEKTRODE Download PDF

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WO2015090709A1 PCT/EP2014/073664 EP2014073664W WO2015090709A1 WO 2015090709 A1 WO2015090709 A1 WO 2015090709A1 EP 2014073664 W EP2014073664 W EP 2014073664W WO 2015090709 A1 WO2015090709 A1 WO 2015090709A1
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spark plug
layer
electrode
tin
surface layer
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Torsten Trossmann
Bernardo Ballesteros Katemann
Stefan Nufer
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T21/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs
    • H01T21/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs of sparking plugs

Definitions

  • the tin-containing surface layer completely covers the electrode core, thus enhancing the above-mentioned effects.
  • the tin-containing surface layer may only partially cover the electrode core, for example at the locations which are subject to particularly high loads during the firing.
  • the tin forms with other metallic elements, which are also contained in the surface layer and / or in the electrode core and reach by diffusion in areas of the tin-containing surface layer, high temperature resistant intermetallic compound. These tin-containing intermetallic compounds prevent the outflow or evaporation of tin and thus form a kind of protective layer which effectively prevents spark erosion of electrode material.
  • Electrode core preferably containing nickel and may further preferably be formed of nickel-chromium steels or austenitic steels or nickel alloys.
  • the nickel is, as already stated, capable of reacting with tin from the surface layer and forming high temperature resistant NiSn phases.
  • the spark plug electrode according to FIG. 4 is constructed like the spark plug electrode of FIG. 3 and differs therefrom only in that the first, tin-containing layer 9 completely covers the electrode core 8 and the second nickel-containing layer 1 1 completely covers the first layer 9. hereby the entire spark plug electrode is protected from corrosion in all areas.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerzenelektrode mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit. Die Zündkerzenelektrode umfasst einen Elektrodenkern (8) und eine mindestens teilweise, vorzugsweise vollständige, Oberflächenschicht (7), die Zinn enthält.

Description

Beschreibung Titel
Zündkerzenelektrode und Zündkerze mit reduziertem korrosivem Verschleiß und Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerzenelektrode sowie eine
Zündkerze mit reduziertem korrosivem Verschleiß und daher mit einer hohen Leistungsdichte und langer Laufzeit. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode mit den vorstehend genannten Eigenschaften.
Aufgrund der steten Weiterentwicklung von Kraftfahrzeugmotoren und deren Komponenten zur Steigerung der Leistungsfähigkeit und Motorkraft, werden auch an die Materialien der Motorbauteile, und insbesondere an die Zündkerzen, die besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind, und damit einem hohen
Verschleiß unterliegen, hohe Anforderungen gestellt. Herkömmliche
Zündkerzenelektroden unterliegen bei Gebrauch einerseits einer abrasiven Korrosion und andererseits einer Korrosion durch Glimmentladung. Beide Schadensbilder werden auf Korngrenzenschädigungen des Elektrodenmaterials in kohlenstoffübersättigter Atmosphäre bei geringen Sauerstoffpartialdrücken zurückgeführt. Um den korrosiven Verschleiß zu reduzieren, werden Werkstoffe mit hohen Chrom- oder Aluminiumanteilen verwendet, die oxidhaltige
Passivierungsschichten ausbilden. Jedoch kommt es auch hier zu erhöhtem Elektrodenverschleiß durch ein Abplatzen der oxidhaltigen Passivierungsschicht aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der oxidhaltigen Passivierungsschichten und dem Basiswerkstoff.
Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Zündkerzenelektrode mit den Merkmalen des Anspruches 1 zeichnet sich demgegenüber durch einen niedrigen funkenerosiven Verschleiß und einen besonders geringen korrosionsinduzierten Materialabtrag und damit eine gute Korrosionsbeständigkeit bei hoher Leistungsdichte und langer Laufzeit, aus. Erfindungswesentlich ist hierbei dass die Zündkerzenelektrode einen
Elektrodenkern und eine mindestens teilweise, also mindestens eine partiell vorhandene Oberflächenschicht, die Zinn enthält, umfasst. Das Zinn verändert bzw. verhindert eine Abscheidung von Kohlenstoff oder
Kohlenstoffverbindungen, die in kohlenstoffübersättigter Atmosphäre bei geringen Sauerstoffpartialdrücken, also unter sogenannten
Aufkohlungsbedingungen, ein Aufbrechen des Elektrodenmaterials an den Korngrenzen bedingen. Darüber hinaus wird die Ausbildung instabiler
Oxidschichten aufgrund der Bildung von hochtemperaturbeständigen
zinnhaltigen Phasen reduziert oder sogar verhindert. Bevorzugt bedeckt die zinnhaltige Oberflächenschicht den Elektrodenkern vollständig, da so die vorstehend genannten Effekte verstärkt werden. Alternativ dazu kann die zinnhaltige Oberflächenschicht den Elektrodenkern auch nur partiell bedecken, beispielsweise an den Stellen, die besonders hohen Belastungen während der Befunkung unterliegen. Das Zinn bildet mit weiteren metallischen Elementen, die ebenfalls in der Oberflächenschicht und/oder im Elektrodenkern enthalten sind und durch Diffusion in Bereiche der zinnhaltigen Oberflächenschicht gelangen, hochtemperaturbeständige intermetallische Verbindung. Diese zinnhaltigen intermetallischen Verbindungen verhindern ein Abfließen oder Abdampfen von Zinn und formen somit eine Art Schutzschicht, die einem funkenerosiven Abtrag von Elektrodenmaterial dauerhaft wirksam vorbeugt. Die erfindungsgemäße
Zündkerzenelektrode weist damit eine sehr gute Materialbeständigkeit auf und ist, aufgrund der niedrigen Rohstoffpreise für das Metall Zinn, ferner durch eine günstige Kostenstruktur gekennzeichnet. Die erfindungsgemäße zinnhaltige Oberflächenschicht kann eine vor Gebrauch aufgebracht
Oberflächenbeschichtung sein oder sich während des Gebrauchs der
Zündkerzenelektrode nach kurzer Gebrauchszeit an der Oberfläche der
Zündkerzenelektrode ausbilden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung enthält die Oberflächenschicht Nickel und/oder mindestens eine Nickel-Zinn-Phase (NiSn-Phase) und/oder besteht die Oberflächenschicht aus Zinn und/oder ist der Elektrodenkern zinnfrei und/oder der Elektrodenkern nickelhaltig. Eine nickelhaltige Oberflächenschicht ist insbesondere vor Gebrauch der Zündkerzenelektrode vorteilhaft, da sie sich bei üblichen Lagertemperaturen durch eine hohe Stabilität und Resistenz gegenüber Umwelteinflüssen auszeichnet, was somit bereits vor Gebrauch der
Zündkerzenelektrode einem partiellen Verschleiß bzw. einer Schädigung des Zündkerzenelektrodenmaterials vorbeugt. Ferner wird durch Nickel in der Oberflächenschicht die Ausbildung von hochtemperaturstabilen intermetallischen Nickel-Zinn-Phasen (NiSn-Phasen) in der Oberflächenschicht während des Gebrauchs der Zündkerzenelektrode gefördert, was dem Verschleiß des
Elektrodenmaterials durch Funkenerosion vorbeugt. Durch die vorteilhafte Weiterbildung dass die Oberflächenschicht mindestens eine Nickel-Zinn-Phase enthält, wird erreicht, dass die Zündkerzenelektrode z.B. schon vor Gebrauch als auch direkt bei Inbetriebnahme der Zündkerzenelektrode ohne eine weitere erforderliche Erwärmung stabil und vor funkenerosivem Verschleiß geschützt ist.
Dies wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, dass NiSn-Phasen direkt auf dem Elektrodenkern abgeschieden werden. Hierbei entsteht zumeist nicht nur eine bevorzugte NiSn-Phase. Bei Abscheidung mittels eines galvanischen Prozesses kann beispielsweise eine Oberflächenschicht mit 65 Atom% Sn und 35 Atom% Ni erzeugt werden. Neben der oder den NixSny-Phasen enthält diese
Oberflächenschicht einen Sn-Überschuss, der erst später, z.B. bei
Inbetriebnahme der Zündkerzenelektrode, vorzugsweise mit Nickel aus dem Elektrodenkern in eine stabile NiSn-Phase umgewandelt wird. Durch eine Oberflächenschicht, die vorzugsweise im Wesentlichen, also bis auf
unvermeidbare technische Verunreinigungen, aus Zinn besteht, wird die Bildung von hochtemperaturbeständigen intermetallischen zinnhaltigen Phasen gefördert. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann geeignet, wenn die
Oberflächenschicht den Elektrodenkern lediglich partiell bedeckt, da so sehr leicht, beispielsweise durch Diffusion von metallischen Elementen in die
Oberflächenschicht, intermetallische zinnhaltige Verbindungen in Bereichen der
Oberflächenschicht gebildet werden können, die sich durch eine hohe
Temperaturstabilität auszeichnen. Mit anderen Worten kommt es bei der
Herstellung oder bei Inbetriebnahme der Zündkerzenelektrode zu einer
Umwandlung der aus Zinn bestehenden, auf der Oberfläche der
Zündkerzenelektrode partiell ausgebildeten Oberflächenschicht in
intermetallische, hochtemperaturbeständige Verbindungen. Vorzugsweise bilden sich dabei in Verbindung mit Nickel aus dem Elektrodenkern oder auch aus anderen, nicht durch Zinn besetzten Oberflächenbereichen, NiSn-Phasen, die den korrosionsinduzierten Materialabtrag des Elektrodenmaterials aufgrund ihrer hohen Temperaturstabilität reduzieren. Da die korrosiven
Aufkohlungsbedingungen insbesondere an der Oberfläche der
Zündkerzenelektrode angreifen, ist eine hohe Konzentration an Zinn im
Elektrodenkern weniger von Vorteil und erhöht lediglich die Materialkosten der Zündkerze. Der Elektrodenkern ist daher aus kostentechnischen Gründen vorzugsweise zinnfrei. Ebenfalls aus kostentechnischen Gründen ist der
Elektrodenkern vorzugsweise nickelhaltig und kann ferner vorzugsweise aus Nickel-Chrom-Stählen oder austenitischen Stählen oder Nickellegierungen gebildet sein. Das Nickel ist, wie bereits ausgeführt, befähigt mit Zinn aus der Oberflächenschicht zu reagieren und hochtemperaturbeständige NiSn-Phasen zu bilden.
Weiter vorteilhaft enthält die Oberflächenschicht Nickel, wobei ein
Mengenverhältnis in Atom-% von Zinn zu Nickel in der Oberflächenschicht 2 : 3 bis 4 : 3 beträgt. Eine solches Verhältnis kann direkt eingestellt werden, beispielsweise durch galvanische Abscheidung einer NiSn-Phase mit dem angegebenen Mengenverhältnis. Alternativ dazu kann sich ein solches Verhältnis auch erst unter Betriebsbedingungen der Zündkerzenelektrode bilden, z.B. indem Nickel aus dem Elektrodenkern in die Oberflächenschicht diffundiert. Das Metall Nickel ist befähigt, mit Zinn hochstabile temperaturbeständige und somit hochschmelzende und damit funkenerosionsstabile intermetallische Nickel-Zinn- Phasen, und darunter insbesondere Ni3Sn2-Phasen, auszubilden, die unter das o.g. Mengenverhältnis fallen. Die Abscheidung oder Bildung von
hochtemperaturstabilen intermetallischen Nickel-Zinn-Phasen mit dem oben genannten Mengenverhältnis kann vorteilhafterweise durch einen Überschuss an Nickel im Elektrodenkern erzielt werden. Vorteilhaft weist die Oberflächenschicht mindestens eine erste Schicht und eine zweite Schicht auf, wobei die erste Schicht auf dem Elektrodenkern und die zweite Schicht auf der ersten Schicht angeordnet ist. Hierbei enthält die erste Schicht Zinn und die zweite Schicht Nickel. Die erste Schicht kann dabei auch aus Zinn bestehen. Alternativ oder additiv dazu kann auch die zweite Schicht aus Nickel bestehen. Dies vereinfacht ein Aufbringen der jeweiligen Schicht. Durch die Schichtstruktur der Oberflächenschicht mit einer unter einer Nickelschicht, bzw. nickelhaltigen Schicht, zinnhaltigen bzw. aus Zinn bestehenden Oberflächenschicht, wird die Herstellung der Zündkerzenelektrode erleichtert. Da Zinn einen niedrigen Schmelzpunkt von etwa 232 °C hat, kann durch das Aufbringen einer höherschmelzenden Nickelschicht über die Zinnschicht ein Abfließen oder Abdampfen von Zinn vor Bildung einer temperaturstabilen NiSn- Phase durch Erwärmung oder durch die Betriebsbedingungen der
Zündkerzenelektrode verhindert werden. Dies trägt zur Stabilität der
Zündkerzenelektrode bei.
Durch die vorteilhafte Weiterbildung, dass die erste Schicht und die zweite Schicht zusammen eine durchschnittliche Schichtdicke von weniger als 30 μηι, vorzugsweise von weniger als 5 μηι, haben, wird die Ausbildung von
intermetallischen Nicke-Zinn-Phasen mit ebenfalls einer hohen Schichtdicke gefördert, wodurch der Elektrodenkern sehr gut vor korrosivem Verschleiß geschützt wird. Eine dünnere Schichtdicke ist dabei in Bezug auf ein
kostensparendes Elektrodenmaterial von Vorteil.
Weiter vorteilhaft enthält die Zündkerzenelektrode mindestens ein Element, ausgewählt aus Strontium (Sr), Germanium (Ge), Zink (Zn) und Kupfer (Cu), und vorzugsweise Cu. Die hier genannten Elemente haben sich ebenfalls als korrosionshemmend herausgestellt und unterstützen damit die
erfindungsgemäßen Effekte. Die darunter bevorzugte Verwendung von Kupfer ist auf dessen gute Verfügbarkeit, sowie seine umwelttechnische und
gesundheitliche Unbedenklichkeit zurückzuführen.
Durch die vorteilhafte Weiterbildung, dass die Zündkerzenelektrode silberfrei ist, können bei mindestens gleich guter Korrosionsbeständigkeit effektiv
Materialkosten eingespart werden.
Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch eine Zündkerzenelektrode beschrieben, die ein Zündkerzenelektrodenmaterial umfasst das silberfrei ist und Zinn enthält. Ist das Zündkerzenelektrodenmaterial silberfrei und enthält Zinn, kann an der Oberfläche der Zündkerzenelektrode liegendes Zinn bzw. auch Zinn aus dem Elektrodeninneren durch Diffusion unter Betriebsbedingungen der
Zündkerzenelektrode mit weiteren metallischen Elementen an der Oberfläche der Zündkerzenelektrode eine hochtemperaturbeständige intermetallische zinnhaltige Oberflächenschicht bilden. Vorteilhafterweise werden in Anwesenheit von Nickel hochtemperaturbeständige Nickel-Zinn-Phasen gebildet, die die Korrosionsbeständigkeit der Zündkerzenelektrode erhöhen. Auch kann durch ein silberfreies aber zinnhaltiges Elektrodenmaterial eine Bildung von instabilen Oxidschichten verhindert werden. Die erfindungsgemäße Zündkerzenelektrode zeichnet sich damit durch einen niedrigen funkenerosiven Verschleiß und einen besonders geringen funkeninduzierten Materialabtrag und damit eine gute Korrosionsbeständigkeit bei hoher Leistungsdichte und langer Laufzeit sowie aufgrund der Aussparung des Elements Silber, auch durch eine günstige Kostenstruktur, aus.
Ferner erfindungsgemäß wird auch eine Zündkerze mit einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode beschrieben, wobei mindestens eine der Elektroden, bevorzugt beide Elektroden, wie vorstehend beschriebene Zündkerzenelektroden sind. Aufgrund des verbesserten Elektrodenmaterials, zeichnet sich die erfindungsgemäße Zündkerze durch eine hohe Laufleistung und sehr guter Leistungsdichte bei gleichzeitig guter Kostenstruktur aus. Besonders vorteilhaft sind sowohl die Masseelektrode als auch die Mittelelektrode durch die erfindungsgemäße Zündkerzenelektrode gebildet, da sich somit die vorteilhaften Effekte und darunter insbesondere die Korrosionsstabilität, potenzieren. Die erfindungsgemäße Zündkerze eignet sich aufgrund ihrer sehr guten
Beständigkeit insbesondere für den Betrieb in hoch alkoholhaltigen und/oder wasserkontaminierten Kraftstoffen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein erstes Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode, das die Schritte:
- Bereitstellen eines Elektrodenkerns und
- Aufbringen oder Ausbilden einer Oberflächenschicht, enthaltend Zinn umfasst. Das Material des Elektrodenkerns ist im Einzelnen nicht beschränkt und der Elektrodenkern kann mittels herkömmlicher formgebender Verfahren aus einem geeigneten Elektrodenmaterial hergestellt werden. Erfindungswesentlich ist das Aufbringen einer zinnhaltigen Oberflächenschicht, beispielsweise mittels CVD, PVD, galvanischer Abscheidung, thermisches Spritzen,
Dispersionsbeschichten oder durch Aufsintern. Alternativ dazu kann sich die zinnhaltige Oberflächenschicht auch während des Gebrauchs der
Zündkerzenelektrode ausbilden. Die Oberflächenschicht wird zum Schutz des Elektrodenmaterials dabei so geformt, dass sie den Elektrodenkern mindestens partiell, vorzugsweise vollständig bedeckt. Wie bereits vorstehend für die erfindungsgemäße Zündkerzenelektrode ausgeführt, kann durch das Aufbringen bzw. Ausbilden einer zinnhaltigen Oberflächenschicht die
Korrosionsbeständigkeit der Zündkerzenelektrode erhöht und die Neigung zur Bildung von instabilen Oxidverbindungen gehemmt oder sogar verhindert werden. Da das Aufbringen von Oberflächenschichten auf metallische Werkstoffe mittels Standardverfahren ausgeführt werden kann, ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode einfach ohne hohen technischen Aufwand kostengünstig umsetzbar.
Die für die erfindungsgemäße Zündkerzenelektrode beschriebenen Vorteile, vorteilhaften Effekte und bevorzugten Weiterbildungen finden auch Anwendung auf die erfindungsgemäße Zündkerze sowie das erste erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Elektrodenkern und/oder der Oberflächenschicht Nickel beigemengt. Das Beimengen von Nickel, beispielsweise während eines Erschmelzens der den Elektrodenkern bildenden Elemente oder durch das Bereitstellen einer die Oberflächenschicht bildenden zinn- und nickelhaltigen Applikationsmasse, ist sowohl für die Korrosionsstabilität der Zündkerzenelektrode als auch für dessen Kostenstruktur vorteilhaft. Wird relativ kostengünstiges Nickel dem
Elektrodenkern zugefügt, kann an der Oberfläche des Elektrodenkerns, im Kontaktbereich zu der zinnhaltigen Oberflächenschicht liegendes oder durch Diffusion aus dem Inneren des Elektrodenkerns dorthin gelangendes Nickel oder in der Oberflächenschicht ferner enthaltenes Nickel mit dem Zinn der
Oberflächenschicht hochtemperaturbeständige intermetallische Nickel-Zinn- Phasen bilden, die sich durch eine besonders hohe Oxidationsstabilität und Korrosionsbeständigkeit auszeichnen.
Durch die vorteilhafte Weiterbildung, dass die Oberflächenschicht eine erste Schicht und eine zweite Schicht umfasst, wobei die erste Schicht auf den Elektrodenkern und die zweite Schicht auf die erste Schicht aufgebracht wird und wobei die erste Schicht Zinn und die zweite Schicht Nickel enthält, kann auf einfache Weise unter Verwendung von Standardprozessen eine hocheffektive
Oberflächenschutzschicht gebildet werden. Durch die Übereinanderapplikation des höher schmelzenden Nickel über die zinnhaltige erste Schicht kann zudem ein Abfließen oder Abdampfen von Zinn bei Inbetriebnahme der
Zündkerzenelektrode verhindert und die Ausbildung von intermetallischen Nickel- Zinn-Phasen gefördert werden.
Weiter vorteilhaft ist das erste erfindungsgemäße Verfahren durch den Schritt des Aufbringens oder Ausbildens mindestens eine Nickel-Zinn-Phase
enthaltenden und insbesondere einer Ni3Sn2 enthaltenden Oberflächenschicht gekennzeichnet. Die NiSn-Phasen bzw. die Oberflächenschicht kann weitere Komponenten enthalten. NiSn-Phasen und darunter Ni3Sn2 sind, wie bereits ausgeführt, intermetallische zinnhaltige Phasen, die sich durch eine besonders gute Hochtemperaturbeständigkeit auszeichnen und daher einen effektiven Schutz der Zündkerzenelektrode vor Korrosion und Oxidation bereitstellen. Durch das Aufbringen von NiSn-Phasen und darunter insbesondere Ni3Sn2 als definierte Verbindung, wird die Bildung weniger stabiler intermetallischer Phasen oder anderer weniger stabiler zinnhaltiger Phasen vermieden, so dass somit ein sehr korrosionsbeständiges Elektrodenmaterial erhalten wird. Durch gezielte Weiterbehandlung oder unter Betriebsbedingungen der Zündkerzenelektrode können sich die intermetallischen zinnhaltigen Phasen ausbilden bzw. in stabilere NiSn-Phasen umwandeln.
Vorzugsweise erfolgt das Aufbringen der Oberflächenschicht, also der NiSn- haltigen und darunter Ni3Sn2-haltigen Oberflächenschicht, durch CVD, PVD, galvanischer Abscheidung, thermisches Spritzen, Dispersionsbeschichten oder durch Aufsintern und insbesondere durch galvanische Abscheidung, da diese eine Abscheidung mit definierter Zusammensetzung ermöglicht, so dass die Bildung weiterer, weniger temperaturstabiler, intermetallischer Nickel-Zinn- Phasen vermieden wird.
Weitere Formen des Aufbringens von Oberflächenschichten, die bereits vollständig oder teilweise aus hochtemperaturstabilen zinnhaltigen Phasen bestehen sind möglich und insbesondere dergestalt, dass sich die Phasen bei der Abscheidung selbständig bilden, beispielsweise unter Betriebsbedingungen der Zündkerzenelektrode oder diese in eine stabile filmbildende Matrix eingebracht sind.
Weiter erfindungsgemäß wird auch ein zweites Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode beschrieben, das durch die Schritte: - Bereitstellen eines silberfreien Zündkerzenelektrodenmaterials und
- Beimengen von Zinn gekennzeichnet ist. Durch die Bereitstellung eines silberfreien aber zinnhaltigen Zündkerzenelektrodenmaterials für die Herstellung der Zündkerzenelektrode kann unter Verwendung herkömmlicher Prozessschritte auf einfache,
kostengünstige Weise ein korrosionsstabiles Zündkerzenelektrodenmaterial mit hoher Laufleistung bei guter Leistungsdichte erhalten werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Zündkerze,
Figur 2 eine vergrößerte schematische Schnittansicht einer
Zündkerzenelektrode gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 3 eine vergrößerte schematische Schnittansicht einer
Zündkerzenelektrode gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 4 eine vergrößerte schematische Schnittansicht einer
Zündkerzenelektrode gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und
Figur 5 eine vergrößerte schematische Schnittansicht einer
Zündkerzenelektrode gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind nur die hier interessierenden Teile der erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrode bzw. der erfindungsgemäßen Zündkerze dargestellt. Alle übrigen Elemente sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Ferner stehen gleiche Bezugszeichen für gleiche Bauteile.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die erfindungsgemäße Zündkerze 1 eine Masseelektrode 2, eine Mittelelektrode 3 und einen Isolator 4. Ein Gehäuse 5 umgibt den Isolator 4 zumindest teilweise. Am Gehäuse 5 ist ein Gewinde 6 angeordnet, welches für eine Befestigung der Zündkerze 1 in einem Zylinderkopf 10 ausgelegt ist. Beispielsweise kann die Masseelektrode 2 als Zündkerzenelektrode mit einem
Elektrodenkern und einer mindestens teilweisen zinnhaltigen Oberflächenschicht ausgebildet sein. Alternativ oder additiv kann auch die Mittelelektrode 3 als Zündkerzenelektrode mit einem Elektrodenkern und einer mindestens teilweisen zinnhaltigen Oberflächenschicht ausgebildet sein. Weiter alternativ können die Masseelektrode 2 und/oder die Mittelelektrode 3 aus einem Elektrodenmaterial gebildet sein, das silberfrei aber zinnhaltig ist.
Figur 2 ist eine vergrößerte schematische Darstellung einer Zündkerzenelektrode gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung im Schnitt. Die
Zündkerzenelektrode ist hier beispielhaft als Mittelelektrode 3 dargestellt.
Entsprechende Ausführungen finden aber auch Anwendung auf eine
Masseelektrode.
Die Zündkerzenelektrode umfasst einen Elektrodenkern 8 und eine
Oberflächenschicht 7. Der Elektrodenkern ist im Einzelnen nicht beschränkt, kann aber vorzugsweise Nickel enthalten, beispielsweise in Form eines nickelhaltigen Chromstahls oder austenitischen Stahls oder einer
Nickellegierung. Die Oberflächenschicht 7 ist einschichtig ausgebildet und bedeckt den
Elektrodenkern teilweise. Somit bedeckt die Oberflächenschicht 7 denjenigen Oberflächenbereich des Elektrodenkerns, der in einer Zündkerze einer
Masseelektrode zugewandt ist. Mit anderen Worten bedeckt die
Oberflächenschicht 7 insbesondere den Teil des Elektrodenkerns, der für die Befunkung zwischen den Zündkerzenelektroden zur Verfügung steht. Die
Oberflächenschicht 7 ist vorzugsweise durchgängig, also ohne Fehlstellen, ausgebildet, was beispielsweise mittels CVD, PVD, Aufsintern, thermisches Spritzen, Dispersionsbeschichten oder mittels galvanischer Abscheidung erfolgen kann. Die Oberflächenschicht 7 enthält Zinn. Vorzugsweise enthält oder besteht die zinnhaltige Oberflächenschicht 7 aus hochtemperaturstabilen NiSn- Phasen und darunter Ni3Sn2. Hochtemperaturbeständige intermetallische zinnhaltige Phasen können sich auch während des Betriebs der
Zündkerzenelektrode in der zinnhaltigen oder aus Zinn bestehenden
Oberflächenschicht 7 bilden. Hierzu enthält die Oberflächenschicht 7 neben Zinn vorzugsweise auch Nickel, wobei ein Mengenverhältnis in Atom-% von Zinn zu Nickel vorzugsweise 2 : 3 bis 4 : 3 beträgt.
Die Zündkerzenelektrode gemäß Figur 3, die wiederum beispielhaft als
Mittelelektrode 3 ausgebildet ist, zeichnet sich im Gegensatz zu der
Zündkerzenelektrode aus Figur 2 dadurch aus, dass die Oberflächenschicht 7 zweischichtig ausgebildet ist und eine erste Schicht 9 umfasst, die auf dem Elektrodenkern 8 angeordnet ist. Die Oberflächenschicht 7 weist ferner eine zweite Schicht 1 1 auf, die mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig, auf der ersten Schicht 9 angeordnet ist. Die Oberflächenschicht 7 kann durch mindestens teilweises Übereinanderapplizieren der ersten Schicht 9 und der zweiten Schicht 1 1 gebildet werden.
Die erste Schicht 9 enthält Zinn oder besteht aus Zinn. Durch das Aufbringen einer nickelhaltigen zweiten Schicht 1 1 auf Teile oder die gesamte erste Schicht 9, wird das in der ersten Schicht 9 enthaltene Zinn bei Inbetriebnahme der Zündkerzenelektrode an einem Abfließen oder Abdampfen gehindert, so dass sich z.B. während des Gebrauchs der Zündkerzenelektrode intermetallische Nicke-Zinn-Phasen, und insbesondere Ni3Sn2-Phasen, ausbilden können. Diese sind besonders korrosionsstabil.
Die erste Schicht 9 und die zweite Schicht 1 1 haben dabei vorzugsweise in Summe eine Schichtdicke von weniger als 30 μηι und insbesondere von weniger als 5 μηι.
Die Zündkerzenelektrode gemäß Figur 4 ist wie die Zündkerzenelektrode aus Figur 3 aufgebaut und unterscheidet sich lediglich von dieser darin, dass die erste, zinnhaltige Schicht 9 den Elektrodenkern 8 vollständig bedeckt und die zweite, nickelhaltige Schicht 1 1 die erste Schicht 9 vollständig bedeckt. Hierdurch wird die gesamte Zündkerzenelektrode in allen Bereichen vor Korrosion geschützt.
Figur 5 zeigt eine Zündkerzenelektrode, die ebenso wie die Zündkerzenelektrode aus Figur 4 als Mittelelektrode 3 ausgebildet ist und einen Elektrodenkern 8 und eine den Elektrodenkern 8 vollständig bedeckende Oberflächenschicht 7 umfasst. Die Oberflächenschicht 7 umfasst ein Matrixmaterial 13, in das intermetallische NiSn-Phasen 12 eingebettet sind. Die Oberflächenschicht 7 kann dabei vorteilhafterweise durch Dispersionsbeschichten auf den Elektrodenkern 8 aufgebracht sein. Die in der Oberflächenschicht 7 dispergierten NiSn-Phasen 12 tragen zur Erhöhung der Funkenerosionsbeständigkeit des Elektrodenmaterials bei. Weiter vorteilhaft enthält die Oberflächenschicht 7 freies Zinn, das mit weiterem Nickel, beispielsweise aus dem Elektrodenkern 8, zu weiteren NiSn- Phasen reagieren kann.
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.

Claims

Zündkerzenelektrode umfassend
- einen Elektrodenkern (8) und
- eine mindestens teilweise, vorzugsweise vollständige, Oberflächenschicht (7) enthaltend Zinn.
Zündkerzenelektrode nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (7) Nickel und/oder mindestens eine Nickel-Zinn-Phase (NiSn-Phase) enthält und/oder die Oberflächenschicht (7) aus Zinn besteht und/oder der Elektrodenkern (8) zinnfrei ist und/oder der Elektrodenkern (8) nickelhaltig ist.
Zündkerzenelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (7) Nickel enthält, wobei ein Mengenverhältnis in Atom-% von Zinn zu Nickel in der Oberflächenschicht 2 : 3 bis 4 : 3 beträgt.
Zündkerzenelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (7) mindestens eine erste
Schicht (9) und eine zweite Schicht (1 1 ) aufweist, wobei die erste Schicht (9) auf dem Elektrodenkern (8) und die zweite Schicht (1 1 ) auf der ersten Schicht (9) angeordnet ist, wobei die erste Schicht (9) Zinn und die zweite Schicht (1 1 ) Nickel enthält.
Zündkerzenelektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (9) und die zweite Schicht (1 1 ) zusammen eine
durchschnittliche Schichtdicke von weniger als 30 μηι, vorzugsweise von weniger als 5 μηι, haben.
Zündkerzenelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerzenelektrode mindestens ein Element, ausgewählt aus Sr, Ge, Zn und Cu, und vorzugsweise Cu, enthält und/oder dass die Zündkerzenelektrode silberfrei ist.
Zündkerzenelektrode umfassend ein Zündkerzenelektrodenmaterial, wobei das Zündkerzenelektrodenmaterial silberfrei ist und Zinn enthält.
8. Zündkerze mit einer Mittelelektrode (3) und einer Masseelektrode (2), wobei mindestens eine der Elektroden (2, 3), insbesondere beide
Elektroden (2, 3) Zündkerzenelektroden nach einem der Ansprüche 1 bis 7 sind.
9. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Elektrodenkerns (8) und
- Aufbringen oder Ausbilden einer Oberflächenschicht (7), enthaltend
Zinn.
1 0. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem
Elektrodenkern (8) und/oder der Oberflächenschicht Nickel beigemengt wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Oberflächenschicht (7) eine erste Schicht (9) und eine zweite Schicht (1 1 ) umfasst, wobei die erste Schicht (9) auf den Elektrodenkern (8) und die zweite Schicht (1 1 ) auf die erste Schicht (9) aufgebracht wird, wobei die erste Schicht (9) Zinn und die zweite Schicht (1 1 ) Nickel enthält.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , gekennzeichnet durch den Schritt:
- Aufbringen und/oder Ausbilden einer Oberflächenschicht (7), enthaltend mindestens eine NiSn-Phase und insbesondere Ni3Sn2.
1 3. Verfahren nach Anspruch 1 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Aufbringen der Oberflächenschicht (7) durch CVD, PVD, galvanische
Abscheidung, thermisches Spritzen, Dispersionsbeschichten oder durch Aufsintern, insbesondere durch galvanische Abscheidung erfolgt.
14. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode, umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines silberfreien Zündkerzenelektrodenmaterials und Beimengen von Zinn.
PCT/EP2014/073664 2013-12-17 2014-11-04 ZÜNDKERZENELEKTRODE UND ZÜNDKERZE MIT REDUZIERTEM KORROSIVEM VERSCHLEIß UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER ZÜNDKERZENELEKTRODE WO2015090709A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015115746B4 (de) 2015-09-17 2017-04-27 Federal-Mogul Ignition Gmbh Verfahren zum Herstellen einer Zündelektrode für Zündkerzen und damit hergestellte Zündkerze
DE102019204225A1 (de) * 2019-03-27 2020-10-01 Robert Bosch Gmbh Vorbehandlungsverfahren zum Vorbehandeln von Bauteilen vor einem galvanischen Beschichten
DE102019211073A1 (de) * 2019-07-25 2021-01-28 Robert Bosch Gmbh Zündkerzenkontaktelement und Zündkerze

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2391456A (en) * 1944-01-29 1945-12-25 Mallory & Co Inc P R Spark plug electrode
US4910428A (en) * 1986-04-01 1990-03-20 Strumbos William P Electrical-erosion resistant electrode
EP0401598A1 (de) * 1989-06-05 1990-12-12 G. Rau GmbH. & Co. Mittelelektrode für Zündkerzen von Brennkraftmaschinen
DE102008043225A1 (de) * 2008-10-28 2010-04-29 Robert Bosch Gmbh Zündkerzenelektrode hergestellt aus verbessertem Zündkerzenelektrodenmaterial
US20120146483A1 (en) * 2010-12-14 2012-06-14 Denso Corporation Structure of spark plug designed to ensure improved productivity

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004031300A (ja) * 2002-05-10 2004-01-29 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
US7569979B2 (en) * 2006-04-07 2009-08-04 Federal-Mogul World Wide, Inc. Spark plug having spark portion provided with a base material and a protective material

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2391456A (en) * 1944-01-29 1945-12-25 Mallory & Co Inc P R Spark plug electrode
US4910428A (en) * 1986-04-01 1990-03-20 Strumbos William P Electrical-erosion resistant electrode
EP0401598A1 (de) * 1989-06-05 1990-12-12 G. Rau GmbH. & Co. Mittelelektrode für Zündkerzen von Brennkraftmaschinen
DE102008043225A1 (de) * 2008-10-28 2010-04-29 Robert Bosch Gmbh Zündkerzenelektrode hergestellt aus verbessertem Zündkerzenelektrodenmaterial
US20120146483A1 (en) * 2010-12-14 2012-06-14 Denso Corporation Structure of spark plug designed to ensure improved productivity

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