Перепластифицированные частицы драгоценных металлов (кристаллизация) 

Исследования показали, что аномальный материал частиц состоит из материала корпуса электрода свечи зажигания, представляющего собой драгоценный металл.

В процессе эксплуатации электрод свечи зажигания подвергается воздействию сложной среды, включающей высокие температуры, кислород, электрокоррозию, серную коррозию и водяной пар. Сероводород (H₂S) в топливном газе реагирует с электродом из драгоценного металла под воздействием высокой температуры и электрической дуги, образуя тонкий реакционный слой на поверхности электрода в нанометровом и субмикронном масштабе. Основными компонентами являются сульфид платины (PtS) и сульфид иридия (IrSₓ), а также небольшие количества оксида платины (PtO₂) и оксида иридия (IrO₂). Реакционный слой пористый и хрупкий, демонстрирующий крайне низкую адгезию к подложке электрода, что является основной причиной отслоения частиц драгоценного металла от поверхности электрода.

В момент отслоения реакционного слоя драгоценного металла от поверхности электрода под воздействием высокой температуры и сильной восстановительной атмосферы (богатой CH₄, H₂ и CO) внутри газового двигателя отслоившийся реакционный слой непосредственно восстанавливается до драгоценного металла. Основные реакции восстановления следующие:

PtS + H₂ → Pt (элементарный) + H₂S↑

IrSₓ + H₂ → Ir (элементарный) + H₂S↑

PtO₂ + CO → Pt (элементарный) + CO₂↑

IrO₂ + CO → Ir (элементарный) + CO₂↑

Свежевосстановленный платиновый/иридиевый элемент находится в виде капель, в жидком или полурасплавленном состоянии. Под действием вихря в камере сгорания эти капли прилипают к поверхности электрода (смачивающий эффект того же металла при высокой температуре обеспечивает чрезвычайно прочное сцепление капель с электродом). Если капли прилипнут к зазору между электродами, это непосредственно приведет к вышеупомянутому сбою зажигания.

Сера играет решающую роль в ускорении коррозии электродов и отслаивании/изменении структуры частиц. Степень ее воздействия определяется содержанием серы в процессе сгорания газа, которое в отрасли обычно контролируется на уровне ниже 20 ppm. Помимо серы, к другим ключевым факторам, вызывающим образование частиц драгоценных металлов, относятся высокая температура электродов и детонация газовых двигателей.

Высокая температура электродов часто вызвана чрезмерно низким тепловым диапазоном свечи зажигания, что препятствует своевременному отводу тепла от электрода свечи зажигания и является проблемой совместимости продукции. При анализе этого типа отказов следует отдавать приоритет совместимости теплового диапазона свечей зажигания: если большинство пользователей одного и того же агрегата не сталкиваются с этим отказом, проблемы конструкции свечи зажигания можно в значительной степени исключить; если отказ широко распространен в одном и том же агрегате, необходима оптимизация конструкции для снижения температуры электрода (оптимизация включает в себя керамическую структуру теплоотвода, конструкцию электрода и т. д.).

Проблемы совместимости свечей зажигания и агрегата приводят к тому, что вероятность отказа сильно коррелирует с нагрузкой агрегата: если агрегат работает при низкой нагрузке в течение длительных периодов времени, отказы зажигания, вызванные частицами драгоценных металлов, как правило, маловероятны.

В ответ на этот тип отказа, помимо снижения температуры электрода в месте его возникновения путем оптимизации конструкции, в качестве временной меры может быть принято увеличение зазора между электродами.