Funkenerosionsmodell von Nickelbasislegierungen

Zündkerzen sind ein wesentlicher Bestandteil konventioneller Verbrennungsmotoren. Ihre Lebensdauer wird durch den Einsatz unter extremen Bedingungen begrenzt. Das Verständnis der Erosion ist daher wichtig für die Entwicklung neuer und verbesserter Elektrodenmaterialien. Diese Arbeit untersucht den Erosionsmechanismus von Elektroden auf Nickelbasis. In einer Druckkammer wurden Dauerlaufexperimente durchgeführt, um den Einfluss der Zündspulenparameter, der Elektrodentemperatur und des Sauerstoffpartialdrucks auf den Verschleiß zu untersuchen. Eine Charakterisierung des Funkenplasmas erfolgte über die Emissionsspektroskopie. Hierbei wurde eine gute Übereinstimmung der berechneten Nickeldichte im Plasma mit dem gemessenen Verschleiß festgestellt. Die stärkste Erosion tritt während der Bogenphase auf und hängt vom Sauerstoffpartialdruck der Atmosphäre ab. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde ein neues Erosionsmodell abgeleitet, welches auf einer Verdampfung von Nickeloxid während der Bogenphase im Funkenfußpunkt beruht. Eine Finite Elemente Simulation des Wärmeeintrags in eine Nickel- und Nickeloxid-Elektrode zeigt eine nennenswerte Verdampfung ausschließlich für Nickeloxid. Dies kann auf die Wärmeleitfähigkeit und den spezifischen elektrischen Widerstand des Oxids zurückgeführt werden. Legierungselemente beeinflussen die Oxideigenschaften und somit den Elektrodenverschleiß. Dargestellt wurde dies für Nickel-Aluminium- und Nickel-Silizium-Legierungen. Zusammenfassend kann der Verschleiß von Elektroden auf Nickelbasis durch die Eigenschaften des Systems und des Oxides beschrieben werden.