專利名稱：：具有回流點(diǎn)火端的點(diǎn)火裝置及其制造方法具有回流點(diǎn)火端的點(diǎn)火裝置及其制造方法相關(guān)申請參考本專利申請要求申請?zhí)枮?0/598,288，申請日為2O04年8月3日的美國臨時(shí)專利申請的優(yōu)先權(quán)，并在此引用了該臨時(shí)專利申請。發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及用于內(nèi)燃機(jī)的火花塞和其他點(diǎn)火裝置，特別是涉及具有貴金屬點(diǎn)火端的這類點(diǎn)火裝置。用于此處的名詞"點(diǎn)火裝置"應(yīng)理解為包括火花塞、點(diǎn)火器和其他用于啟動氣體或燃料燃燒的此類裝置。
背景技術(shù)：
：在火花塞領(lǐng)域中，一直希望能提高抗腐蝕性以及降低火花塞中心和接地電極或者多電極設(shè)計(jì)情況下多個(gè)接地電極的火花電壓。為達(dá)到這一目的，建議各種設(shè)計(jì)采用貴金屬電極，或者更為普遍的是，在標(biāo)準(zhǔn)金屬電極上應(yīng)用貴金屬點(diǎn)火端。具有代表性地，該點(diǎn)火端形成焊點(diǎn)或鉚釘或焊線，而后焊接在電極末端上。鉑合金和銥合金是最常用于這些點(diǎn)火端的貴金屬中的兩種。例如，Kondoetal.的美國專利第4,540,910號提供了一種由70-90重量百分比的鉑和30-10重量百分比的銥制成的中心電極點(diǎn)火端。該專利中提及鉑鎢合金也曾用于這些點(diǎn)火端。這種鉑鎢合金在Changetal.的美國專利第6,045,424號中也有揭露，該專利進(jìn)一步提供了采用鉑銠合金和鉑銥鎢合金的點(diǎn)火端的結(jié)構(gòu)。除了這些基本貴金屬合金外，還建議采用由上述金屬與可變數(shù)量的不同稀土金屬氧化物結(jié)合而成的氧化物彌散強(qiáng)化合金。例如Heywoodetal.的美國專利第4,081,710號。在這點(diǎn)上，建議采用幾種使用釔氧化物(Y203)的特殊鉑銥基合金。特別地，Mooreetal.的美國專利第5,456,624號提供一種由含<2%釔氧化物的鉑合金制成的點(diǎn)火端。Katohetal.的美國專利第5,990,602號提供一種含有0.01-2%釔氧化物的鉑銥合金。Oshima的美國專利第5,461,275號提供一種含有5-15%釔氧化物的銥合金。過去，合金中包含少量(例如<2%)的釔氧化物以提高合成的合金的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，而Oshima的專利通過采用體積比分比(byvolume)含量>5%的含銥的釔氧化物，能夠降低火花電壓。進(jìn)一步地，如Lykowskietal.的美國專利第6,412,465Bl號所揭露的，已經(jīng)確定，通過將釔氧化物合成到一種鎢鉑合金，采用較Oshima的專利中低得多的百分比含量的釔氧化物，能夠減少腐蝕，降低打火花電壓。Lykowski的專利提供一種具有接地和中心電極的點(diǎn)火裝置，其中至少一個(gè)電極具有由含鉑、鎢和釔氧化物的合金制成的點(diǎn)火端。優(yōu)選地，該合金由91.7%-97.99%鉑、2%-8%鎢和0.01%-0.3%釔(重量百分比)合成，在一種更為優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，該合金由95.68%-96.12%鉑、3.8%-4.2°/。鎢和0.08%-0.12%釔(重量百分比)合成。點(diǎn)火端可采用焊點(diǎn)、鉚釘、焊球、焊線或其他可被焊接至電極上適當(dāng)位置處的形狀。雖然上述及各種其它貴金屬系統(tǒng)代表性地提供了令人滿意的火花塞性能，特別是關(guān)于控制火花塞性能和提供火花腐蝕保護(hù)，但當(dāng)前采用貴金屬端的火花塞具有眾所周知的、與用于連接該貴金屬元件的方法特別是各種形式的焊接方法相關(guān)的性能限制。特別地，與火花塞使用相關(guān)的運(yùn)行環(huán)境中的循環(huán)熱應(yīng)力，例如那些由用于電極端的上述貴金屬以及貴金屬合金和用于電極的鎳、鎳合金以及其他眾所周知的金屬之間的熱膨脹系數(shù)不匹配而產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)力，帶來破裂、熱疲勞和各種其他相互作用現(xiàn)象，導(dǎo)致焊接失敗，最終損壞火花塞自身。因此，迫切需要發(fā)展設(shè)有具改良結(jié)構(gòu)特別是微觀結(jié)構(gòu)的貴金屬點(diǎn)火端的火花塞，以通過減輕或消除與
背景技術(shù)：
裝置有關(guān)的潛在破壞機(jī)理，提高火花塞的性能和可靠性。同時(shí)也迫切需要發(fā)展制造火花塞的方法，以實(shí)現(xiàn)火花塞性能和可靠性的改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置，包括殼體；絕緣體，安裝于所述殼體內(nèi)并具有暴露的軸向端，該軸向端位于所述殼體內(nèi)開口處；中心電極，設(shè)于所述絕緣體內(nèi)并從所述絕緣體延伸出，穿過所述軸向端，該中心電極具有由回流貴金屬預(yù)成型件形成的點(diǎn)火末端；以及接地電極，設(shè)于所述殼體并止于一點(diǎn)火末端，該點(diǎn)火末端相對所述中心電極的點(diǎn)火端設(shè)置，使得所述兩個(gè)點(diǎn)火末端之間形成火花間隙。所述貴金屬優(yōu)選從銥、鉬、鈀、銠、金、銀和鋨以及其合金中選擇。在本發(fā)明另一實(shí)施例種，所述貴金屬還包括鎢、釔、鑭、釕和鋯中的一種金屬，作為合金添加劑。所述電極還可包括適于接受貴金屬預(yù)成型件的槽。本發(fā)明還提供一種制造用于點(diǎn)火裝置、具有點(diǎn)火端的金屬電極的方法，包括下列步驟形成具有點(diǎn)火端部分的金屬電極；將貴金屬預(yù)成型件應(yīng)用于所述點(diǎn)火端部分；以及回流貴金屬預(yù)成型件，以形成貴金屬點(diǎn)火端。該方法還可包括在電極中形成適于接受貴金屬預(yù)成型件的槽。為了更清楚地說明本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其中相似參考數(shù)字指代相似特征圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造的火花塞的局部視圖和部分剖視圖；圖2A是圖1中的火花塞的區(qū)域2的第一實(shí)施例的剖視圖；圖2B是圖1中的火花塞的區(qū)域2的第二實(shí)施例的剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造的火花塞的剖視圖；圖4是圖3中的火花塞的區(qū)域4的剖視圖；圖5A是圖3中的火花塞的區(qū)域4的區(qū)域5的一實(shí)施例的剖視圖；圖5B是圖3中的火花塞的區(qū)域4的區(qū)域5的第二實(shí)施例的剖視圖；圖6是本發(fā)明的方法100的圖示；圖7是本發(fā)明的方法的步驟160的一實(shí)施例的示意圖；圖8是本發(fā)明的方法的步驟160的第二實(shí)施例的示意圖；圖9是本發(fā)明的方法的步驟160的第三實(shí)施例的示意圖；圖10是本發(fā)明的具有回流貴金屬點(diǎn)火端的電極的金相試樣(metallographicsection)的光學(xué)顯微照片；圖IIA和IIB是圖10中的金相試樣的區(qū)域IIA和11B的光學(xué)顯微照片；圖12是900。C下退火24小時(shí)后在與圖IO中的電極同樣條件下處理的電極的金相試樣的光學(xué)顯微照片；圖13A和13B是圖12中的金相試樣的區(qū)域13A和13B的光學(xué)顯微照片;圖14是本發(fā)明的接地電極的照片；圖15是本發(fā)明的多個(gè)電極在貴金屬預(yù)成型件回流前后的重量圖表；圖16A-16E是本發(fā)明的具有點(diǎn)火端的中心電極的金相試樣的光學(xué)顯微照片，該點(diǎn)火端被回流不同時(shí)間間隔；圖17A是本發(fā)明的電極的俯視照片；圖17B是圖17A中的電極的側(cè)視照片；圖17C是本發(fā)明的電極的俯視照片；圖17D是圖17A中的電極的側(cè)視照片；圖17E是圖17C類型的電極的金相試樣的光學(xué)顯微照片；圖18A-B是本發(fā)明的兩個(gè)中心電極在貴金屬預(yù)成型件回流后的側(cè)視照片，舉例說明了掃描束(18A)的效果和電極旋轉(zhuǎn)的單脈沖、固定束(18B)的效果；圖18C是本發(fā)明的點(diǎn)火端磨削和拋光之后，回流后的中心電極的側(cè)視圖；圖19A和B分別是圖18B和圖18C類型的電極的金相試樣的光學(xué)顯微照片；圖20A是本發(fā)明的電極的側(cè)視照片；圖20B是圖20A中的電極的俯視照片；圖20C是本發(fā)明的電極的俯視照片；圖20D是圖20C中的電極的側(cè)視照片；圖20E是圖20D中的電極的俯視照片；.圖21A是本發(fā)明的中心電極和點(diǎn)火端的金相試樣的光學(xué)顯微照片，展示了平面末端電極上合金預(yù)成型件回流后的電極/點(diǎn)火端界面的最終形狀；圖21B是本發(fā)明的中心電極和點(diǎn)火端的金相試樣的光學(xué)顯微照片，展示了回流前其內(nèi)形成有截頭圓錐槽的電極上的預(yù)成型件回流后的電極/點(diǎn)火端界面的最終形狀；圖22是其上回流有單層銥點(diǎn)火端的鎳合金接地電極的光學(xué)照片；圖23A-23E是接地電極的光學(xué)照片，舉例說明本發(fā)明的方法100以及步驟140和160的重復(fù)；以及圖24是重復(fù)運(yùn)行本發(fā)明的步驟140和160的各種電極的重量圖表。具體實(shí)施方式參考圖1，展示了火花塞10的工作端。該火花塞10的工作端包括金屬殼體12、安裝于殼體12內(nèi)的絕緣體14、中心電極16、接地電極18和一對相對設(shè)置于中心電極和接地電極16、18上的點(diǎn)火端20、22。殼體12可由傳統(tǒng)方法構(gòu)造為金屬殼，并具有標(biāo)準(zhǔn)螺紋和環(huán)狀下端26。接地電極18焊接或通過其他方法安裝于該下端26上。同樣地，火花塞10的所有其它元件(包括那些未圖示的元件)可采用己知技術(shù)和材料制造，當(dāng)然除了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的具有點(diǎn)火端20禾n/或22的接地和/或中心電極16、18，這將在下面做進(jìn)一步詳細(xì)描述。眾所周知，殼體12的環(huán)形端26設(shè)有開口28，絕緣體14通過開口28向外凸出。中心電極16通過玻璃密封或利用其他任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)永久地安裝于絕緣體14內(nèi)。中心電極16可具有任何適合的形狀，但通常為具有弧度或錐度的圓柱狀，相對點(diǎn)火端的一端即設(shè)于絕緣體14內(nèi)的一端具有較大的直徑(如圖3所示)。這種特有形狀便于設(shè)于并密封于絕緣體14內(nèi)。中心電極16一般穿過露出的軸向端30從絕緣體14延伸出來。中心電極16可由任何火花塞制造領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的適合導(dǎo)體制成，該導(dǎo)體如各種鎳、鎳基合金，也可包括外覆于銅、銅基合金內(nèi)核上的此類材料。如圖所示，接地電極18具傳統(tǒng)卯度弧形肘的矩形截面形狀，該電極一端32機(jī)械地電性地與殼體12連接，另一端34相對中心電極16設(shè)置。該自由端34設(shè)有接地電極18的點(diǎn)火端，該點(diǎn)火端與中心電極16的相應(yīng)點(diǎn)火端之間形成火花間隙36。然而，易于理解接地電極18可具有各種形狀和尺寸，例如將殼體延伸更遠(yuǎn)以致通常圍繞中心電極16，使得接地電極18通?？蓮臍んw12的下端26直接向中心電極16延伸，以形成火花間隙36?？梢岳斫?，點(diǎn)火端20可設(shè)于中心電極16的末端或側(cè)壁上，點(diǎn)火端22可如圖所示或設(shè)于接地電極18的自由端34，使得火花間隙36可具有許多不同的設(shè)置方式和方向。點(diǎn)火端20、22設(shè)于這些表面的點(diǎn)火端部分上的電極16、18的點(diǎn)火末端上。點(diǎn)火端20、22分別設(shè)于其各自所在電極16、18的點(diǎn)火末端，因此可以為發(fā)射和接收穿過火花間隙36的電子提供火花表面。根據(jù)以上描述，點(diǎn)火端20、22的點(diǎn)火端表面21、23可具有任何適合形狀，包括矩形、正方形、三角形、圓形、橢圓形、多邊形(正多邊形或不規(guī)則多邊形)或任何其他適合的幾何形狀。這些點(diǎn)火端以橫截面形式展示，以說明在本發(fā)明的該實(shí)施例中點(diǎn)火端具有回流至其上適當(dāng)位置的貴金屬焊點(diǎn)。如圖2A所示，點(diǎn)火端20、22可分別回流至電極16、18的表面上。或者，如圖2B所示，點(diǎn)火端20、22可分別回流進(jìn)槽40、42內(nèi)，該槽40、42分別設(shè)于電極16、18的兩表面上或設(shè)于該兩表面之一上。中心或接地電極的回流表面和回流槽的任何結(jié)合都是可能的。點(diǎn)火端之一或兩個(gè)點(diǎn)火端可完全或部分凹設(shè)于相關(guān)電極上，或可回流至電極的外表面上，而沒有任何凹陷。當(dāng)點(diǎn)火端回流入電極上的槽40、42時(shí)，電極上先于點(diǎn)火端回流形成的槽可具任何適合的截面形狀，包括矩形、正方形、三角形、圓形或半圓形、橢圓形或半橢圓形、多邊形(正多邊形或不規(guī)則多邊形)、弧形(規(guī)則弧形或不規(guī)則弧形)或任何其他適合的幾何形狀。槽的側(cè)壁42可垂直于點(diǎn)火端表面，或具有錐度的，向內(nèi)減縮或向外減縮。而且，側(cè)壁44的輪廓可為直線形或曲線形。同樣地，槽40實(shí)質(zhì)上可具有任何三維形狀，包括簡單的盒狀、各種截頭圓錐狀、錐形、半球狀、橢圓狀或其他形狀。點(diǎn)火端20、22可具相同形狀、相同表面面積，或者其可具有不同形狀和表面面積。例如，可使點(diǎn)火端22的表面面積較點(diǎn)火端20的表面面積大，以致其在使用過程中可容納一定數(shù)量不對中的電極，而不會消極影響火花塞IO的火花傳送性能。應(yīng)當(dāng)注意，將本發(fā)明的點(diǎn)火端僅應(yīng)用到電極16、18中的一個(gè)上也是可能的。然而，眾所周知，將貴金屬合金作為點(diǎn)火端20、22應(yīng)用于電極16和18上，是優(yōu)選的，以提高火花塞10的整體性能，特別是點(diǎn)火末端的抗浸蝕性和抗腐蝕性。除了上下文要求不同外，可以理解，這里提及的點(diǎn)火端20、22可為點(diǎn)火端20、22中的任一或兩者。本發(fā)明的回流電極也可采用其他點(diǎn)火裝置電極結(jié)構(gòu)，例如圖3-5中所示火花塞電極結(jié)構(gòu)。參照圖3，多電極火花塞10結(jié)構(gòu)類似于圖1、2A和2B所示，其中火花塞io包括具有點(diǎn)火端20的中心電極16和多個(gè)具有點(diǎn)火端22的接地電極18。點(diǎn)火端20、22分別設(shè)于其各自所在電極16、18的點(diǎn)火末端，使其為發(fā)射和接收穿過火花間隙36的電子提供火花表面。這些點(diǎn)火端以橫截面形式展示，以說明在該實(shí)施例中點(diǎn)火端具有回流至其上適當(dāng)位置的焊點(diǎn)。點(diǎn)火端20、22可形成于電極的表面上，如圖5A所示，或者形成于槽內(nèi)，如圖5B所示。該槽的外部和截面形狀可如上所述地變化。依照本發(fā)明，各點(diǎn)火端20、22由鉑、銥、鈀、銠、鋨、金和銀中的至少一種貴金屬制成，并可包括一種以上這些貴金屬的結(jié)合(例如，各種鉑銥合金)。該包含至少一種貴金屬的點(diǎn)火端也可包括作為一種合金成分，該合金成分是鎢、釔、鑭、釕、鋯中至少一種金屬。而且，可以相信，本發(fā)明適于采用所有已知用作火花塞和其他點(diǎn)火裝置點(diǎn)火端的貴金屬合金，包括Lykowskietal.的美國專利第6,412,465號(在此作為參考引用)中所描述的合金成分，也如美國專利6,304,022(描述確定分層的合金結(jié)構(gòu))和6,346,766(說明確定貴金屬端和相關(guān)壓力緩解層的應(yīng)用)所描述的合金成分，該兩篇專利也在此作為參考引用。參照圖7-9，點(diǎn)火端20、22的貴金屬合金這樣制成提供高強(qiáng)度或能量密度能源58，例如在此所描述的激光或電子束，回流或熔化設(shè)于電極16、18點(diǎn)火末端上點(diǎn)火端20、22的想要的位置上的期待的貴金屬合金合成物或多種合金合成物的合金預(yù)成型件46或多種合金預(yù)成型件46。合金預(yù)成型件46可包括具有預(yù)定形狀的合金制成前的固體形式，如薄片、鉚釘、帽或類似形式，或者采用不具預(yù)定形狀的固體形式，例如片、帶、線或類似形式。優(yōu)選地，合金預(yù)成型件46也可包括可應(yīng)用于大量已知形式中的任何形式的各種微?；蚍勰╊A(yù)成型件，包括可應(yīng)用于槽中的造粒樹脂(freeflowingpowder)、壓緊或燒結(jié)的粉末預(yù)成型件、粉漿和各種可揮發(fā)成分(volatizableconstituents)等等。該粉末可以是給定的貴金屬合金合成物制成前的粉末，或者當(dāng)各種粉末成分被回流時(shí)足以產(chǎn)生期待的貴金屬合金合成物或微觀結(jié)構(gòu)的各種金屬粉末的混合物。無論是固體預(yù)成型件還是粉末預(yù)成型件，均可具有復(fù)合結(jié)構(gòu)，例如水平或垂直分層結(jié)構(gòu)，或包括蜂巢、須狀或細(xì)絲材料以提高抗浸蝕性或抗腐蝕性或者電子發(fā)射或其他火花增強(qiáng)特性?？梢韵嘈牛腆w預(yù)成型件或粉末預(yù)成型件也可以在末端結(jié)合各種絕緣、非金屬成分或者化合物，包括各種陶瓷材料。能源58的局部應(yīng)用足以導(dǎo)致合金預(yù)成型件至少部分熔化，足以在應(yīng)用能源58處產(chǎn)生至少一部分熔融池48。術(shù)語"至少部分熔化"目的是具有寬泛的含義。這與應(yīng)用于各種相關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
、具有貴金屬合金點(diǎn)火端的電極制造中的各種焊接方法的區(qū)別在于，這些焊接方法通常僅在電極的貴金屬合金和基底金屬(basemetal)之間的界面上的熱影響區(qū)域產(chǎn)生熔化，且用于避免貴金屬點(diǎn)火端和電極的普遍熔化。在本發(fā)明中，合金預(yù)成型件46至少熔化該預(yù)成型件的一部分厚度;在很多例子中該合金預(yù)成型件46完全地穿過預(yù)成型件的厚度熔化。例如，在很多固體預(yù)成型件或合金制成前的粉末預(yù)成型件的情況下，期望完全熔化合金預(yù)成件46，這也將導(dǎo)致接近預(yù)成型件的電極表面局部熔化，因?yàn)榈湫偷碾姌O是由熔點(diǎn)低于合金預(yù)成型件46的鎳或鎳基合金制成。在確定粉末混和物預(yù)成型件不是合金制成前的預(yù)成型件的情況下，熔化一種或多種合金成分，而留下一種或多種的其他合金成分不被熔化或者僅部分熔化或溶解在其他合金成分中。這種特性允許再固化合金微觀結(jié)構(gòu)50從同族貴金屬合金至具有其他貴金屬或非貴金屬成分的貴金屬亞穩(wěn)定性混合物進(jìn)行幾乎無限制的組合。這也可以通過適當(dāng)處理合金預(yù)成型成分、粒度(在粉末預(yù)成型件的情況下)、能量輸入控制等因素來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的點(diǎn)火端20、22的微觀結(jié)構(gòu)與焊接的點(diǎn)火端的微觀結(jié)構(gòu)是有區(qū)別的。因?yàn)榫植咳刍?，以及能量輸入和熔化特性因合金預(yù)成型件46的表面而不同的事實(shí)，最終得到的點(diǎn)火端20、22和電極16、18之間的界面的狀態(tài)也是可控制的，例如其形狀、電極和合金預(yù)成型件的成分相互擴(kuò)散的范圍，顆粒大小和形態(tài)以及其他特性。關(guān)于界面的形狀，如圖10-13中所例舉，點(diǎn)火端/電極界面可為非平面的，這樣可以減少裂紋擴(kuò)展和過早損壞的趨勢，以適應(yīng)應(yīng)用環(huán)境中電極所經(jīng)歷的熱循環(huán)。也如圖10-13所示，可以控制界面的寬度和擴(kuò)散的廣度，以提供具有可變熱膨脹系數(shù)的分級壓力釋放區(qū)域，其熱膨脹系數(shù)變化是穿過與相應(yīng)合金成分變化相關(guān)聯(lián)的界面的厚度的作用結(jié)果。進(jìn)一步地，顆粒尺寸和形態(tài)可通過適當(dāng)控制熔化區(qū)域48的加熱和冷卻來控制。例如，確信柱狀或樹枝狀顆粒形態(tài)可采用控制顆粒尺寸和形態(tài)的已知方法通過適當(dāng)控制加熱/冷卻實(shí)現(xiàn)。圖12和圖13展示了回流后在900。C下加熱24小時(shí)的電極20，說明了其極度熱循環(huán)和最終得到的粘著牢固且完整的點(diǎn)火端。能量輸入58可為具有連續(xù)或脈沖輸出的適合激光器的掃描、光柵或固定激光束60，該激光器根據(jù)所需能量密度、波束方向和其他在此描述的因素，聚焦或不聚焦使用。因?yàn)榫哂心懿糠秩刍辖痤A(yù)成型件46所需能量輸出的激光器，也具有足夠的能量熔化接近合金預(yù)成型件46的電極表面，因此需要在這些電極16、18接近合金預(yù)成型件46的部分設(shè)置具有磨光表面56的金屬遮蔽物54，以反射激光能量。以便于在需要熔化時(shí)，通過適當(dāng)調(diào)整遮蔽物的尺寸和合金預(yù)成型件46和/或電極16、8的結(jié)構(gòu)，可以大致熔化至電極16、18接近合金預(yù)成型件46和點(diǎn)火端20、22的部分，限制熔化到合金預(yù)成型件46。如圖6所示，本發(fā)明還包括一種制造用于點(diǎn)火裝置、具有點(diǎn)火端的金屬電極的方法。該方法包括下列步驟步驟120，形成具有點(diǎn)火末端和點(diǎn)火端部分的金屬電極16、18;步驟140，將貴金屬預(yù)成型件46應(yīng)用于點(diǎn)火端部分;以及步驟160，回流該貴金屬預(yù)成型件46以形成貴金屬點(diǎn)火端20、22。方法100還可選擇性地在應(yīng)用貴金屬預(yù)成型件46步驟140之前，設(shè)有在金屬電極16、18內(nèi)形成槽40、42的步驟130，以及使得貴金屬預(yù)成型件46定位于槽中的步驟132。該方法也可選擇性地在回流步驟160之后，設(shè)有形成點(diǎn)火端20、22的步驟180。進(jìn)一步地，步驟140和160可重復(fù)，如圖6所示，以將附加材料添加至點(diǎn)火端20、22，或者形成具有多層的點(diǎn)火端20、22。形成具有點(diǎn)火末端和點(diǎn)火端部分的金屬電極的步驟120可利用制造中心電極和接地電極或多個(gè)電極的傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)。這些電極可由用于火花塞制造的傳統(tǒng)電極材料例如鎳和鎳基合金制成。中心電極16常為一般圓柱狀，如圖3所示，并可具有各種點(diǎn)火端結(jié)構(gòu)，包括各種向下收縮的圓柱或矩形端形狀。接地電極18—般具有矩形截面，并采用直棒、肘以及該
技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)技術(shù)人員習(xí)知的其它形狀。在電極內(nèi)形成槽132的步驟130可通過各種適合的在電極中形成槽的方法實(shí)現(xiàn)，例如沖壓、拉拔、加工、鉆、磨、蝕刻或其他形成或除去材料以產(chǎn)生槽40、42的已知方法。槽40、42可為任何適合的尺寸和形狀，包括盒狀、截頭圓錐形、錐形和其他在此描述的形狀。將貴金屬預(yù)成型件46應(yīng)用于點(diǎn)火端部分的步驟140包括將貴金屬預(yù)成型件應(yīng)用于電極16、18的點(diǎn)火端部分的任何適合的步驟。該貴金屬預(yù)成型件46可包括任何適合的貴金屬預(yù)成型件，例如貴金屬線、條、帶、坯、薄片以及聚集的粉末顆粒，在此將作進(jìn)一步描述。根據(jù)所選貴金屬預(yù)成型件的類型選擇適合的應(yīng)用步驟140。例如，在貴金屬預(yù)成型件46為線、條、帶、坯和薄片的情況下，可以采用已知的應(yīng)用這些預(yù)成型件的方法，例如采用粘合、熔融、點(diǎn)焊、立樁以及其他方法，將預(yù)成型材料固定在電極的點(diǎn)火末端和點(diǎn)火端部分，足以使得接下來的步驟160能夠回流合金預(yù)成型件以形成點(diǎn)火端。在貴金屬預(yù)成型件是聚集的粉末顆粒情況下，預(yù)成型件以槳狀或糊狀形式，通過浸濕噴霧、絲網(wǎng)印刷術(shù)、流延法(doctorblading)、著色或其他將漿狀或糊狀物應(yīng)用于電極的方式被應(yīng)用。聚集粉末(aggregatepowder)也可作為綠表中的壓制粉末結(jié)構(gòu)被應(yīng)用，例如通過將粉末緊壓在電極的點(diǎn)火端，或者通過將壓緊或熔結(jié)的粉末結(jié)構(gòu)置于孔40、42內(nèi)。一旦將貴金屬預(yù)成型件應(yīng)用于電極的點(diǎn)火末端，方法100繼續(xù)步驟160，回流貴金屬預(yù)成件以形成點(diǎn)火端20、22。回流步驟160可包括熔化所有或?qū)嵸|(zhì)上所有的貴金屬預(yù)成型件，但必須包括穿過預(yù)成型件的厚度的至少一部分來熔化貴金屬預(yù)成型件，如在此所描述的?；亓鞑襟E160和利用貴金屬合金制造點(diǎn)火端的已有方法，特別是那些采用各種形式焊接和/或機(jī)械連接方法，形成對比，這些己有方法中貴金屬帽完全是通過發(fā)生在焊接熱影響區(qū)域(也就是貴金屬帽和電極之間的接觸區(qū)域)的局部熔化結(jié)合在電極上的，但并非全部或?qū)嵸|(zhì)上全部的貴金屬帽熔化。這種差別給最終點(diǎn)火端帶來了很多結(jié)構(gòu)上的不同或者影響了最終點(diǎn)火端的結(jié)構(gòu)。一個(gè)很重要的不同在于最終點(diǎn)火端的形狀。己知技術(shù)通過焊接形成的點(diǎn)火端傾向于保持焊接至電極的貴金屬帽的大體形狀。在本發(fā)明中，貴金屬預(yù)成型件的熔化允許貴金屬預(yù)成型件的液體流動，該流動可用于點(diǎn)火端再固化時(shí)產(chǎn)生各種新的形狀。此外，該熔化物的表面張力作用和電極點(diǎn)火末端的設(shè)計(jì)可用于形成許多形狀，這些形狀是在
背景技術(shù)：
裝置中不可能或者很難獲得的。例如，如果電極內(nèi)設(shè)有一底切槽，貴金屬預(yù)成型件的熔化可用于創(chuàng)造很多
背景技術(shù)：
裝置無法產(chǎn)生的形狀。因?yàn)橘F金屬和電極材料眾所周知的相互擴(kuò)散傾向，當(dāng)溫度高于貴金屬的液化溫度時(shí)特別顯著，因此優(yōu)選執(zhí)行回流步驟160，通常使得回流步驟160相關(guān)時(shí)間最小化。優(yōu)選時(shí)間少于大約2秒。然而，合金預(yù)成型件46和電極16、18的各種結(jié)合都是可能的，使得可采用更長的回流時(shí)間。圖7-9示意性地進(jìn)行說明了回流步驟160。在圖7中，掃描束58用于回流己附于電極16、18點(diǎn)火端部分的金屬預(yù)成型件46，以形成具有再固化微觀結(jié)構(gòu)50的點(diǎn)火端20、22。圖8中的合金預(yù)成型件已定位于槽40、42內(nèi)，其余與圖7類似。圖9也類似于圖7，除了掃描束58是固定的而非掃描的，然而電極20、22和/或遮蔽物可在該固定束照射下被旋轉(zhuǎn)。為了最小化回流160相關(guān)時(shí)間，優(yōu)選采用一種快速加熱貴金屬預(yù)成型件的方法實(shí)現(xiàn)回流?？焖偌訜峥赏ㄟ^用激光或電子束照射貴金屬預(yù)成型件實(shí)現(xiàn)。當(dāng)期待根據(jù)本發(fā)明采用各種類型的工業(yè)激光器，包括那些焦平面上具有單點(diǎn)形狀的激光器，優(yōu)選焦平面上具有分布式區(qū)域或束形狀的激光束。一種用于此處所描述類型的貴金屬合金的適合激光器的例子是多千瓦、高功率、直接二極管激光器，該激光器在其焦平面具有通常為大致12mmx0.5mm的矩形的激光束。根據(jù)與該激光束尺寸相比較的該預(yù)成型件的尺寸及其它因素，例如貴金屬預(yù)成型件的期望加熱速率、熱傳導(dǎo)率和反射率以及其他影響貴金屬預(yù)成型件的加熱和/或熔化特性的因素，激光器以任何對貴金屬預(yù)成型件46產(chǎn)生期待的加熱或回流效果的方法，相對電極和貴金屬預(yù)成型件固定設(shè)置，或穿過貴金屬表面形成光柵或被掃描。通常優(yōu)選激光束對電極和/或貴金屬預(yù)成型件的表面具有實(shí)質(zhì)上正常的入射角。此外，電極可相對激光束被旋轉(zhuǎn)。作為一種選擇或附加方法，掃描激光束或使激光束形成光柵，電極可相對激光束被掃描或在其上形成光柵。相信如果聚焦的電子束用于回流步驟160，可采用類似在電極/貴金屬預(yù)成型件和激光束之間產(chǎn)生相對移動的技術(shù)。此外，可采用任何其他適合的快速加熱貴金屬預(yù)成型件的方法，例如各種高強(qiáng)度近紅外加熱器，只要其適于回流所使用的合金預(yù)成型件46并可被控制以限制對電極16、18進(jìn)行不需要的加熱。進(jìn)一步優(yōu)選將對貴金屬預(yù)成型件/電極的加熱盡可能地限于該預(yù)成型件，以避免熔化該電極的某些部分?？刹捎靡环N適于將貴金屬預(yù)成型件暴露于外但覆蓋電極，特別適于反射該波長的激光輻射的拋光的金屬遮蔽物。對于上述二極管激光器，優(yōu)選該金屬遮蔽物由拋光的鋁或銅或二者的合金制成。形成回流的貴金屬點(diǎn)火端20、22的步驟180，可采用任何適合的形成點(diǎn)火端的方法，例如沖壓、鍛造或其他已知金屬形成方法和制造、磨削、拋光和其他金屬切削/加工方法。圖10和12舉例說明了通過磨削和拋光在中心電極20上形成點(diǎn)火表面21的步驟180。類似地，圖14舉例說明了通過磨削和拋光接地電極22形成點(diǎn)火表面23的步驟180。應(yīng)用合金預(yù)成型件的步驟140和回流步驟160可重復(fù)，如圖23A-23E所示，結(jié)合方法100，多次重復(fù)地將材料附加于點(diǎn)火端20、22。圖24舉例說明了當(dāng)這些步驟重復(fù)時(shí)，重量一般呈線性增長。附加的材料層可具有相同成分，或者也可具有不同成分以使得穿過其厚度的熱膨脹系數(shù)(CTE)不同，靠近電極的材料層的熱膨脹系數(shù)接近電極的熱膨脹系數(shù)，外部材料層的熱膨脹系數(shù)為點(diǎn)火端20、22點(diǎn)火表面21、23處期望的貴金屬合金預(yù)成型件的熱膨脹系數(shù)。類似地，采用該多層方式在點(diǎn)火端20、22內(nèi)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散式疊層或各種合成結(jié)構(gòu)和類似結(jié)構(gòu)，抑止通過該點(diǎn)火端擴(kuò)散，或者分別提供各種結(jié)構(gòu)或性能特征。參考下列代表性實(shí)施例，可進(jìn)一步理解本發(fā)明。實(shí)施例1關(guān)注于接地電極的涂覆和熔化/回流方法的發(fā)展。實(shí)施例1相關(guān)試驗(yàn)的目的在于，將純銥粉末熔化/回流于通常用作火花塞接地電極棒的材料的末端上。選作典型接地電極材料的金屬材料是Incond合金(836合金)。用作合金預(yù)成型件的貴金屬材料是從AlfaAesar獲得的銥粉末(-325mesh)。該合金預(yù)成型件作為銥粉的含水漿以及聚乙烯醇和水的水溶液，用于電極。聚乙烯醇(PVA)用作將粉末顆粒粘合在一起并附于電極表面的粘合劑。用于回流貴金屬預(yù)成型件的裝置是Nuvonyx制造的4KW二極管激光器。電極設(shè)于固定電極并控制激光能量提供的反光銅遮蔽裝置內(nèi)，使得僅貴金屬預(yù)成型件暴露于激光束下。而后該試驗(yàn)樣品通過光學(xué)顯微鏡方法檢驗(yàn)。形成貴金屬電極端的方法如下1、將少量銥粉末與聚乙烯醇溶液混合，并將該漿狀物的預(yù)成型件沉淀在己秤重的接地電極末端；2、采用紅外對流裝置干燥該漿狀物；3、再秤帶有干燥漿狀物的電極的重量；4、將涂層電極置于銅遮蔽裝置內(nèi)；5、聚焦4KW(100。/。)功率的Nuvonyx二極管激光器，提供激光能量來熔化/回流預(yù)成型件，當(dāng)采用噴嘴噴射30SCFH氬屏蔽氣體時(shí)，掃描速度如下表所列；6、再秤熔化后的銷的重量。表1和2舉例說明了本試驗(yàn)樣品中引入的變量以及試驗(yàn)結(jié)果。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>采用開縫反光銅裝置和掃描激光器將銥回流到Inconel接地電極上。這種裝置采用從電極末端開始向中間移動掃描的方式，能獲得最好的效果。這避免了回流的貴金屬材料的不均勻部分堆積于電極端。熔化后8-30mg銥保留下來，l-7mg銥在回流過程中流失?；谶@些結(jié)果，相信具有預(yù)定遮蔽方式的反光銅遮蔽裝置和補(bǔ)充預(yù)成型件和/或電極(例如凹口)可用于控制回流點(diǎn)火端的形狀。掃描方向和/或方式對避免回流過程中發(fā)生的熔化物再凝固而導(dǎo)致回流貴金屬層不均勻，是很重要的。實(shí)施例2實(shí)施例2關(guān)注于中心電極的涂覆和熔化/回流方法的發(fā)展。實(shí)施例2相關(guān)試驗(yàn)的目的在于，將銥、銠和鎢粉末混合物熔化/回流于通常用作火花塞中心電極的材料的末端上。選作典型中心電極材料的金屬材料是直徑為3.75mm的鎳筒形銷。用作合金預(yù)成型件的粉末成分包括從AlfaAesar獲得的銥粉末(-325mesh)，從AlfaAesar獲得的銠粉末(-325mesh)和從AlfaAesar獲得的鎢粉末(-325mesh)。該合金預(yù)成型件作為這些粉末的含水漿以及含聚乙烯醇的水溶液，用于電極。聚乙烯醇用作將粉末顆粒粘合在一起并附于電極表面的粘合劑。用于回流貴金屬預(yù)成型件的裝置是Nuvonyx制造的4KW二極管激光器。電極設(shè)于固定電極并控制激光能量提供的可旋轉(zhuǎn)銅遮蔽裝置內(nèi)，使得僅貴金屬預(yù)成型件暴露于激光束下。采用直流電動機(jī)控制該遮蔽裝置和電極的旋轉(zhuǎn)。而后該試驗(yàn)樣品通過光學(xué)顯微鏡方法檢驗(yàn)。形成貴金屬電極端的方法如下I、準(zhǔn)備和提供漿狀物1、秤量接收的鎳電極。2、按下列重量將銥、銠和鎢粉末與聚乙烯醇溶液混合鉤O細(xì)g銥0.782g銠0.201g聚乙烯醇溶液0.333g3、將預(yù)成型漿狀物沉淀于各鎳銷的末端。4、在實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，而后于80'C的對流爐中放置大約1小時(shí)。5、秤量末端有干燥漿狀物的銷。II、回流干燥的漿狀物預(yù)成型件1、在旋轉(zhuǎn)銅裝置(電動機(jī)電壓為17.9V,電流為0.1A，轉(zhuǎn)速為大約600rpm)中，用持續(xù)時(shí)間為1秒的激光脈沖，熔化/回流已涂覆的電極。所有激光器聚焦，射出30SCFH噴嘴噴射氬屏蔽氣體，激光功率為4KW2、每次熔化后再拋光銅遮蔽表面。3、秤量各熔化的電極，并將結(jié)果記錄如表3所示。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>電極1、8和18是電極中熔化后附上最多漿狀物、保留最少材料的電極。因此，可以看出采用的材料的數(shù)量和/或預(yù)成型件的尺寸可根據(jù)應(yīng)用控制為最佳值。對于所采用的試驗(yàn)電極/預(yù)成型件結(jié)構(gòu)，平均起來，回流處理后，保留的大約20mg銥/銠/鉤熔化。電極5和9-17是十個(gè)最相符的樣品(最接近平均值)。根據(jù)這些結(jié)果，確信太多漿狀物導(dǎo)致材料從熔化物中噴射出，因此應(yīng)根據(jù)應(yīng)用，選擇最佳尺寸/數(shù)量的材料用于預(yù)成型件，以使回流過程中的貴金屬流失降到最低。用于該試驗(yàn)的電極結(jié)構(gòu)，在激光回流前3.75mm電極端上大約35mg的干燥漿化物達(dá)到最佳量。由于殘留漿化物被用于涂覆這些樣品，故電極19和20不代表其余電極。即使在每次涂覆操作之間進(jìn)行有規(guī)律地?cái)嚢?，由于其他電極涂覆過程中聚乙烯醇水溶液的蒸發(fā)以及金屬粉末的沉淀，漿狀物將更加粘稠。圖15舉例說明了該實(shí)施例的效果。實(shí)施例3實(shí)施例3關(guān)注于中心電極的涂覆和熔化/回流方法的發(fā)展。實(shí)施例3相關(guān)試驗(yàn)的目的在于，將銥、銠和鎢粉末混合物熔化/回流于通常用作火花塞中心電極的材料的末端上，不導(dǎo)致雜質(zhì)或缺陷。選作典型中心電極材料的金屬材料是直徑為3.75mm的純鎳筒形銷。用作合金預(yù)成型件的粉末成分包括從AlfaAesar獲得的銥粉末(-325mesh)，從AlfaAesar獲得的銠粉末(-325mesh)和從AlfaAesar獲得的鎢粉末(-325mesh)。該合金預(yù)成型件作為這些粉末的含水漿以及含聚乙烯醇的水溶液，用于電極。聚乙烯醇用作將粉末顆粒粘合在一起并附于電極表面的粘合劑。用于回流貴金屬預(yù)成型件的裝置是Nuvonyx制造的4KW二極管激光器。電極設(shè)于固定電極并控制激光能量提供的可旋轉(zhuǎn)銅遮蔽裝置內(nèi)，使得僅貴金屬預(yù)成型件暴露于激光束下。采用直流電動機(jī)控制該遮蔽裝置和電極的旋轉(zhuǎn)。而后該試驗(yàn)樣品通過光學(xué)顯微鏡方法檢驗(yàn)。形成貴金屬電極端的方法如下I、準(zhǔn)備和提供漿狀物1、按下列重量將銥、銠和鎢粉末與聚乙烯醇溶液混合鴇0.019g銥0.778g銠0,199g聚乙烯醇溶液.0.319g2、將預(yù)成型漿狀物沉淀于各鎳銷的末端。3、在實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，而后于8(TC的對流爐中放置大約1小時(shí)。II、熔化干燥的漿狀物1、用不同持續(xù)時(shí)間(0.5s,0.6s,0.7s,0.8s和l.Os)的激光脈沖在旋轉(zhuǎn)銅裝置(電動機(jī)電壓為17.9V，電流為0.1A，轉(zhuǎn)速為大約600rpm)中回流已涂覆的電極。2、所有激光器聚焦，射出30SCFH噴嘴發(fā)送氬屏蔽氣體，激光功率為4KW。3、每次熔化后再拋光銅遮蔽表面。III、切斷(section)并拋光用于光學(xué)顯微鏡方法的樣品?？蓮膱D16A-E看出，對于所選擇的電極/貴金屬預(yù)成型件/激光粉末/等等的組合，用0.5s-0.8s的激光束產(chǎn)生的熔化電極中存在雜質(zhì)。較久的激光束(也就是更多的激光能量)改善了熔融均勻性。被照射ls的電極上沒有雜質(zhì)。因此，確信較久的激光束(也就是大量的激光能量)增強(qiáng)了熔融混合和均勻性。激光束小于0.8s則不能提供足夠的能量以充分熔化并將銥/銠/鎢與鎳底層混合，因此，對于電極/貴金屬預(yù)成型件/激光能量的給定組合，存在必須提供的最小能量以充分熔化該預(yù)成型件并獲得電極上的均勻點(diǎn)火端。優(yōu)選將所選材料的化合物在激光下暴露至少ls。因此，暴露ls的樣本在激光束下旋轉(zhuǎn)大約10周。實(shí)施例4'實(shí)施例4關(guān)注于中心電極的涂覆和熔化/回流方法的發(fā)展。實(shí)施例4相關(guān)試驗(yàn)的目的在于，將銥、銠和鎢粉末混合物熔化/回流于典型地應(yīng)用于汽車和工業(yè)火花塞的中心電極的材料的末端上。選作典型工業(yè)中心電極材料的金屬材料是直徑為3.75mm的鎳筒形銷。其他汽車電極的直徑也變?yōu)?.030英寸和0.060英寸。用作合金預(yù)成型件的粉末成分包括從AlfaAesar獲得的銥粉末(-325mesh)，從AlfaAesar獲得的銠粉末(-325mesh)和從AlfaAesar獲得的鎢粉末(-325mesh)。該合金預(yù)成型件作為這些粉末的含水漿以及含聚乙烯醇的水溶液，用于電極。聚乙烯醇用作將粉末顆粒粘合在一起并附于電極表面的粘合劑。用于回流貴金屬預(yù)成型件的裝置是Niwonyx制造的4KW二極管激光器。電極設(shè)于用于固定電極并控制激光能量提供的可旋轉(zhuǎn)銅/鋁遮蔽裝置內(nèi)，使得僅貴金屬預(yù)成型件暴露于激光束下。采用直流電動機(jī)控制該遮蔽裝置和電極的旋轉(zhuǎn)。而后該試驗(yàn)樣品通過光學(xué)顯微鏡方法檢驗(yàn)。形成貴金屬電極端的方法如下I、準(zhǔn)備和提供漿狀物1、按下列重量將銥、銠和鎢粉末與聚乙烯醇溶液混合鴇0.019g銥0.778g銠0.199g聚乙烯醇溶液.0.319g2、將預(yù)成型漿狀物沉淀于各鎳銷的末端。3、在實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，而后于8(TC的對流爐中放置大約1小時(shí)。n、秤各部分的重量1、在應(yīng)用漿狀物之前、在漿狀物干燥之后以及熔化之后秤工業(yè)電極的重量。2、計(jì)算由于涂覆和熔化導(dǎo)致的平均重量增加和減少。III、熔化干燥的漿狀物1、分別用300ms和500ms的單脈沖在固定裝置中熔化0.030"和0.060"電極。2、用700ms激光在旋轉(zhuǎn)銅裝置(電動機(jī)電壓為17.9V,電流為0.1A)中熔化3.75mm工業(yè)電極。3、所有激光器聚焦，射出30SCFH噴嘴噴射氬屏蔽氣體，激光功率為4KW。4、每次熔化后再拋光銅遮蔽表面。IV、在采用光學(xué)和電子顯微鏡之前切斷(section)并拋光所選擇的樣品。一些0.030英寸的電極不能成功熔化，材料被熔化吋從電極端噴射出。然而，確信該方法可適用于該尺寸的電極，并僅需調(diào)整處理?xiàng)l件以獲得滿意的效果。0.060"和3.75mm電極充分熔化。銥、銠和鎢分布于整個(gè)熔化區(qū)域，但一些情況下雜質(zhì)仍存在。很明顯各種形狀(也就是半球狀)都是可能的，這部分是因?yàn)榕c熔化物相關(guān)的表面張力作用。然而雜質(zhì)中存在氣孔，相信可通過調(diào)整處理?xiàng)l件和起始材料，將預(yù)成型件充分熔化，獲得沒有雜質(zhì)的點(diǎn)火端。熔渣薄層存在于熔化表面區(qū)域上，該熔渣包含鈦，而鈦是預(yù)成型件粉末中的污染物或是由其他來源的污染物帶來的。平均起來，3.75mm電極上的漿狀物沉淀為37mg?；亓?熔化該粉狀預(yù)成型件時(shí)大約8mg材料流失。大約30mg的熔化材料保留在3.75mm的電極上?；谶@些結(jié)果，相信需要調(diào)節(jié)處理?xiàng)l件或起始材料以再生地將銥/銠/鎢回流在0.030"電極上。在某些情況下，除去涂覆材料，底層是很難被熔化的。相信改變激光脈沖長度和離焦點(diǎn)的距離足以獲得貴金屬預(yù)成型件和電極的完全回流和熔化。激光參數(shù)可被調(diào)整得更為精確，以將銥/銠/鎢回流/熔化在3.75mm和0.060mm電極上，從而進(jìn)行均勻的熔化混合，消除夾雜物/毛孔。此外，這將獲得適當(dāng)?shù)拿}沖持續(xù)時(shí)間與離焦點(diǎn)的距離之間的平衡。熔渣中的鈦是可通過更徹底的處理控制來消除的污染物。實(shí)施例5實(shí)施例5關(guān)注于中心電極的涂覆和烙化/回流方法的發(fā)展。實(shí)施例5相關(guān)試驗(yàn)的目的在于，將銥粉末熔化/回流于典型地應(yīng)用作汽車火花塞的中心電極的材料的末端上。這些鎳電極的末端直徑變?yōu)?.030英寸和0.060英寸。用作貴金屬預(yù)成型件的粉末要素包括從AlfaAesar獲得的銥粉末(-325mesh)。該貴金屬預(yù)成型件作為該粉末的含水漿以及含聚乙烯醇的水溶液，用于電極。聚乙烯醇用作將粉末顆粒粘合在一起并附于電極表面的粘合劑。用于回流貴金屬預(yù)成型件的裝置是Nuvonyx制造的4KW二極管激光器。電極設(shè)于用于固定電極并控制激光能量提供的固定銅/鋁遮蔽裝置內(nèi)，使得僅貴金屬預(yù)成型件暴露于激光束下。而后該試驗(yàn)樣品通過光學(xué)顯微鏡方法檢驗(yàn)。形成貴金屬電極端的方法如下K將少量銥粉末與聚乙烯醇溶液混合，將預(yù)成型漿狀物沉淀于一鎳銷的末端。2、采用紅外加熱傳統(tǒng)裝置干燥漿狀物。3、將該銷安裝進(jìn)鋁/銅遮蔽裝置，注意這些裝置對于兩種電極直徑是類似的——僅該銅裝置中孔的尺寸不同。4、在下列條件下用Nuvonyx二極管激光器回流/熔化4kW(100%)功率，聚焦和固定于電極端之上，30SCFH氬屏蔽氣體，噴嘴噴射0.030"末端直徑，300ms激光射出0.060"末端直徑，500ms激光射出5、切斷、安裝、拋光并蝕刻以顯示熔化區(qū)域結(jié)構(gòu)。參考圖17A-17E，鋁/銅裝置將熔化區(qū)域限制到電極的末端，而不破壞電極經(jīng)過加工的端部。具有激光束固定物的單激光射出在0.030"和0.060"鎳電極上形成均勻半球狀銥熔化端。銥與鎳底層熔合，沒有裂紋和缺陷?；谶@些結(jié)果，確信激光將銥粉末/漿狀物熔化于汽車鎳電極上，會帶來成本有效的、冶金粘合的、無裂縫的火花塞表面。通過在烤箱(也就是，在8(TC下干燥2小時(shí))中徹底干燥漿狀物涂層棒，可減小或消除毛孔。由于激光束范圍是離焦距5mm處大約14mmx2mm，因此在單激光照射下可熔化三或四部分。在幾秒內(nèi)可容易地處理一些部分。當(dāng)貴金屬端和電極之間的粘合可靠，測試熔化端與底層之間的粘附力，以確保該粘合足以保證點(diǎn)火端能夠經(jīng)受電機(jī)的使用。實(shí)施例6實(shí)施例6關(guān)注于中心電極的涂覆和熔化/回流方法的發(fā)展。實(shí)施例6相關(guān)試驗(yàn)的目的在于，將銥粉末熔化/回流于典型地應(yīng)用作工業(yè)火花塞的中心電極的材料的末端上。選作典型中心電極材料的金屬材料是直徑為2.5mm的鎳筒形銷。用作貴金屬預(yù)成型件的粉末成分包括從AlfaAesar獲得的銥粉末(-325mesh)。該貴金屬預(yù)成型件作為該粉末的含水漿以及含聚乙烯醇的水溶液，用于電極。聚乙烯醇用作將粉末顆粒粘合在一起并附于電極表面的粘合劑。用于回流貴金屬預(yù)成型件的裝置是Nuvonyx制造的4KW二極管激光器。電極設(shè)于用于固定電極并控制激光能量提供的固定拋光鋁片遮蔽裝置或旋轉(zhuǎn)銅遮蔽裝置內(nèi)，使得僅貴金屬預(yù)成型件暴露于激光束下。而后這些試驗(yàn)樣品通過光學(xué)顯微鏡方法檢驗(yàn)。形成貴金屬電極端的方法如下1、將少量銥粉末與聚乙烯醇溶液混合，將預(yù)成型漿狀物沉淀于一鎳銷的末端。2、采用紅外加熱傳統(tǒng)裝置干燥漿狀物。3、將該銷安裝進(jìn)拋光鋁片遮蔽裝置。4、在下列條件下用Nuvonyx二極管激光器激光熔化樣品14kW聚焦lm/min氬屏蔽氣體固定鋁遮蔽裝置樣品24kW聚焦0.5m7min氬屏蔽氣體固定鋁遮蔽裝置樣品34kW離焦距5mm單射出0.75s氬屏蔽氣體旋轉(zhuǎn)銅遮蔽裝置樣品44kW離焦距5mm單射出0.5s氬屏蔽氣體旋轉(zhuǎn)銅遮蔽裝置5、如果需要，碾磨并拋光，見圖18C。如圖18A-19B所示，銥粉末熔化并與鎳底層熔合，以形成熔合鎳且含銥豐富的表面。激光束掃描干燥銥漿狀物，產(chǎn)生不均勻的熔化池和不均勻的熔合表面。具有固定光束(beamstationary)的單激光射出和旋轉(zhuǎn)部分在鎳上形成均勻半球狀銥熔化端。仍然存在一些毛孔，但大部分熔合表面是無孔的。沒有看到裂縫?；谶@些結(jié)果，確信激光將銥粉末/槳狀物熔化于鎳銷上，會帶來成本效益(costeffective)、冶金粘合的、無裂縫的火花塞電極表面。更確信通過在烤箱(也就是，在8(TC下干燥2小時(shí))中徹底干燥漿狀物涂層棒，可減小或消除毛孔。拋光鋁是種良好的遮蔽裝置材料，然而因拋光銅的反光性更好(RAl=0.71,RCu=0.90)，故拋光銅是更好的遮蔽裝置材料。實(shí)施例7實(shí)施例7集中于中心電極的涂覆和熔化/回流方法的發(fā)展。實(shí)施例7相關(guān)試驗(yàn)的目的在于，將鉑粉末熔化/回流于典型地應(yīng)用作汽車和工業(yè)火花塞的中心電極的材料的末端上。選作典型中心電極材料的金屬材料是直徑為2.5mm和3.75mm的鎳筒形銷。用作貴金屬預(yù)成型件的粉末成分包括從AlfaAesar獲得的鉑粉末(-325mesh)。該貴金屬預(yù)成型件作為該粉末的含水漿以及含聚乙烯醇的水溶液，用于電極。聚乙烯醇用作將粉末顆粒粘合在一起并附于電極表面的粘合劑。用于回流貴金屬預(yù)成型件的裝置是Nuvonyx制造的4KW二極管激光器。電極設(shè)于用于固定電極并控制激光能量提供的固定拋光銅遮蔽裝置內(nèi)，使得僅貴金屬預(yù)成型件暴露于激光束下。而后這些試驗(yàn)樣品通過光學(xué)顯微鏡方法檢驗(yàn)。形成貴金屬電極端的方法如下1、將少量鉑粉末與聚乙烯醇溶液混合，將一滴漿狀物沉淀于一鎳銷的末端。2、采用紅外加熱傳統(tǒng)裝置干燥漿狀物。3、將該銷安裝在旋轉(zhuǎn)臺上的卡盤內(nèi)。如果需要，將銅遮蔽裝置安裝在該銷的末端。4、根據(jù)下列條件用Niivonyx二極管激光器激光熔化表4<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>參照圖20A-E，用銅遮蔽物防止熔化區(qū)域延伸到電極側(cè)壁上。設(shè)置激光距焦點(diǎn)10mm，以減少2.5mm電極上熔化區(qū)域的深度。在3.75mm電極上離焦點(diǎn)10mm處用0.5s和1.0s的激光射出，未發(fā)生熔化混合。在3.75mm電極上焦點(diǎn)+5mm和焦點(diǎn)+7mm處可觀察到熔化區(qū)域，但非熔化區(qū)域也存在于二者的末端。離焦點(diǎn)的距離越遠(yuǎn)，3.75mm電極上熔化區(qū)域就越大，但在離焦點(diǎn)10mm處沒有與底層的熔合?；谶@些結(jié)果，確信較好的干燥(在烤箱中8(TC下干燥2小時(shí))可減少缺陷、浸漬和毛孔。小尺寸電極(2.5mm或更小的)可用單激光射出熔化。較大尺寸電極(3.75mm或更大的)需要旋轉(zhuǎn)電極和/或遮蔽裝置來熔化整個(gè)端表面。增加離焦點(diǎn)的距離產(chǎn)生較大的熔化區(qū)域，但在離焦點(diǎn)10mm處發(fā)光(W/cm2)太弱則不能將涂層與底層熔合。離焦點(diǎn)的距離和射出時(shí)間(較大電極的掃描速度)作用下，熔化深度、混合范圍和多孔性是用于控制回流過程的重要參數(shù)，以在點(diǎn)火端生成足夠稠密的貴金屬涂層。確信這些結(jié)果也可用于其他貴金屬粉末，包括銥、銠、鈀、鋨、金和銀，鉑用于保存其他更昂貴的金屬粉末。實(shí)施例8實(shí)施例8關(guān)注于中心電極的涂覆和熔化/回流方法的發(fā)展。實(shí)施例8相關(guān)試驗(yàn)的目的在于，將鉑或銥粉末熔化/回流于典型地應(yīng)用作工業(yè)火花塞的中心電極的材料的末端上。選作典型中心電極材料的金屬材料是直徑為3.75mm的鎳筒形銷。用作貴金屬預(yù)成型件的粉末要素包括鉑粉末(-325mesh)或銥粉末(-325mesh)的混合物，二者均是從AlfaAesar獲得的。該貴金屬預(yù)成型件作為該粉末的含水漿以及含聚乙烯醇的水溶液，用于電極。聚乙烯醇用作將粉末顆粒粘合在一起并附于電極表面的粘合劑。用于回流貴金屬預(yù)成型件的裝置是Nuvonyx制造的4KW二極管激光器。電極設(shè)于用于固定電極并控制激光能量提供的旋轉(zhuǎn)拋光銅遮蔽裝置內(nèi)，使得僅貴金屬預(yù)成型件暴露于激光束下。而后這些試驗(yàn)樣品通過光學(xué)顯微鏡方法檢驗(yàn)。形成貴金屬電極端的方法如下1、將少量鉑或銥粉末與聚乙烯醇溶液混合，將一小圓塊漿狀物沉淀于一鎳銷的末端。2、采用吹風(fēng)器干燥漿狀物。3、將該銷安裝在該銅遮蔽裝置中，如果需要，設(shè)置直流電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。4、根據(jù)表5中所示條件，用Niwonyx二極管激光器激光熔化。所有激光處理在4kW功率、噴嘴噴射的30SCFH氬屏蔽氣體下進(jìn)行。末端鉆孔的樣品具有錐形槽，可以更好地接受貴金屬漿狀物。9V/0.08A相應(yīng)5轉(zhuǎn)/秒。5、制造所選樣品的拋光切片并用3%硝酸酒精溶液(nital)蝕刻以顯露熔化區(qū)域的結(jié)構(gòu)。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>表6通過涂覆和熔合增加的鉑的重量<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>注釋樣本l從熔化物噴射出重量為0.033g的球狀鉑表7通過涂覆和熔合增加的銥的重量<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>注釋應(yīng)用漿狀物之前、之后以及熔化之后秤量樣本，以確定材料流失和熔化沉淀的重量用激光束在漿狀物涂層電極上掃描產(chǎn)生不均勻熔合表面。在固定激光束下旋轉(zhuǎn)該部分產(chǎn)生較掃描更均勻的熔化區(qū)域。旋轉(zhuǎn)時(shí)從鉑熔化物噴射出材料。10mg鉑涂層熔合于平面末端電極，類似圖21A所示。參考圖21B，17mg鉑涂層熔合于具有鉆孔端的銷上，該鉆孔端被掏孔以接受漿狀物。被熔化時(shí)，旋轉(zhuǎn)電極上保留了多達(dá)53mg的銥。兩個(gè)激光射出不能改善熔合的微觀結(jié)構(gòu)。基于這些結(jié)果，確信需要旋轉(zhuǎn)以在3.75mm漿狀涂覆電極上獲得均勻熔化區(qū)域。激光束在固定電極表面上的線性掃描不應(yīng)用作熔化方法。徹底千燥(也就是在烤箱中8(TC下干燥2小時(shí))可減少缺陷、浸漬和毛孔。因此，很明顯，根據(jù)本發(fā)明提供了一種點(diǎn)火裝置及其制造方法，可達(dá)到本發(fā)明的目的，獲得指定的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然可以理解，以上描述的只是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明并不限于上述特定實(shí)施例。很顯然，本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員可對本發(fā)明作各種改變和修改。所有這樣的改變和修改均涵蓋于本發(fā)明的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置，包括殼體；絕緣體，安裝于所述殼體內(nèi)，并具有一軸向端，該軸向端從位于所述殼體內(nèi)的開口處凸出；中心電極，設(shè)于所述絕緣體內(nèi)并從所述絕緣體延伸出，穿過所述軸向端，該中心電極具有一點(diǎn)火末端；接地電極，設(shè)于所述殼體上并止于一點(diǎn)火末端，該點(diǎn)火末端相對所述中心電極的點(diǎn)火末端設(shè)置，使得所述兩個(gè)點(diǎn)火末端之間形成火花間隙；以及第一點(diǎn)火端，由第一回流貴金屬預(yù)成型件形成，該第一回流貴金屬預(yù)成型件冶金粘合于所述中心電極和所述接地電極中之一的點(diǎn)火末端。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述預(yù)成型件是粉末預(yù)成型件。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述貴金屬從銥、鉬、鈀、銠、金、銀和鋨以及其合金中選擇。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述貴金屬還包括鎢、釔、鑭、釕和鋯中的一種金屬，作為合金添加劑。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，進(jìn)一步包括第二點(diǎn)火端，該第二點(diǎn)火端由第二回流貴金屬預(yù)成型件形成，該第二回流貴金屬預(yù)成型件冶金粘合于所述中心電極和所述接地電極中所述第一點(diǎn)火端未粘合的電極。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述預(yù)成型件是粉末預(yù)成型件。7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述貴金屬從銥、鉑、鈀、銠、金、銀和鋨以及其合金中選擇。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述貴金屬還包括鎢、釔、鑭、釕和鋯中的一種金屬，作為合金添加劑。9、根據(jù)權(quán)利要求5所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述點(diǎn)火端由相同貴金屬制成。10、一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置，包括殼體；絕緣體，安裝于所述殼體內(nèi)并具有一軸向端，該軸向端從位于所述殼體內(nèi)的開口處凸出；中心電極，設(shè)于所述絕緣體內(nèi)并穿過所述軸向端從所述絕緣體延伸出，該中心電極具有一點(diǎn)火末端接地電極，設(shè)于所述殼體上并止于一點(diǎn)火末端，該點(diǎn)火末端相對所述中心電極的點(diǎn)火末端設(shè)置，使得所述兩個(gè)點(diǎn)火末端之間形成火花間隙；以及第一點(diǎn)火端，由第一回流貴金屬預(yù)成型件形成，該第一回流貴金屬預(yù)成型件冶金粘合于所述中心電極和所述接地電極中之一的點(diǎn)火末端設(shè)置的槽內(nèi)。11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述預(yù)成型件是粉末預(yù)成型件。12、根據(jù)權(quán)利要求10所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述貴金屬從銥、鉬、鈀、銠、金、銀和鋨以及其合金中選擇。13、根據(jù)權(quán)利要求12所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述貴金屬還包括鎢、釔、鑭、釕、鉿和鋯中的一種金屬，作為合金添加劑。14、根據(jù)權(quán)利要求10所述的點(diǎn)火裝置，進(jìn)一步包括第二點(diǎn)火端，該第二點(diǎn)火端由第二回流貴金屬預(yù)成型件形成，該第二回流貴金屬預(yù)成型件冶金粘合于所述中心電極和所述接地電極中所述第一點(diǎn)火端未粘合的電極。15、根據(jù)權(quán)利要求14所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述預(yù)成型件是粉末預(yù)成型件。16、根據(jù)權(quán)利要求14所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述貴金屬從銥、鉑、鈀、銠、金、銀和鋨以及其合金中選擇。17、根據(jù)權(quán)利要求16所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述貴金屬還包括鎢、釔、鑭、釕和鋯中的一種金屬，作為合金添加劑。18、根據(jù)權(quán)利要求15所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述點(diǎn)火端由相同貴金屬制成。19、根據(jù)權(quán)利要求14所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述第二點(diǎn)火端粘合在設(shè)于其點(diǎn)火末端的第二槽內(nèi)。20、根據(jù)權(quán)利要求19所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述預(yù)成型件是粉末預(yù)成型件。21、根據(jù)權(quán)利要求19所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述貴金屬從銥、柏、鈀、銠、金、銀和鋨以及其合金中選擇。22、根據(jù)權(quán)利要求21所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于，所述貴金屬還包括鎢、釔、鑭、釕和鋯中的一種金屬，作為合金添加劑。23、一種制造用于點(diǎn)火裝置、具有點(diǎn)火端的金屬電極的方法，包括下列步驟形成具有點(diǎn)火端部分的金屬電極；將貴金屬預(yù)成型件應(yīng)用于所述點(diǎn)火端部分；以及回流貴金屬預(yù)成型件，以形成貴金屬點(diǎn)火端。24、根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，形成具有點(diǎn)火端部分的電極的步驟，進(jìn)一步包括在所述電極的所述點(diǎn)火端部分形成槽的步驟。25、根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，將貴金屬預(yù)成型件應(yīng)用于所述點(diǎn)火端部分的步驟，進(jìn)一步包括將貴金屬預(yù)成型件置于形成于所述點(diǎn)火端部分的所述槽內(nèi)。26、根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述貴金屬預(yù)成型件包括貴金屬粉末。27、根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述貴金屬粉末以糊狀物或漿狀物形式應(yīng)用，該糊狀物或漿狀物包括粘合介質(zhì)、液態(tài)載體、抗菌劑(anti-microbialagent)禾卩抗真菌齊lj(anti-fungalagent)中的至少一禾中。28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述粘合介質(zhì)是有機(jī)化29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)化合物是聚乙30.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述貴金屬從銥、鉬、金、銀和鋨以及其合金中選擇。31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述貴金屬還包括鉤、釕和鋯中的一種金屬，作為合金添加劑。32、根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，利用從激光束獲得的能量實(shí)現(xiàn)回流。33、根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述激光束是聚焦的，并具有預(yù)定的焦平面，且所述焦平面上的激光束具有預(yù)定束形狀和聚焦面積。34、根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述激光束在所述貴金屬預(yù)成型件表面之上掃描。35、根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述激光束在所述貴金屬預(yù)成型件表面之上是固定的。36、根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，進(jìn)一步包括用遮蔽裝置覆蓋所述電極，該遮蔽裝置適于反射所述激光束并具有適于將至少部分貴金屬預(yù)成型件暴露于所述激光束下的開口。37、根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述遮蔽裝置包含鋁。38、根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述遮蔽裝置包含銅。39、根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述回流在空氣中執(zhí)行。40、根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述回流在惰性氣體中執(zhí)行。41、根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述回流利用從電子束獲得的能量執(zhí)行。42、根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述電子束是聚焦的，并具有預(yù)定的焦平面，且所述焦平面上的電子束具有預(yù)定束形狀和聚焦面積。43、根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，所述電子束對于所述貴金屬預(yù)成型件的表面掃描。44、根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，所述電子束對于所述貴金屬預(yù)成型件的表面是固定的。45、根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一歩包括預(yù)成型件回流后形成點(diǎn)火端的步驟。全文摘要一種具有接地和中心電極的火花塞，包括通過貴金屬預(yù)成型件回流，由貴金屬或貴金屬合金形成的點(diǎn)火端。本發(fā)明還包括制造用于點(diǎn)火裝置、具有點(diǎn)火端的金屬電極的方法，該方法包括形成具有點(diǎn)火端部分的金屬電極；將貴金屬預(yù)成型件應(yīng)用于所述點(diǎn)火端部分；以及回流所述貴金屬預(yù)成型件，以形成貴金屬點(diǎn)火端。文檔編號H01T1/22GK101218721SQ200580033513公開日2008年7月9日申請日期2005年8月3日優(yōu)先權(quán)日2004年8月3日發(fā)明者卡林娜·C·阿瓦爾,沃倫·博伊德·萊恩敦,詹姆斯·D·利科斯基申請人:費(fèi)德羅-莫格爾公司