DE4039778C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für elektrische Entladungen, insbesondere Zündkerzenelektroden, mit einem Elektrodengrundkörper aus Metall sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Gängige Zündkerzen besitzen in der Regel eine Mittel­ elektrode und eine Masseelektrode, wobei die Spitzen beider Elektroden so zueinander angeordnet sind, daß eine Funkenstrecke freigelassen ist. Durch die dauernde Funkenerzeugung zwischen beiden Elektroden unterliegen die Spitzen einem erheblichen Verschleiß. Dieses Problem stellt hohe Anforderungen an die Tempe­ raturfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Wärme­ ausdehnungscharakteristik der Elektrodenspitze. Funken­ erosion und Oxidationserscheinungen führen ebenfalls zu einer erheblichen Beanspruchung.

Zwecks Verbesserung insbesondere der Elektrodenspitze wird deshalb beispielsweise in der US-PS 45 40 910 vorgeschlagen, daß zwischen der aus einer Nickel­ legierung bestehenden Metallelektrode und einer Metall­ auflage hoher Verschleißfestigkeit aus einer platin­ haltigen Legierung eine Zwischenschicht angeordnet ist, die zum Ausgleich des stark unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhaltens von Elektroden und Metall­ auflage dient. Diese Zwischenschicht besteht aus einer Legierung, welche sich aus einer Platinlegierung und Nickel zusammensetzt. Zum Aufbringen der verschleiß­ festen Metallauflage auf die Metallelektrode wird zunächst die verschleißfeste Metallauflage mit der Zwischenschicht mechanisch zusammenplattiert und dann die mit der Metallauflage versehene Zwischenschicht mit der Metallelektrode durch Widerstandsschweißen verbunden. Der hierfür erforderliche Herstellungs­ aufwand und vor allem die hohen Stoffkosten sind erheblich, ferner wird lediglich das Wärmeausdeh­ nungsverhalten verbessert.

Aus der DE-PS 31 32 814 ist ferner bekannt, daß auf der freien Stirnfläche einer Mittelelektrode einer Zündkerze ein Plättchen aus Edelmetall, wie z. B. Platin, durch Widerstandsschweißen aufgebracht wird. Bei dieser Mittelelektrode tritt jedoch dann das Problem auf, daß sich das Edelmetall-Plättchen aufgrund von Spannungen in der Verbindungszone bei höheren thermischen und korrosiven Belastungen von der Mittel­ elektrode löst. Auch hier sind bereits die Materialkosten erheblich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektrode für elektrische Ent­ ladungen, insbesondere eine Zündkerzenelektrode zur Verfügung zu stellen, die rationell herstellbar ist und eine hohe Funkenero­ sions- sowie Korrosionsfestigkeit aufweist. Diese Aufgabe wird durch eine Elektrode mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Die vorliegende Erfindung macht sich die Vorteile der bekannten IP-Werkstoffe (intermetallische Phasen) zunutze. Unter inter­ metallischen Phasen versteht man Verbindungen von Metallen mit ge­ ordneten Atomverteilungen. Diese intermetallischen Phasen sind auch bei hohen Temperaturen fester als Metall-Legierungen, oxida­ tionsbeständiger als Nichtedelmetall-Legierungen und verformbarer als Keramik. Damit liegen sie in ihren Eigenschaften zwischen Metall und Keramik.

Zur näheren Erläuterung der intermetallischen Phasen wird auf das "Magazin Neue Werkstoffe 1/89", Seite 15ff. sowie auf den Artikel "Advances in Intermetallics" aus Advanced Material & Processes 2/89 verwiesen. Intermetallische Phasen sind beispielsweise Titan­ aluminide und Nickelaluminide.

Die Elektrode kann vollständig aus dem IP-Werkstoff bestehen oder eine Spitze aus IP-Werkstoff auf einem Elektrodenkörper aus sonst üblichem Elektrodenmaterial tragen.

Bezüglich des Aufbringens der Elektrodenspitze aus IP-Werkstoff gibt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung zwei Möglichkeiten. Zum einen kann ein IP-Werkstoff, d. h. eine intermetallische Phase selbst, auf den Elektrodengrundkörper aufgebracht werden. Dabei bieten sich vor allem Nickelaluminide, wie beispielsweise NiAl₃, Ni₂Al₃ od. dgl., an. Die Ver­ bindung mit dem Elektrodengrundkörper erfolgt dann durch bekannte Verfahren, wie Schweißen oder Hochtem­ peraturlöten.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit ist aber, auf den Elektrodengrundkörper einen Werkstoff zur Bildung einer intermetallischen Phase aufzubringen und dann eine hochschmelzende, oxidationsbeständige inter­ metallische-Phase dort zu erzeugen. Als Werkstoff bietet sich hier beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung an.

Verbunden wird der Werkstoff in beiden Fällen bevor­ zugt durch Auflegieren. Dieses Auflegieren erfolgt dabei beispielsweise durch die bekannte Lasertechnik. Werden beispielsweise Aluminium oder Aluminiumlegie­ rungen bzw. aluminiumhaltige intermetallische Phasen, wie NiAl₃, Ni₂Al₃ od. dgl. auf Elektrodengrundkörper aus z. B. Ni-Basis-, Inconel- oder ähnliche Legierungen oder auch auf Zwei-Stoff-Elektroden mit entsprechenden Mantelwerkstoffen aufgebracht, so ist in jedem Fall das vorgegebene Ziel die Erzeugung von NiAl ggfs. mit zusätzlichen Legierungselementen wie etwa Chrom, Mangan, Silizium, Molybdän od. dgl..

Die Legierungsbildung bzw. das Auflegieren kann auch unter Ausnutzung des aluminothermischen Effektes erfolgen, wobei die Reaktionswärme bei der Oxidation von Aluminium zur Legierungsbildung ausgenützt wird. In diesem Fall entsteht also ein Cermet-Werkstoff mit Einschlüssen von Korundpartikeln.

Bei allen Verfahren entsteht ein Überzug auf dem Elektrodengrundkörper, welcher eine hohe Funkenero­ sionsfestigkeit sowie hohe Korrosions- und Oxida­ tionsbeständigkeit aufweist. Ferner findet sich ein erhöhter elektrischer Widerstand unmittelbar am Funken­ grund in der Elektrodenoberfläche, was zu einer zu­ sätzlichen Entstörwirkung führt. Das Verfahren selbst ist rationell, die Werkstoffkosten geringer als im Vergleich zu Platinkerzen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel soll die intermetallische Phase noch Legierungszusätze bein­ halten. Dabei ist beispielsweise möglich, durch Zusatz von Erdalkalimetallen eine Senkung der Elektronen­ austrittsarbeit zu erzielen.

Ferner können dem Werkstoff vor dem Auflegieren weitere Legierungszusätze zugegeben werden, welche diesen Werkstoff duktil bzw. verformbar machen. Dies kann auch durch entsprechende Vorbehandlung erfolgen. Hierzu zählt beispielsweise die Zugabe von Bor, wobei Bor bevorzugt beim Auflegieren verdampft. Wird bei­ spielsweise Chrom hinzugegeben, so kann hierdurch die Korrosionsbeständigkeit der Elektrode verbessert werden.

Im Rahmen der Erfindung liegt, daß der Werkstoff als Plättchen, Kappe od. dgl. auf den Elektroden­ grundkörper aufgesetzt und dann beispielsweise auf­ legiert wird.

Dieses Herstellungsverfahren ist einfach und kostengünstig.

Claims (6)

1. Elektrode für elektrische Entladungen, insbesondere Zündkerzen­ elektrode, mit einem Elektrodengrundkörper aus Metall, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Elektrodengrundkörper mit einem Werkstoff aus einer intermetallischen Phase versehen ist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des Elektrodengrundkörpers mit einem Werkstoff aus einer inter­ metallischen Phase versehen ist.

3. Verfahren zum Herstellen einer Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff aus einer intermetallischen Phase (IP-Werkstoff), wie beispielsweise NiAl₃, Ni₂Al₃, auf den Elektrodengrundkörper aufgebracht ist.

4. Verfahren zum Herstellen einer Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff zur Bildung einer inter­ metallischen Phase, beispielsweise Aluminium oder einer Aluminium­ legierung, auf den Elektrodengrundkörper aufgebracht und dann eine hochschmelzende, oxidationsbeständige intermetallische Phase erzeugt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff auf den Elektrodengrundkörper auflegiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Auf­ legieren mittels Laser erfolgt.