内燃机用材料的评价测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及内燃机用材料的评价测试方法，该方法用于评价构成内燃机中所包含的部件或其原料(例如，汽车发动机中所包括的火花塞的电极或电极材料)的金属材料的特性。特别地，本发明涉及内燃机用材料的评价测试方法，该方法能够用于利用简便设备来评价可能在材料表面上产生的颗粒的产生容易程度。
【背景技术】
[0002]诸如汽车的汽油发动机之类的内燃机中所包括的零件的例子为火花塞。通常，这种火花塞包括筒状绝缘体、保持该绝缘体的主体金属接头(main body metal fitting)、保持在该绝缘体中并且其前端从绝缘体端部露出的棒状中心电极、焊接至主体金属接头上的接地电极、以及设置于绝缘体的另一端的端子金属接头。接地电极形成为具有L形，并且以其短片(short strip)与中心电极的裸露端面相对的方式连接至主体金属接头。使用纯镲和镲合金等镲系金属作为构成中心电极和接地电极的材料。
[0003]内燃机的构成部件(如火花塞的电极)及其原料所需的一种特性为:随着使用时间的延长，在构成部件或其原料的表面上不易于产生颗粒(专利文献I的说明书第
[0010]、
[0011]段等)。这些颗粒是由于这样的现象而形成的:在该现象中，构成电极等的材料熔融并随后凝固为球状凸起的形式。这些颗粒由包含气氛中的元素(这些元素来自于发动机油等)和Ni (镍)(Ni形成电极的基体)的混合物构成(专利文献I的说明书第
[0010]段)。当在电极表面上生成了大量的这种颗粒时，尤其是当生成了大量的这种颗粒、并且这些颗粒在进行火花放电的部分(主要在中心电极和接地电极彼此相对的表面上)上生长从而变为粗颗粒时，发动机的点火状态可能变得不稳定，或者，在最坏的情况中，颗粒可能会脱落并可能损坏发动机。
[0004]因此，需要检测颗粒生成的难易。专利文献I披露了包括试验用汽油发动机的设备，该设备用于检测颗粒的生成程度(说明书第
[0055]段)。
[0005]对于内燃机的构成部件及其原料，试验用发动机通常也用于检测除了颗粒生成容易程度以外的其他特性的情况中(例如，专利文献2的说明书第
[0055]段等)。
[0006]引用列表
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本未审查专利申请公布N0.2012-069393
[0009]专利文献2:日本专利N0.4413951
【发明内容】
[0010]技术问题
[0011]需要研发这样一种方法，该方法用于通过使用简便的设备取代诸如试验用发动机之类的特殊设备从而检测颗粒生成的容易程度。然而，当检测内燃机用材料的特性时，尤其是检测颗粒生成的容易程度时，迄今为止尚未研宄使用简便设备的评价方法。
[0012]因此，本发明的目的是提供一种内燃机用材料的评价测试方法，针对由镍系金属构成的内燃机用材料，该方法能够使用简便的设备来评价颗粒生成的容易程度。
[0013]解决问题的手段
[0014]本发明人收集了在汽车中使用过的火花塞，并且获得了如图5A和5B所示的样品，在该样品中，在火花塞的电极的表面上产生了大量的颗粒210，并且该样品的表面是粗糙的。其后，本发明人研宄了这种颗粒的生成状态的再现试验，尤其是利用简便设备的再现试验。该简便设备的可想到的例子包括加热炉和燃烧炉。然而，如下所述，即使在仅进行加热或燃烧时，也未能获得与实际获取的、使用过的火花塞的电极类似的表面状态。
[0015]对实际收集的已用过的火花塞的电极的组成进行了检测。如图5C所示，由镍合金构成的基材100的表层区域200由不同于基材100的组成构成。具体而言，表层区域200由缺乏基材100中的部分添加元素的相所形成，换言之，由具有高浓度的作为基体的Ni的相(下文中称为“Ni富集相”)形成。颗粒210也主要由该Ni富集相形成。此外，在具有颗粒210的表层区域200中，存在复合化合物(通常为氧化物)220和化合物(通常为氧化物)222，其中复合化合物220含有基材100的添加元素中的一些元素以及据认为是发动机油中所含的一些元素(如Ca和P)，化合物222则含有据认为是发动机油中所含的一些元素。具体而言，在表层区域200中局部地存在有具有高浓度的发动机油成分的区域。
[0016]因此，对可形成表层区域200的处理进行了研宄，其中表层区域200由包含发动机油的成分(如Ca和P)和Ni富集相的复合成分(或混合物)构成。结果发现，在进行如下特定处理的情况中，表面状态根据样品材料种类的不同而改变，该特定处理包括:将由镍系金属构成的样品浸渍于特定的腐蚀液中，随后将该样品暴露于发动机油的火焰中，并进一步加热该样品。具体而言，对于在实际用作火花塞的电极时可生成大量颗粒的材料，即，对于由易于生成颗粒的材料构成的样品，当进行上述特定处理时，会获得在样品表面上生成大量颗粒且表面变得粗糙的状态、或者与该状态类似的状态。对于在实际用作火花塞的电极时不易于生成颗粒的材料所构成的样品，当进行上述特定处理时，不易于生成颗粒或者基本上不会生成颗粒。据认为获得这些结果的原因如下。
[0017]当前，出于环境保护举措等的目的，对于汽车发动机等，试图通过进行排气再循环(EGR)来提高燃料效率，并且进行了怠速停止。本发明人发现，当进行怠速停止时，发动机停止导致水冷凝，由此降低了内燃机的构成部件(如火花塞的电极)的温度，并且所述构成部件呈浸渍于冷凝水中的状态。还发现来自构成部件周围的元素(代表性的为由EGR导致的NOx成分)会与该冷凝水混合，可形成含有酸的腐蚀液。因此，当因怠速停止而使发动机的ON/OFF次数增加时，会反复生成冷凝水。通过继续进行EGR等，会反复生成上述腐蚀液。如果因怠速停止而使发动机的停止时间延长，则内燃机的构成部件会持续浸渍于所生成的腐蚀液中。据认为，在长期运转中，该腐蚀液会沿着(例如)构成了构成部件的金属的晶粒的晶界而渗入该构成部件。据认为，当腐蚀液渗透并且构成所述部件的金属被腐蚀时，形成了这样的相(上述镍系金属中的Ni富集相)，该相中缺乏所述金属中的添加元素并且基体浓度升高。
[0018]同时，当内燃机中的发动机油与汽油一同燃烧时，发动机油的成分(如Ca和P)在汽油的燃烧焰中被活化。更具体而言，据认为这些成分变为离子或等离子体。此外，据认为会发生如下情况:当处于这种活性状态中的Ca、P等与Ni富集相接触时，会形成含有Ni和Ca,P等的低熔点相。在发动机处于ON状态的过程中，低熔点相被加热从而其温度升高，由此发生熔融并流动。在发动机处于OFF状态的过程中，低熔点相的温度降低，低熔点相发生凝固，由此该低熔点相形成了上述颗粒，并且在颗粒形成过程中包含上述复合化合物或者化合物。
[0019]可通过利用相对简便的设备来形成能够将发动机油的成分活化的发动机油火焰。此外，还可将具有简单结构的设备用作用于将样品浸渍在腐蚀液中的设备以及用于加热样品的设备。
[0020]因此，当评价颗粒的生成容易程度时，对于由镍系金属构成的样品，包括如下多个步骤的测试方法模拟了实际使用环境，并且可利用简便的设备通过该方法进行评价，其中所述多个步骤为:浸渍于特定腐蚀液中、暴露于发动机油的火焰、以及加热。基于上述发现，本发明提出了，针对由镍系金属构成的样品，实施上述多个特定处理以作为评价颗粒生成容易程度的方法。
[0021]本发明涉及内燃机用材料的评价测试方法，该方法用于评价诸如内燃机中所包括的电极或该电极的原料之类的金属材料的特性，该方法包括下述的湿法腐蚀步骤、燃烧步骤和加热步骤。
[0022]湿法腐蚀步骤:湿法腐蚀步骤为这样的步骤，准备由镍系金属构成的样品作为金属材料，准备含有酸和氯化钠的水溶液作为腐蚀液，将该样品浸渍在腐蚀液中。在该步骤中，在样品的表层区域中形成了 Ni富集相。
[0023]燃烧步骤:燃烧步骤为这样的步骤，将已经在腐蚀液中浸渍过的样品暴露于发动机油的火焰中。在该步骤中，Ni富集相与发动机油中的成分发生接触，从而在样品的表层区域中形成低熔点相。
[0024]加热步骤:加热步骤为这样的步骤，对已经在所述发动机油的火焰中暴露过的样品进行加热。在该步骤中，低熔点相发生熔融并再凝固。
[0025]诸如腐蚀液和发动机油之类的试剂易于获得。在湿法腐蚀步骤中准备待填充腐蚀液的浸渍槽，并且在燃烧步骤中准备可形成发动机油的火焰的设备，如此即可。在加热步骤中，可使用普通的加热炉。因此，根据本发明的内燃机用材料的评价测试方法，可通过利用简便的设备代替试验用发动机，来评价在由镍系金属构成的样品的表面上颗粒生成的容易程度(或者颗粒生成的困难程度)。另外，本发明的内燃机用材料的评价测试方法可应用于任何形式的样品，如线棒、平板、或者具有预定形状的成形体。因此，无需准备最终产品(如专利文献2中所述的火花塞)形式的样品。可以仅仅将组装至(例如)火花塞的主体金属接头之前的电极、或者成形为具有预定形状的电极之前的线棒或平板等原料作为样品。因此，在本发明的内燃机用材料的评价测试方法中，还能够容易地准备样品，因此该方