[发明专利]用于点火装置的电极

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请序列号60/814，842的优先权，申请日为2006年6月9日，其通过整体引用被合并入本申请。

技术领域

本发明涉及一种由Ni基镍-铬-铁合金制成的高性能电极，该合金包括耐温、抗氧化、抗硫化以及抗断裂的锆和硼的合金添加物，更具体地，本发明涉及用于点火装置的电极，例如用于内燃机、加热炉等的火花塞。

背景技术

火花塞是一种火花点火装置，它延伸入内燃机的燃烧室并产生火花，以引燃油气混合物。引擎技术的新近发展导致了更高的运行温度，以获得更高的引擎效率。但是，较高的运行温度迫使火花塞电极达到它们材料性能的极限。当前，由UNS N06600中详细说明的Ni基镍-铬-铁合金广泛地用作火花塞电极材料，例如以InconelNicrofer以及Ferrochronin商标冠名出售的合金。

众所周知，当工作温度增加时，这些Ni基镍-铬-铁合金的耐高温氧化性能将降低。因为燃烧环境为高度氧化，可产生由高温氧化和硫化所导致的包括变形和断裂的腐蚀损耗，在最高的工作温度下尤其加剧。在工作温度的上限(如，1400°F)，还观察到电极的张力、蠕变破裂强度以及疲劳强度显著降低，这可导致电极的变形、裂化和断裂。取决于电极设计、特定工作环境和其它因素，这些高温现象可分别或共同地造成火花塞间隙的不期望的增长以及对点火装置和相关的引擎的性能降低。在极端情况下，可由因这些高温现象发生的电极变形和断裂而导致电极、点火装置和关联引擎的故障。这些故障模式和影响在竞赛类应用中问题尤为突出，例如赛车引擎。

因此，需要一种由Ni基镍-铬-铁合金制成的高性能电极，其具有改进的耐高温氧化、硫化和相关腐蚀损耗的性能，以及改进的高温张力、蠕变断裂以及疲劳强度和抗裂化和断裂性能。

发明内容

在一个方面，本发明包括一种用于点火装置的电极，其具有改进的耐高温氧化、硫化和相关腐蚀损耗的性能，以及改进的高温张力、蠕变断裂以及疲劳强度和抗裂化和断裂性能，由固溶强化的Ni基镍-铬-铁合金制成，该合金包括，重量比为：14.5-25％的铬；7-22％的铁；0.2-0.5％的锰；0.2-0.5％的硅；0.1-2.5％的铝；0.05-0.15％的钛；总量为0.01-0.1％的钙和镁；0.005-0.5％的锆；0.001-0.01％的硼以及基本为Ni的余量。已观察到锆和硼的添加，与单独添加其他元素所达到的改进效果相比，可对固溶强化的Ni基镍-铬-铁合金的改进的性能具有增效作用。锆和硼的重量比率大致上可以是Zr/B约5至150，更优选地约50至100，以及最优选地约70至80。尽管锆和硼可根据电极合金的要求以任何百分比存在，但确信，重量比约为或少于2.74％量的锆以及重量比约为3.50％量的硼一般为该组分的优选的上限。还确信，优选地，锆的量大于硼的量。在固溶强化的Ni基镍-铬-铁合金中，大致上，使用占合金重量比在0.005-0.5％范围内的锆和占合金重量比在0.001-0.01％范围内的硼确信是特别有用的。在上述包括锰、硅、铝、钛、钙和镁的合金成分中，已知使用占合金重量比在0.005-0.15％范围内的锆和占合金重量比在0.001-0.01％范围内的硼是特别有用的。

在另一方面，本发明包括由Ni基镍-铬-铁合金制成的用于点火装置的电极，该合金包括，重量比为：总量为至少21.5％的铬和铁，，0.005-2.74％的锆，0.001-3.50％的硼以及基本为镍的余量。

在另一方面，本发明的Ni基镍-铬-铁合金还包括从由钇、铪、镧、铈和钕组成的组中选取的至少一种稀土元素，具体到该方面，该一种或多种稀土元素以占合金重量比约0.01-0.15％的量存在。

在再一个方面，本发明的Ni基镍-铬-铁合金还包括微量元素，其包括钴、铌、钼、铜、碳、铅、磷、或硫中的至少一种，具体到该方面，这些微量元素的组合占该合金重量比的限度为：钴为0.1％，铌为0.05％，钼为0.05％，铜为0.01％，碳为0.01％，铅为0.005％，磷为0.005％以及硫为0.005％。

在再一个方面，上述稀土元素和微量元素可同时存在于该合金中，具体到该方面，各元素的重量比可如上所述存在。