內(nèi)燃機(jī)用材料的評(píng)價(jià)測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)用材料的評(píng)價(jià)測(cè)試方法，該方法用于評(píng)價(jià)構(gòu)成內(nèi)燃機(jī)中所包含的部件或其原料(例如，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中所包括的火花塞的電極或電極材料)的金屬材料的特性。特別地，本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)用材料的評(píng)價(jià)測(cè)試方法，該方法能夠用于利用簡(jiǎn)便設(shè)備來(lái)評(píng)價(jià)可能在材料表面上產(chǎn)生的顆粒的產(chǎn)生容易程度。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如汽車(chē)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)之類(lèi)的內(nèi)燃機(jī)中所包括的零件的例子為火花塞。通常，這種火花塞包括筒狀絕緣體、保持該絕緣體的主體金屬接頭(main body metal fitting)、保持在該絕緣體中并且其前端從絕緣體端部露出的棒狀中心電極、焊接至主體金屬接頭上的接地電極、以及設(shè)置于絕緣體的另一端的端子金屬接頭。接地電極形成為具有L形，并且以其短片(short strip)與中心電極的裸露端面相對(duì)的方式連接至主體金屬接頭。使用純镲和镲合金等镲系金屬作為構(gòu)成中心電極和接地電極的材料。
[0003]內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)成部件(如火花塞的電極)及其原料所需的一種特性為:隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，在構(gòu)成部件或其原料的表面上不易于產(chǎn)生顆粒(專(zhuān)利文獻(xiàn)I的說(shuō)明書(shū)第
[0010]、
[0011]段等)。這些顆粒是由于這樣的現(xiàn)象而形成的:在該現(xiàn)象中，構(gòu)成電極等的材料熔融并隨后凝固為球狀凸起的形式。這些顆粒由包含氣氛中的元素(這些元素來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)油等)和Ni (鎳)(Ni形成電極的基體)的混合物構(gòu)成(專(zhuān)利文獻(xiàn)I的說(shuō)明書(shū)第
[0010]段)。當(dāng)在電極表面上生成了大量的這種顆粒時(shí)，尤其是當(dāng)生成了大量的這種顆粒、并且這些顆粒在進(jìn)行火花放電的部分(主要在中心電極和接地電極彼此相對(duì)的表面上)上生長(zhǎng)從而變?yōu)榇诸w粒時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火狀態(tài)可能變得不穩(wěn)定，或者，在最壞的情況中，顆?？赡軙?huì)脫落并可能損壞發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0004]因此，需要檢測(cè)顆粒生成的難易。專(zhuān)利文獻(xiàn)I披露了包括試驗(yàn)用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)備，該設(shè)備用于檢測(cè)顆粒的生成程度(說(shuō)明書(shū)第
[0055]段)。
[0005]對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)成部件及其原料，試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)通常也用于檢測(cè)除了顆粒生成容易程度以外的其他特性的情況中(例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)2的說(shuō)明書(shū)第
[0055]段等)。
[0006]引用列表
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公布N0.2012-069393
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本專(zhuān)利N0.4413951

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]技術(shù)問(wèn)題
[0011]需要研發(fā)這樣一種方法，該方法用于通過(guò)使用簡(jiǎn)便的設(shè)備取代諸如試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)之類(lèi)的特殊設(shè)備從而檢測(cè)顆粒生成的容易程度。然而，當(dāng)檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)用材料的特性時(shí)，尤其是檢測(cè)顆粒生成的容易程度時(shí)，迄今為止尚未研宄使用簡(jiǎn)便設(shè)備的評(píng)價(jià)方法。
[0012]因此，本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)燃機(jī)用材料的評(píng)價(jià)測(cè)試方法，針對(duì)由鎳系金屬構(gòu)成的內(nèi)燃機(jī)用材料，該方法能夠使用簡(jiǎn)便的設(shè)備來(lái)評(píng)價(jià)顆粒生成的容易程度。
[0013]解決問(wèn)題的手段
[0014]本發(fā)明人收集了在汽車(chē)中使用過(guò)的火花塞，并且獲得了如圖5A和5B所示的樣品，在該樣品中，在火花塞的電極的表面上產(chǎn)生了大量的顆粒210，并且該樣品的表面是粗糙的。其后，本發(fā)明人研宄了這種顆粒的生成狀態(tài)的再現(xiàn)試驗(yàn)，尤其是利用簡(jiǎn)便設(shè)備的再現(xiàn)試驗(yàn)。該簡(jiǎn)便設(shè)備的可想到的例子包括加熱爐和燃燒爐。然而，如下所述，即使在僅進(jìn)行加熱或燃燒時(shí)，也未能獲得與實(shí)際獲取的、使用過(guò)的火花塞的電極類(lèi)似的表面狀態(tài)。
[0015]對(duì)實(shí)際收集的已用過(guò)的火花塞的電極的組成進(jìn)行了檢測(cè)。如圖5C所示，由鎳合金構(gòu)成的基材100的表層區(qū)域200由不同于基材100的組成構(gòu)成。具體而言，表層區(qū)域200由缺乏基材100中的部分添加元素的相所形成，換言之，由具有高濃度的作為基體的Ni的相(下文中稱(chēng)為“Ni富集相”)形成。顆粒210也主要由該Ni富集相形成。此外，在具有顆粒210的表層區(qū)域200中，存在復(fù)合化合物(通常為氧化物)220和化合物(通常為氧化物)222，其中復(fù)合化合物220含有基材100的添加元素中的一些元素以及據(jù)認(rèn)為是發(fā)動(dòng)機(jī)油中所含的一些元素(如Ca和P)，化合物222則含有據(jù)認(rèn)為是發(fā)動(dòng)機(jī)油中所含的一些元素。具體而言，在表層區(qū)域200中局部地存在有具有高濃度的發(fā)動(dòng)機(jī)油成分的區(qū)域。
[0016]因此，對(duì)可形成表層區(qū)域200的處理進(jìn)行了研宄，其中表層區(qū)域200由包含發(fā)動(dòng)機(jī)油的成分(如Ca和P)和Ni富集相的復(fù)合成分(或混合物)構(gòu)成。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行如下特定處理的情況中，表面狀態(tài)根據(jù)樣品材料種類(lèi)的不同而改變，該特定處理包括:將由鎳系金屬構(gòu)成的樣品浸漬于特定的腐蝕液中，隨后將該樣品暴露于發(fā)動(dòng)機(jī)油的火焰中，并進(jìn)一步加熱該樣品。具體而言，對(duì)于在實(shí)際用作火花塞的電極時(shí)可生成大量顆粒的材料，即，對(duì)于由易于生成顆粒的材料構(gòu)成的樣品，當(dāng)進(jìn)行上述特定處理時(shí)，會(huì)獲得在樣品表面上生成大量顆粒且表面變得粗糙的狀態(tài)、或者與該狀態(tài)類(lèi)似的狀態(tài)。對(duì)于在實(shí)際用作火花塞的電極時(shí)不易于生成顆粒的材料所構(gòu)成的樣品，當(dāng)進(jìn)行上述特定處理時(shí)，不易于生成顆?；蛘呋旧喜粫?huì)生成顆粒。據(jù)認(rèn)為獲得這些結(jié)果的原因如下。
[0017]當(dāng)前，出于環(huán)境保護(hù)舉措等的目的，對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)等，試圖通過(guò)進(jìn)行排氣再循環(huán)(EGR)來(lái)提高燃料效率，并且進(jìn)行了怠速停止。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)行怠速停止時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)停止導(dǎo)致水冷凝，由此降低了內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)成部件(如火花塞的電極)的溫度，并且所述構(gòu)成部件呈浸漬于冷凝水中的狀態(tài)。還發(fā)現(xiàn)來(lái)自構(gòu)成部件周?chē)脑?代表性的為由EGR導(dǎo)致的NOx成分)會(huì)與該冷凝水混合，可形成含有酸的腐蝕液。因此，當(dāng)因怠速停止而使發(fā)動(dòng)機(jī)的ON/OFF次數(shù)增加時(shí)，會(huì)反復(fù)生成冷凝水。通過(guò)繼續(xù)進(jìn)行EGR等，會(huì)反復(fù)生成上述腐蝕液。如果因怠速停止而使發(fā)動(dòng)機(jī)的停止時(shí)間延長(zhǎng)，則內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)成部件會(huì)持續(xù)浸漬于所生成的腐蝕液中。據(jù)認(rèn)為，在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)中，該腐蝕液會(huì)沿著(例如)構(gòu)成了構(gòu)成部件的金屬的晶粒的晶界而滲入該構(gòu)成部件。據(jù)認(rèn)為，當(dāng)腐蝕液滲透并且構(gòu)成所述部件的金屬被腐蝕時(shí)，形成了這樣的相(上述鎳系金屬中的Ni富集相)，該相中缺乏所述金屬中的添加元素并且基體濃度升高。
[0018]同時(shí)，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)中的發(fā)動(dòng)機(jī)油與汽油一同燃燒時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)油的成分(如Ca和P)在汽油的燃燒焰中被活化。更具體而言，據(jù)認(rèn)為這些成分變?yōu)殡x子或等離子體。此外，據(jù)認(rèn)為會(huì)發(fā)生如下情況:當(dāng)處于這種活性狀態(tài)中的Ca、P等與Ni富集相接觸時(shí)，會(huì)形成含有Ni和Ca,P等的低熔點(diǎn)相。在發(fā)動(dòng)機(jī)處于ON狀態(tài)的過(guò)程中，低熔點(diǎn)相被加熱從而其溫度升高，由此發(fā)生熔融并流動(dòng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)處于OFF狀態(tài)的過(guò)程中，低熔點(diǎn)相的溫度降低，低熔點(diǎn)相發(fā)生凝固，由此該低熔點(diǎn)相形成了上述顆粒，并且在顆粒形成過(guò)程中包含上述復(fù)合化合物或者化合物。
[0019]可通過(guò)利用相對(duì)簡(jiǎn)便的設(shè)備來(lái)形成能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)油的成分活化的發(fā)動(dòng)機(jī)油火焰。此外，還可將具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的設(shè)備用作用于將樣品浸漬在腐蝕液中的設(shè)備以及用于加熱樣品的設(shè)備。
[0020]因此，當(dāng)評(píng)價(jià)顆粒的生成容易程度時(shí)，對(duì)于由鎳系金屬構(gòu)成的樣品，包括如下多個(gè)步驟的測(cè)試方法模擬了實(shí)際使用環(huán)境，并且可利用簡(jiǎn)便的設(shè)備通過(guò)該方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中所述多個(gè)步驟為:浸漬于特定腐蝕液中、暴露于發(fā)動(dòng)機(jī)油的火焰、以及加熱?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提出了，針對(duì)由鎳系金屬構(gòu)成的樣品，實(shí)施上述多個(gè)特定處理以作為評(píng)價(jià)顆粒生成容易程度的方法。
[0021]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)用材料的評(píng)價(jià)測(cè)試方法，該方法用于評(píng)價(jià)諸如內(nèi)燃機(jī)中所包括的電極或該電極的原料之類(lèi)的金屬材料的特性，該方法包括下述的濕法腐蝕步驟、燃燒步驟和加熱步驟。
[0022]濕法腐蝕步驟:濕法腐蝕步驟為這樣的步驟，準(zhǔn)備由鎳系金屬構(gòu)成的樣品作為金屬材料，準(zhǔn)備含有酸和氯化鈉的水溶液作為腐蝕液，將該樣品浸漬在腐蝕液中。在該步驟中，在樣品的表層區(qū)域中形成了 Ni富集相。
[0023]燃燒步驟:燃燒步驟為這樣的步驟，將已經(jīng)在腐蝕液中浸漬過(guò)的樣品暴露于發(fā)動(dòng)機(jī)油的火焰中。在該步驟中，Ni富集相與發(fā)動(dòng)機(jī)油中的成分發(fā)生接觸，從而在樣品的表層區(qū)域中形成低熔點(diǎn)相。
[0024]加熱步驟:加熱步驟為這樣的步驟，對(duì)已經(jīng)在所述發(fā)動(dòng)機(jī)油的火焰中暴露過(guò)的樣品進(jìn)行加熱。在該步驟中，低熔點(diǎn)相發(fā)生熔融并再凝固。
[0025]諸如腐蝕液和發(fā)動(dòng)機(jī)油之類(lèi)的試劑易于獲得。在濕法腐蝕步驟中準(zhǔn)備待填充腐蝕液的浸漬槽，并且在燃燒步驟中準(zhǔn)備可形成發(fā)動(dòng)機(jī)油的火焰的設(shè)備，如此即可。在加熱步驟中，可使用普通的加熱爐。因此，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用材料的評(píng)價(jià)測(cè)試方法，可通過(guò)利用簡(jiǎn)便的設(shè)備代替試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)，來(lái)評(píng)價(jià)在由鎳系金屬構(gòu)成的樣品的表面上顆粒生成的容易程度(或者顆粒生成的困難程度)。另外，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用材料的評(píng)價(jià)測(cè)試方法可應(yīng)用于任何形式的樣品，如線棒、平板、或者具有預(yù)定形狀的成形體。因此，無(wú)需準(zhǔn)備最終產(chǎn)品(如專(zhuān)利文獻(xiàn)2中所述的火花塞)形式的樣品。可以僅僅將組裝至(例如)火花塞的主體金屬接頭之前的電極、或者成形為具有預(yù)定形狀的電極之前的線棒或平板等原料作為樣品。因此，在本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用材料的評(píng)價(jià)測(cè)試方法中，還能夠容易地準(zhǔn)備樣品，因此該方