KR20140018921A - 스파크 플러그 전극 재료 및 스파크 플러그 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 니켈, 실리콘 및 구리를 포함하는 스파크 플러그 전극 재료에 관한 것이며, 상기 전극 재료는 적절한 사용시 그 표면의 적어도 일부에 산화니켈 결정으로 이루어진 산화니켈 층을 형성하고, 상기 산화니켈 결정의 결정립계 상은 실리콘 및/또는 산화실리콘을 포함한다.
Description
본 발명은 스파크 플러그 전극 재료, 상기 스파크 플러그 전극 재료로 형성된 전극을 포함하는 스파크 플러그 및 상기 스파크 플러그 전극 재료의 제조 방법에 관한 것이다.
스파크 플러그들은 선행 기술에 여러 실시예로 공지되어 있다. 스파크 플러그들은 가솔린 엔진에서 그 전극들 사이에 연료 공기 혼합물의 점화를 위한 스파크를 발생시킨다. 이 경우 스파크 플러그는 접지 전극 및 중앙 전극을 포함하고, 2 내지 5개의 전극을 가진 스파크 플러그 디자인이 공지되어 있다. 전극들은 이 경우 스파크 플러그 하우징(접지 전극) 상에 또는 중앙 전극으로서 세라믹 절연체 내에 장착된다. 스파크 플러그의 수명은 전극 재료의 내식성에 의해 영향을 받는다. 종래의 전극 재료들은 알루미늄 성분을 가진 니켈 합금에 기초한다. 그러나, 이들은 엔진실 내의 작동 조건 하에서, 즉 높은 온도 및 산화 분위기에서 니켈 표면의 대부분 및 전극 재료 내부의 니켈의 일부가 주변 산소와의 반응에 의해 산화한다는 문제점을 갖는다. 이로 인해, 산화알루미늄을 포함하며 열 절연 특성, 및 전기 전도성 차단 특성을 가진 산화니켈 층이 형성된다. 이로 인해, 상기 산화니켈 층은 짧은 시간 후에 이미 부식 및 스파크 침식의 경향을 갖는다. 이로 인해, 전극 간격이 커지고, 이는 결국 스파크 플러그의 고장을 일으킨다. 스파크 플러그의 적절한 사용시 산화물층의 형성은 순수한 귀금속으로 이루어진 또는 예컨대 백금 또는 이리듐과의 백금 합금과 같은 귀금속 기반의 전극 재료들을 사용함으로써 달성될 수 있으며, 상기 전극 재료들은 스파크 침식에 대해 증가된 내마모성을 갖는다. 그러나, 이러한 전극 재료들, 특히 백금은 스파크 플러그와 같은 대량 생산 부품에서 문제가 되는 큰 비용을 야기한다.
본 발명의 과제는 비용면에서 유리한 니켈 기반 합금에 기초한 스파크 플러그 전극 재료를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 포함하는 스파크 플러그 전극 재료에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료는 상기 재료가 니켈 기반 합금에 기초하고, 이는 전극 재료의 비용 및 그에 따라 스파크 플러그의 비용을 적게 유지한다는 장점을 갖는다. 또한, 상기 스파크 플러그 전극 재료는 적절한 사용시, 즉 상승된 온도 및 산소의 존재시, 적어도 그 표면의 일부에서 최단 시간 내에, 대개 짧은 시간 후에 산화니켈 결정으로 이루어지는 특정하게 구조화된, 특히 균일한, 비교적 얇은 산화물층이 형성된다는 장점을 갖는다. 산화물층의 구조는 형성된 산화니켈 층의 산화물 결정립계 사이에 경계층 -소위 결정립계 상- 이 형성되고, 상기 경계층은 바람직하게 스파크 침식 마모에 영향을 줌으로써, 스파크 침식에 의한 전극 재료의 제거가 줄어들고 그에 따라 스파크 플러그 전극의 수명이 증가되는 것을 특징으로 한다. 니켈 기반 출발 전극 재료(니켈 기반 합금)에 실리콘의 의도된 첨가에 의해, 산화니켈 결정의 결정립계 상은 전극 재료의 적절한 사용시 실리콘 및/또는 산화실리콘을 포함한다. 바람직하게는 산화니켈 결정의 결정립계 상이 전극 재료의 적절한 사용시 실리콘 및 산화실리콘으로 형성된다. 실리콘 및/또는 산화실리콘을 포함하는 결정립계 상의 형성에 의해, 산화물층의 열-기계적, 전기적 또는 열 전도 특성이 바람직하게 영향을 받는다. 또한, 이로 인해, 형성된 산화물층의 전기 전도성과 더불어, 상기 산화물층의 내산화성, 및 그 열역학적 안정성이 개선됨으로써, 전극 재료의 스파크 침식 마모가 줄어든다. 따라서, 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료의 작동 동안 전극 재료의 표면의 적어도 일부에 실리콘 및/또는 산화실리콘을 포함하는 또는 실리콘/산화실리콘으로 이루어진 결정립계 상을 가진 특히 산화니켈 결정의 산화물층이 형성된다. 이 산화물층은 6 W/mK, 바람직하게는 적어도 8 W/mK 또는 특히 바람직하게는 10 W/mK 이상의 높은 열 전도성 및 특히 높은 전기 전도성을 갖는다. 이로 인해, 전극 재료의 적절한 사용시 전극 재료에 인가되는 전압 및 작용 온도는 신속히 균일하게 전체 전극 재료 상에 분배됨으로써, 전극 표면의 작은 영역에 제한되는, 즉 국부적 온도 최대치 및 전압 최대치가 방지되고, 이는 전극 재료의 부식 및 침식을 현저히 줄인다. 본 발명은, 전극 재료의 성분, 즉 니켈, 구리 및 실리콘의 의도된 선택에 의해 적절한 사용시 형성되는 산화물층이 최적화되고, 선행 기술에서와는 달리, 주안점이 가능한 높은 내식성에 주어져 있기 때문에 새로운 방법을 제공한다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 제시한다.
하기에서, 개별 원소 및 화합물의 양 표시는 달리 지시되지 않으면 스파크 플러그 전극 재료의 총 중량에 대한 것이다.
바람직하게는 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료는 산화니켈 결정의 결정립계 상이 실리콘 및/또는 산화실리콘과 더불어 구리 및/또는 산화구리도 포함하는 것을 특징으로 한다. 그러나, 구리 및/또는 산화구리의 주성분은 주로 산화니켈 결정 내에 침적된다. 실리콘 및/또는 산화실리콘과 더불어 구리 및/또는 산화구리를 포함하는 산화니켈 결정의 결정립계 상에 의해, 산화물층의 열-기계적, 전기적 또는 열 전도 특성이 더 바람직한 영향을 받는다.
바람직하게 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료는 산화니켈 층 내의 실리콘 및/또는 산화실리콘의 함량이 산화니켈 층의 전체 중량에 대해 1 내지 5 중량%, 바람직하게는 2 내지 4 중량%, 특히 3 중량%인 것을 특징으로 한다. 산화니켈 층 내의 실리콘 및/또는 산화실리콘 함량은 결정립계 상 내에 존재하는 실리콘 및/또는 산화실리콘의 양을 의미한다. 상기 양은 주사 전자현미경에서 예컨대 에너지 분산형 X선 분석기(EDX)에 의해 쉽게 측정될 수 있다. 산화니켈 결정의 결정립계 상에서 약 1 중량% 실리콘 및/또는 산화실리콘의 적은 양부터 이미 산화물층의 전기 전도성의 현저한 상승이 측정될 수 있고, 상기 전기 전도성의 상승은 결정립계 상에서 약 5 중량%의 실리콘 및/또는 산화실리콘의 함량까지 증가한다. 그러나, 더 높은 양에서는 역효과가 나타난다. 따라서, 바람직하게는 실리콘 및/또는 산화실리콘의 함량이 산화니켈 층의 총 중량에 대해 2 내지 4 중량%의 범위에 놓인다.
또한 바람직하게 스파크 플러그 전극 재료는 약 90%의 산화니켈 결정, 특히 약 95%의 산화니켈 결정이 15 ㎛보다 작은 결정 크기를 갖는 것을 특징으로 한다. 가능한 작은 결정 크기를 가진 산화니켈 결정의 형성은 실리콘 함유 결정립계 상의 균일한 분포를 가진 산화니켈 결정으로 이루어진 산화니켈 층의 형성을 위해 중요하다. 산화니켈 결정의 결정 크기가 작을수록, 형성되는 산화물층은 더 안정하다. 그 이유는 작은 결정이 산화니켈 결정의 더 긴밀한 구조를 형성하므로, 더 큰 공동부의 형성, 및 그에 따라 소위 설정 파괴점의 형성이 방지되기 때문이다. 결정립계 상을 가진 산화니켈 결정으로 이루어진 산화니켈 층을 포함하는 본 발명에 따른 전극 재료의 충분한 안정성은 스파크 플러그 전극 재료의 적절한 사용시 형성되는 산화니켈 결정의 적어도 90%, 특히 95%가 15 ㎛보다 작은 결정 크기를 가지면 달성된다. 15 ㎛보다 작은 산화니켈 결정의 결정 크기는 예컨대 본 발명에 따른 전극 재료에 대한 스파크 플라즈마의 영향에 의해 발생될 수 있다.
스파크 플러그 전극 재료의 적절한 사용 전에 실리콘 함량이 전극 재료의 총 중량에 대해 0.7 내지 1.3 중량%, 바람직하게는 0.9 내지 1.1 중량%, 특히 1 중량% 및 구리 함량이 0.5 내지 1.0 중량%, 바람직하게는 0.60 내지 0.85 중량%, 특히 0.75 중량%, 및/또는 니켈 함량이 약 97.5 내지 98.5 중량%인 것이 특히 바람직하다. 0.7 중량%의 적은 실리콘 양에서 이미, 전극 재료의 산화 거동 및 전극 재료 상에 형성되는 산화물층의 전기 저항이 긍정적인 영향을 받는데, 그 이유는 스파크 플러그 전극 재료의 적절한 사용시 사용된 실리콘의 약 1 내지 5 중량%인, 충분한 양의 실리콘 및/또는 산화실리콘이 산화니켈 결정의 결정립계 상 내에 포함되기 때문이다. 그러나, 1.3 중량%보다 많은 실리콘의 총량부터, 역효과가 나타난다. 전극 재료의 총 중량에 대해 0.5 내지 1.0 중량%의 양으로 구리를 첨가함으로써, 전극 재료의 전기 저항이 더 줄어드는데, 그 이유는 구리 이온이 주로 산화니켈 격자 내로 삽입됨으로써, 형성되는 산화물층의 전기 전도성이 커지기 때문이다. 이러한 효과는 0.5 중량%의 적은 구리량에서도 측정될 수 있다. 그러나, 구리의 양이 1 중량%를 초과해서는 안 되는데, 그 이유는 그렇지 않으면 스파크 플러그 전극 재료의 충분한 기계적 강도가 충분히 보장될 수 없기 때문이다. 따라서, 스파크 플러그 전극 재료가 0.9 내지 1.1 중량%, 특히 1 중량%의 실리콘 함량, 및 0.6 내지 0.85 중량%, 특히 0.75 중량%의 구리 함량을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 상기 양 중에서 첨가된 원소 실리콘 및 구리는 스파크 플러그 전극 재료의 적절한 사용시 형성되는 산화니켈 층의 산화니켈 결정의 결정립계 상에 실리콘 및/또는 산화실리콘 또는 실리콘 및/또는 산화실리콘 및 구리 및/또는 산화구리의 부착 및 농축에 의해 산화물층의 특히 높은 전기 전도성을 야기한다. 형성되는 산화물층은 또한 열역학적으로 그리고 기계적으로 충분히 안정하므로, 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료의 스파크 침식 마모 및 부식이 효과적으로 줄어든다.
더 바람직하게, 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료는 결정립계 상의 층 두께가 0.3 ㎛, 바람직하게는 0.2 ㎛, 특히 0.1 ㎛보다 작은 것을 특징으로 한다. 결정립계 상이 얇게 형성될수록, 산화니켈 결정들 사이의 공동부가 더 작아지고, 산화물층 표면이 더 폐쇄되어 더 안정하게 되므로, 상기 산화물층 표면이 적은 양의 설정 파괴 점만을 갖기 때문에, 상기 산화물층 표면이 스파크 침식에 대해 더 양호하게 보호된다. 그러나, 결정립계 상의 층 두께는 적어도 개별 실리콘 원자 및/또는 산화실리콘 입자가 그것에 부착될 수 있을 정도의 크기인 것이 바람직하다. 따라서, 특히 결정립계 상의 층 두께는 0.1 nm보다 크지만 0.2 ㎛보다 작다. 특히, 0.1 ㎛보다 작다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료는 니켈, 구리 및 실리콘과 더불어, 0.07 내지 0.13 중량%, 바람직하게는 0.09 내지 0.11 중량%, 특히 0.10 중량%의 이트륨을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 적은 양의 이트륨의 첨가는 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료를 포함하는 스파크 플러그의 적절한 사용 동안 비정상적인 결정 성장을 방지한다. 이트륨 함량은 예컨대 합금의 낮은 산소 함량에 의해 의도적으로 낮게 유지될 수 있다. 0.13 중량%보다 많은 이트륨량부터, 형성된 산화물층의 산화 거동 및 그에 따라 전기 저항이 부정적인 영향을 받는데, 그 이유는 전극 재료 내에 이트륨 함유 침전물이 형성되기 때문이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 스파크 플러그 전극 재료는 합계가 0.2 중량%보다 적은, 바람직하게는 0.1 중량%보다 적은 금속 불순물 양을 특징으로 한다. 금속 불순물들은 예컨대 철, 티타늄, 크롬, 망간 등과 같은 원소 및 화합물을 포함한다. 이러한 불순물들은 실리콘 및 구리를 제시된 범위로 니켈 기반 재료에 혼합함으로써 달성되는 전기 전도성의 상승 효과를 줄인다. 또한, 상기 불순물에 의해 합금의 열 전도성이 줄어든다.
산화니켈 결정이 실리콘 및/또는 산화실리콘을 포함하지 않는 것이 특히 바람직하다. 실리콘 또는 산화실리콘이 산화니켈 결정들 내에 삽입되면, 상기 실리콘 또는 산화 실리콘은 거기서 구리 입자(구리 이온) 또는 산화구리와 경쟁함으로써, 본 발명에 따른 전극 재료의 전기 전도성이 효율적으로 상승될 수 없다.
전극 재료에 실질적으로 알루미늄 및/또는 알루미늄 화합물 및/또는 금속간 상들이 없는 것이 특히 바람직하다. 알루미늄 및 그 화합물이 전극 재료 및 형성되는 산화물층의 전기 전도성을 낮춤으로써, 전극 재료의 스파크 침식 마모를 촉진한다. 알루미늄의 생략에 의해, 형성되는 산화물층의 산화 거동 및 특히 전기 저항 및 그에 따라 스파크 플러그 전극 재료의 침식 거동이 현저히 개선, 즉 측정 가능하게 개선된다. 또한, 재료의 변형 가능성이 현저히 개선된다. 금속간 상들의 생략도 유사한 효과를 갖는데, 왜냐하면 금속간 상들이 니켈 매트릭스 내에 침전물로서 주어지며 열역학적 응력을 야기하고 열 전도성의 감소를 일으킴으로써 전극 재료의 스파크 침식 마모 및 부식이 증가하기 때문이다.
철 및/또는 크롬 및/또는 티타늄의 함량이 0.05 중량%보다 작고, 특히 0.01 중량%보다 작고, 및/또는 황 및/또는 황 화합물 및/또는 탄소 및/또는 탄소 화합물의 함량이 0.01 중량%, 바람직하게는 0.005 중량%, 특히 0.001 중량%보다 작은 것이 특히 바람직하다. 원소들 철 및/또는 크롬 및/또는 티타늄이 전극 재료의 전기 전도성에 불리한 영향을 준다. 황 및/또는 황 화합물 및/또는 탄소 및/또는 탄소 화합물의 함량이 0.01 중량%보다 작은, 바람직하게는 0.005 중량%보다 작은, 특히 0.001 중량%보다 작은 것이 더 바람직한데, 그 이유는 상기 원소들 및 화합물들이 합금의 산화 거동에 부정적으로 작용하고, 특히 이들이 전극 재료의 강한 부식을 일으킬 수 있기 때문이다.
스파크 플러그 전극 재료 중 산소의 함량이 0.003 중량%보다 작은, 바람직하게는 0.002 중량%보다 작은 것이 특히 바람직한데, 그 이유는 산소가 니켈 재료뿐만 아니라 불순물의 산화도 촉진하며, 이는 재차 전극 재료의 마모 증가에 기여하기 때문이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 스파크 플러그 전극 재료는 실질적으로, 즉 기술적으로 야기된, 불가피한 불순물을 제외하면, 1 중량% 실리콘, 0.75 중량% 구리, 및 0.1 중량% 이트륨으로 이루어지고, 나머지 재료는 니켈로 이루어지며 약 98.15 중량%를 차지한다. 이러한 전극 재료는 적절한 사용시 실리콘 및/또는 산화실리콘 또는 실리콘 및/또는 산화실리콘 및 구리 및/또는 산화구리가 부착된 미세한 결정립계 상을 가진 안정하고 얇으며 균일한 산화니켈 층을 형성한다. 이 전극 재료는 10 W/mK보다 큰 열 전도성 및 낮은 전기 저항, 즉 높은 전기 전도성을 갖는다. 따라서, 스파크 플러그 전극 재료는 줄어든 스파크 침식 마모 및 현저히 줄어든 부식 경향을 갖기 때문에, 높은 온도에서 장기간 사용에 가장 적합하다.
스파크 플러그 전극 재료가 실질적으로, 즉 기술적으로 야기된, 불가피한 불순물을 제외하면, 0.7 내지 1.3 중량% , 바람직하게는 1 중량% 실리콘, 0.5 내지 1.0 중량%, 바람직하게는 0.75 중량% 구리, 0.07 내지 0.13 중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 이트륨으로 이루어지고, 0.003 중량%보다 작은, 특히 0.002 중량%보다 작은 산소, 0.001 중량% 황 및 0.003 중량% 탄소를 포함하고, 나머지 재료는 니켈이다. 금속 불순물의 양은 합해서 0.1 중량%보다 작다. 이 전극 재료는 그 조성으로 인해 최소 스파크 침식 마모 및 최소 부식 경향을 갖는다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료의 제조 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 니켈 기반 합금의 제조 단계 및 추가 원소, 예컨대 실리콘, 구리 및 경우에 따라 이트륨의 혼합 단계를 포함한다.
이렇게 제조된 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료의 적절한 사용에 의해, 스파크 플러그 전극 재료의 표면의 적어도 일부에 최적화된 구조를 가진 산화물층이 형성된다. 여기서, 최적화된 구조는, 산화물층이 균일하고 안정한 결합을 가지며 종래의 전극 상에 형성된 산화물층에 비해 비교적 얇고 표면이 평평한 것을 의미한다. 또한, 산화니켈 결정들 사이에, 실리콘 및/또는 산화실리콘을 포함하는 결정립계 상이 형성된다. 이는 전극 표면 상에 산화물층의 낮은 전기 저항을 가진 전극 재료의 형성을 가능하게 하며, 상기 낮은 전기 저항은 상기 산화물층의 개선된 전기 전도성을 야기한다. 또한, 전극 재료의 열 전도성도 높아진다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에 의해 경제적인 전극 재료로 이루어진 스파크 플러그 전극이 제공되고, 상기 전극은 극도로 높은 내열성 및 현저히 낮은 스파크 침식 마모 및 전극 번오프(burn-off)를 특징으로 하고, 탁월한 내산화성 및 내식성을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 스파크 플러그 전극은 높은 온도에서도 예컨대 엔진의 연소실에 주어지는 바와 같은 극단의 조건 하에, 예컨대 안정성 및 내마모성을 갖는다.
본 발명은 또한 전술한 스파크 플러그 전극 재료로 이루어진 전극에 관한 것이며, 상기 전극은 예컨대 스파크 플러그의 중앙 전극으로서 및/또는 접지 전극으로서 그리고 케이싱 재료로서 본 발명에 따른 전극 재료 및 구리 코어를 가진 단일 재료 전극으로서 또는 2 재료 전극으로서 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 매우 양호한 전기 전도성 및 높은 열 전도성, 및 그에 따라 긴 수명을 특징으로 하는 스파크 플러그 전극 재료용 합금을 제조하기 위한 니켈, 실리콘 및 구리의 용도에 관한 것이다.
본 발명에 의해, 비용면에서 유리한 니켈 기반 합금에 기초한 스파크 플러그 전극 재료가 제공된다.
이하, 본 발명의 실시예가 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료의 산화물층 부분의 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료의 산화물층 부분 중, 도 2에 파선으로 표시된 부분의 확대도.
도 4는 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료를 포함하는 스파크 플러그.
도 1은 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료의 산화물층 부분의 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료의 산화물층 부분 중, 도 2에 파선으로 표시된 부분의 확대도.
도 4는 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료를 포함하는 스파크 플러그.
도 1은 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료(1)의 개략적인 단면도이다. 니켈 합금(11)의 표면 상에 전극 재료(1)의 적절한 사용에 의해 산화니켈 층(10)이 형성되고, 상기 산화니켈 층은 결정립계(3)를 가진 산화니켈 결정들(2)을 포함한다. 산화니켈 결정들(2) 사이에 결정립계 상(4)이 배치되고, 상기 결정립계 상은 상기 개략적인 단면도에서 과도한 크기로 도시된다. 산화니켈 결정들(2)은 산화니켈 층(10)의 산화니켈 격자(도시되지 않음) 내로 삽입된 구리 입자(구리 이온)(8) 및 산화 구리 입자(9)를 포함한다. 결정립계 상(4)은 실리콘 입자(6) 및 산화실리콘 입자(7)를 포함한다. 이렇게 형성된 산화니켈 층(10)은 높은 열역학적 안정성, 높은 열 전도성 및 탁월한 전기 전도성을 갖는다.
도 2는 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료(1)의 산화니켈 층(10) 부분의 개략도이고, 상기 스파크 플러그 전극 재료는 산화물층의 형성 전에 실질적으로 1 중량% 실리콘, 0.75 중량% 구리 및 98.25 중량% 니켈로 구성되었다. 결정립계(3)를 가진 산화니켈 결정들(2) 사이에, 실리콘(6)을 포함하는 결정립계 상(4)이 형성된다. 예컨대, 산화니켈 층(10) 내에 형성될 수 있는 2개의 크랙이 도시된다.
도 3은 도 2의 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료의 파선 부분의 확대도이다. 여기서는, 결정립계 상(4) 내에 농축된 실리콘(6) 또는 산화실리콘(7)이 특히 잘 나타난다.
도 4는 중앙 전극(21) 및 접지 전극(22)을 포함하는 본 발명의 의미의 스파크 플러그(20)를 도시한다. 중앙 전극(21) 및 접지 전극(22)은 본 발명에 따른 스파크 플러그 전극 재료로 형성되고, 접지 전극(22)은 단일 재료 전극으로서 그리고 중앙 전극(21)은 2 재료 전극으로서 형성된다.
본 발명에 따라 스파크 플러그 전극 재료는 스파크 플러그 전극 또는 일반적으로 스파크 플러그의 제조를 위해 제공되고, 상기 재료는 특히 적절한 사용시 산화물층의 형성으로 인해 낮은 스파크 침식 마모 및 최소 제조 비용으로 탁월한 내식성 및 충분한 열역학적 및 기계적 안정성을 갖는다.
1 스파크 플러그 전극 재료
2 산화니켈 결정
3 결정립계
4 결정립계 상
6 실리콘 입자
7 산화실리콘 입자
8 구리 입자
9 산화구리 입자
10 산화니켈 층
20 스파크 플러그
21 중앙 전극
22 접지 전극
2 산화니켈 결정
3 결정립계
4 결정립계 상
6 실리콘 입자
7 산화실리콘 입자
8 구리 입자
9 산화구리 입자
10 산화니켈 층
20 스파크 플러그
21 중앙 전극
22 접지 전극
Claims (17)
- 니켈, 실리콘 및 구리를 포함하는 스파크 플러그 전극 재료로서, 상기 전극 재료는 적절한 사용시 그 표면의 적어도 일부에 산화니켈 결정으로 이루어진 산화니켈 층을 형성하고, 상기 산화니켈 결정의 결정립계 상은 실리콘 및/또는 산화실리콘을 포함하는, 스파크 플러그 전극 재료.
- 제 1 항에 있어서, 상기 산화니켈 결정의 결정립계 상은 또한 구리 및/또는 산화구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그 전극 재료.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 산화니켈 층 내의 실리콘 및/또는 산화실리콘의 함량은 상기 산화물층의 총 중량에 대해 1 내지 5 중량%, 바람직하게는 2 내지 4 중량%, 특히 3 중량%인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그 전극 재료.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화니켈 결정의 약 90%, 특히 상기 산화니켈 결정의 약 95%가 15 ㎛보다 작은 결정 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그 전극 재료.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스파크 플러그 전극 재료의 적절한 사용 전에 실리콘 함량이 0.7 내지 1.3 중량%, 바람직하게는 0.9 내지 1.1 중량%, 특히 1 중량% 및 구리 함량이 0.5 내지 1.0 중량%, 바람직하게는 0.60 내지 0.85 중량%, 특히 0.75 중량%, 및/또는 니켈 함량이 약 97.5 내지 98.5 중량%인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그 전극 재료.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결정립계 상의 층 두께가 0.3 ㎛보다 작은, 바람직하게는 0.2 ㎛보다 작은, 특히 0.1 ㎛보다 작은 것을 특징으로 하는 스파크 플러그 전극 재료.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 재료는 또한 0.07 내지 0.13 중량%, 바람직하게는 0.09 내지 0.11 중량%, 특히 0.10 중량% 이트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그 전극 재료.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 불순물의 양은 합해서 0.2 중량%보다 작은, 특히 0.1 중량%보다 작은 것을 특징으로 하는 스파크 플러그 전극 재료.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화니켈 결정들이 실리콘 및/또는 산화실리콘을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그 전극 재료.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 한 항에 있어서, 상기 전극 재료에는 실질적으로 알루미늄 및/또는 알루미늄 화합물 및/또는 금속간 상들이 없는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그 전극 재료.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 철 및/또는 크롬 및/또는 티타늄의 함량이 0.05 중량%보다 작고, 특히 0.01 중량%보다 작고 및/또는 황 및/또는 황 화합물 및/또는 탄소 및/또는 탄소 화합물의 함량이 0.01 중량%보다 작고, 바람직하게는 0.005 중량%보다 작고, 특히 0.001 중량%보다 작은 것을 특징으로 하는 스파크 플러그 전극 재료.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 산소의 함량이 0.003 중량%보다 작은, 특히 0.002 중량%보다 작은 것을 특징으로 하는 스파크 플러그 전극 재료.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로
a) 약 98.15 중량% 니켈
b) 1 중량% 실리콘
c) 0.75 중량% 구리 및
d) 0.1 중량% 이트륨으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그 전극 재료. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 스파크 플러그 전극 재료의 제조 방법에 있어서,
- 니켈 기반 합금의 제조 단계
- 추가 원소의 혼합 단계를 포함하는 스파크 플러그 전극 재료의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 스파크 플러그 전극 재료로 이루어진 전극을 포함하는 스파크 플러그.
- 제 15 항에 있어서, 상기 전극은 중앙 전극 및/또는 접지 전극이고, 상기 전극은 구리 코어를 갖거나 갖지 않고 상기 중앙 전극 및/또는 상기 접지 전극에 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
- 스파크 플러그 전극 재료용 합금의 제조를 위한 니켈, 실리콘 및 구리의 용도.
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