[发明专利]用于火花塞的贵金属合金复合材料电极及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种火花塞点火电极材料，尤其涉及一种用于火花塞中心电极和侧电极的贵金属合金复合材料电极及其制造方法。

背景技术

传统的火花塞电极材料是镍合金，为提高点火温度、降低点火间隙，人们在镍合金端面焊接了铂、铱或者其合金等贵金属材料，极大的提高了火花塞的点火性能。贵金属合金作为火花塞电极可提高发动机的点火温度、燃油经济性、使用寿命及降低有害物质的排放，是汽油机点火系统中理想的火花塞电极材料。

贵金属合金的成分控制对高温抗氧化蒸发性、机械性能的影响的相关研究已逐渐变得较为成熟，尤其在火花性能控制和提供火花侵蚀保护方面具有优良的性能。但在贵金属部件（特别是铱合金）与电极基体相接合的焊接方法上具有众所周知的局限性，火花塞在点火过程中始终处于高温氧化环境和反复的加热及加压，电极头的贵金属和贵金属合金与电极基座的镍（Ni）、镍合金以及其它金属之间因热膨胀系数不匹配，致使电极裂化、热疲劳和其它影响时有发生，这会导致焊接故障，并最终导致火花塞本身的故障，故在制造贵金属合金电极的工艺过程中，电极的焊接稳定性、耐久性指标对于火花塞的使用性能和制造成本也至关重要，但贵金属合金成份和结构的变化对焊接性能影响的研究还没有获得相应的进展。贵金属合金和镍电极基座的焊接是贵金属金电极制造的关键工艺环节，焊接工艺包括电阻焊接和激光焊接，高温激光焊（≥4000℃）热影响区的焊接组织容易产生热裂纹以及晶粒粒径过大，形成组织缺陷或材料脆性；此外贵金属合金硬度和熔点较高，而镍基座硬度、熔点低，两者热膨胀系数相差悬殊，镍合金中还存在Cr、Mn等容易产生扩散障的重金属，因此贵金属合金和镍合金不易形成热扩散组织，即所谓的冶金结合，但对于含有50％以上贵金属的合金部件而言，电阻焊接不适用，因其不能将足够的结合力施于基体元件，因而通常只能选用激光焊接，工序较多，加工成本高。

授予Kanao的美国专利6,307,307BI提出了一种解决焊接牢固度的方法，该方法中一铱合金头被激光焊接到由镍基或铁基合金制成的基体部件上，该基体部件进而与火花塞壳体相连接。尽管该方法将铱合金部件的连接界面从产生火花的高温区域移开，但仍然需要其它连接界面的结合（例如在铱合金与基体部件以及基体部件与壳体之间），这些额外的界面需要额外的材料和加工步骤，并且因此导致额外的加工成本，此外由于潜在的加工缺陷以及火花塞工作时的热疲劳过程，这些也意味着额外的潜在故障产生点。

因此，需要在保持贵金属合金优良的高温抗氧化蒸发性能、机械性能的情况下，提供一种与火花塞电极基体焊接性能好，能经受长时间点火仍结合良好的贵金属合金复合材料，减少或消除潜在焊接缺陷，增加火花塞的耐磨损和耐侵蚀性能以及提高电极的可靠性，同时采用该贵金属合金复合材料使其与电极基座的低成本焊接手段如电阻焊接变得可行，从而简化工序，降低成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于火花塞的贵金属合金复合材料电极及其制造方法，通过对贵金属合金电极基体进行表面改性，在保持贵金属合金优良的高温抗氧化蒸发性能、机械性能的情况下，提供一种与火花塞电极基体焊接性能好，能经受长时间点火仍结合良好的贵金属合金复合材料电极，减少或消除潜在焊接缺陷，增加火花塞的耐磨损和耐侵蚀性能以及提高电极的可靠性，同时采用该贵金属合金复合材料使其与电极基座的低成本焊接手段如电阻焊接变得可行，从而简化工序，降低成本。

本发明的用于火花塞的贵金属复合材料电极，包括用于焊接固定于火花塞中心电极和接地电极基座的贵金属复合材料电极本体，所述贵金属复合材料电极本体包括贵金属合金电极基体和涂镀于所述贵金属合金电极基体表面且至少部分参与其焊接的复合层，所述复合层表层为基座主体材料X或者其合金。

进一步，所述复合层还包括介于其表层与贵金属合金电极基体之间的过渡层，所述过渡层为Pt、Rh中的一种或者Pt、Rh中的一种或两种与贵金属合金主体材料Y形成的PtY、YRh或PtYRh材料；

进一步，所述X为金属Ni，基座为Ni或者其合金，所述Y为金属Ir，贵金属合金电极基体中Ir含量≥50wt.%；

进一步，所述复合层的表层为金属Ni、镍铬锰硅合金NCr5-3-1.8、镍铬铁合金线NC3020、镍锰硅铬合金NMn2-1.8-1.8、铜芯复合电极NCr2-1-0.5、镍合金扁线NCr2Mn2Si、镍锰硅合金NMn4-1、英康镍合金Inconel600或镍钇合金线NY；

进一步，所述复合层的表层厚度为2μm～10μm；