具有回流点火端的点火装置及其制造方法
阅读：892发布：2020-05-11
专利汇可以提供具有回流点火端的点火装置及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种具有接地和中心 电极 的 火花塞 ，包括通过贵金属预成型件回流，由贵金属或贵金属 合金 形成的 点火端 。本 发明 还包括制造用于点火装置、具有点火端的金属电极的方法，该方法包括形成具有点火端部分的金属电极；将贵金属预成型件应用于所述点火端部分；以及回流所述贵金属预成型件，以形成贵金属点火端。，下面是具有回流点火端的点火装置及其制造方法专利的具体信息内容。
1.一种用于内燃机的点火装置，包括：
壳体；
绝缘体，安装于所述壳体内，并具有一轴向端，该轴向端从位于所述壳体内的开口处凸出；
中心电极，设于所述绝缘体内并从所述绝缘体延伸出，穿过所述轴向端，该中心电极具有一点火末端；
接地电极，设于所述壳体上并止于一点火末端，该点火末端相对所述中心电极的点火末端设置，使得所述两个点火末端之间形成火花间隙；以及
第一点火端，由第一回流贵金属粉末预成型件以浆状或糊状形式应用而形成，该第一回流贵金属粉末预成型件冶金粘合于所述中心电极和所述接地电极中之一的点火末端，所述第一点火端具有在所述第一点火端与所述中心电极和所述接地电极中之一的所述点火末端之间的一向所述第一点火端凸出的粘合界面。
2.根据权利要求1所述的点火装置，其特征在于，所述贵金属从铱、铂、钯、铑、金、银和锇以及其合金中选择。
3.根据权利要求2所述的点火装置，其特征在于，所述贵金属粉末预成型件还包括钨、钇、镧、钌和锆中的一种金属，作为合金添加剂。
4.根据权利要求1所述的点火装置，进一步包括第二点火端，该第二点火端由第二回流贵金属预成型件形成，该第二回流贵金属预成型件冶金粘合于所述中心电极和所述接地电极中所述第一点火端未粘合的电极。
5.根据权利要求4所述的点火装置，其特征在于，所述第二回流贵金属预成型件是粉末预成型件。
6.根据权利要求4所述的点火装置，其特征在于，所述第二回流贵金属预成型件的贵金属从铱、铂、钯、铑、金、银和锇以及其合金中选择。
7.根据权利要求6所述的点火装置，其特征在于，所述第二回流贵金属预成型件还包括钨、钇、镧、钌和锆中的一种金属，作为合金添加剂。
8.根据权利要求4所述的点火装置，其特征在于，所述点火端由相同贵金属制成。
9.一种用于内燃机的点火装置，包括：
壳体；
绝缘体，安装于所述壳体内并具有一轴向端，该轴向端从位于所述壳体内的开口处凸出；
中心电极，设于所述绝缘体内并穿过所述轴向端从所述绝缘体延伸出，该中心电极具有一点火末端；
接地电极，设于所述壳体上并止于一点火末端，该点火末端相对所述中心电极的点火末端设置，使得所述两个点火末端之间形成火花间隙；以及
第一点火端，由第一回流贵金属粉末预成型件以浆状或糊状形式应用而形成，该第一回流贵金属粉末预成型件冶金粘合于所述中心电极和所述接地电极中之一的点火末端设置的槽内，所述第一点火端具有在所述第一点火端与所述中心电极和所述接地电极中之一的所述点火末端之间的一向所述第一点火端凸出的粘合界面。
10.根据权利要求9所述的点火装置，其特征在于，所述第一回流贵金属粉末预成型件的贵金属从铱、铂、钯、铑、金、银和锇以及其合金中选择。
11.根据权利要求10所述的点火装置，其特征在于，所述第一回流贵金属粉末预成型件还包括钨、钇、镧、钌、铪和锆中的一种金属，作为合金添加剂。
12.根据权利要求9所述的点火装置，进一步包括第二点火端，该第二点火端由第二回流贵金属预成型件形成，该第二回流贵金属预成型件冶金粘合于所述中心电极和所述接地电极中所述第一点火端未粘合的电极。
13.根据权利要求12所述的点火装置，其特征在于，所述第二回流贵金属预成型件是粉末预成型件。
14.根据权利要求12所述的点火装置，其特征在于，所述第二回流贵金属预成型件的贵金属从铱、铂、钯、铑、金、银和锇以及其合金中选择。
15.根据权利要求14所述的点火装置，其特征在于，所述第二回流贵金属预成型件还包括钨、钇、镧、钌和锆中的一种金属，作为合金添加剂。
16.根据权利要求13所述的点火装置，其特征在于，所述点火端由相同贵金属制成。
17.根据权利要求12所述的点火装置，其特征在于，所述第二点火端粘合在设于所述中心电极和所述接地电极中所述第一点火端未粘合的电极的点火末端的第二槽内。
18.根据权利要求17所述的点火装置，其特征在于，所述第二回流贵金属预成型件是粉末预成型件。
19.根据权利要求17所述的点火装置，其特征在于，所述第一回流贵金属预成型件和第二回流贵金属预成型件中的至少一个的贵金属从铱、铂、钯、铑、金、银和锇以及其合金中选择。
20.根据权利要求19所述的点火装置，其特征在于，所述第一回流贵金属预成型件和第二回流贵金属预成型件中的至少一个还包括钨、钇、镧、钌和锆中的一种金属，作为合金添加剂。
21.一种制造用于点火装置、具有点火端的金属电极的方法，包括下列步骤：
形成具有点火端部分的金属电极；
将贵金属粉末预成型件以浆状或糊状形式应用于所述点火端部分；以及
回流贵金属粉末预成型件，以形成贵金属点火端，所述贵金属点火端具有在所述贵金属点火端与所述点火端部分之间的一向所述贵金属点火端凸出的粘合界面。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，形成具有点火端部分的电极的步骤，进一步包括在所述电极的所述点火端部分形成槽的步骤。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，将贵金属粉末预成型件应用于所述点火端部分的步骤，进一步包括将贵金属粉末预成型件置于形成于所述点火端部分的所述槽内。
24.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述糊状或浆状形式的贵金属粉末预成型件包括粘合介质和液态载体中的至少一种。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述粘合介质是有机化合物。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述有机化合物是聚乙烯醇。
27.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述贵金属从铱、铂、钯、铑、金、银和锇以及其合金中选择。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述贵金属粉末预成型件还包括钨、钇、镧、钌和锆中的一种金属，作为合金添加剂。
29.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，利用从激光束获得的能量实现回流。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述激光束是聚焦的，并具有预定的焦平面，且所述焦平面上的激光束具有预定束形状和聚焦面积。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述激光束在所述贵金属粉末预成型件表面之上扫描。
32.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述激光束在所述贵金属粉末预成型件表面之上是固定的，所述金属电极相对所述激光束旋转。
33.根据权利要求29所述的方法，进一步包括：用遮蔽装置覆盖所述电极，该遮蔽装置适于反射所述激光束并具有适于将至少部分贵金属预成型件暴露于所述激光束下的开口。
34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述遮蔽装置包含铝。
35.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述遮蔽装置包含铜。
36.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述回流在空气中执行。
37.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述回流在惰性气体中执行。
38.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述回流利用从电子束获得的能量执行。
39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于，所述电子束是聚焦的，并具有预定的焦平面，且所述焦平面上的电子束具有预定束形状和聚焦面积。
40.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述电子束对于所述贵金属粉末预成型件的表面扫描。
41.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述电子束对于所述贵金属粉末预成型件的表面是固定的，所述金属电极相对所述电子束旋转。
42.根据权利要求21所述的方法，进一步包括预成型件回流后形成点火端的步骤。
具有回流点火端的点火装置及其制造方法
[0001] 相关申请参考
[0003] 发明领域
背景技术
[0005] 在火花塞领域中，一直希望能提高抗腐蚀性以及降低火花塞中心和接地电极或者多电极设计情况下多个接地电极的火花电压。为达到这一目的，建议各种设计采用贵金属电极，或者更为普遍的是，在标准金属电极上应用贵金属点火端。具有代表性地，该点火端形成焊点或铆钉或焊线，而后焊接在电极末端上。
[0006] 铂合金和铱合金是最常用于这些点火端的贵金属中的两种。例如，Kondoet al.的美国专利第4,540,910号提供了一种由70-90重量百分比的铂和30-10重量百分比的铱制成的中心电极点火端。该专利中提及铂钨合金也曾用于这些点火端。这种铂钨合金在Chang et al.的美国专利第6,045,424号中也有揭露，该专利进一步提供了采用铂铑合金和铂铱钨合金的点火端的结构。
[0007] 除了这些基本贵金属合金外，还建议采用由上述金属与可变数量的不同稀土金属氧化物结合而成的氧化物弥散强化合金。例如Heywood et al.的美国专利第4,081,710号。在这点上，建议采用几种使用钇氧化物(Y2O3)的特殊铂铱基合金。特别地，Moore et al.的美国专利第5,456,624号提供一种由含＜2％钇氧化物的铂合金制成的点火端。Katoh et al.的美国专利第5,990,602号提供一种含有0.01-2％钇氧化物的铂铱合金。
Oshima的美国专利第5,461,275号提供一种含有5-15％钇氧化物的铱合金。过去，合金中包含少量(例如＜2％)的钇氧化物以提高合成的合金的强度和稳定性，而Oshima的专利通过采用体积比分比(by volume)含量＞5％的含铱的钇氧化物，能够降低火花电压。
Oshima的美国专利第5,461,275号提供一种含有5-15％钇氧化物的铱合金。过去，合金中包含少量(例如＜2％)的钇氧化物以提高合成的合金的强度和稳定性，而Oshima的专利通过采用体积比分比(by volume)含量＞5％的含铱的钇氧化物，能够降低火花电压。
[0008] 进一步地，如Lykowski et al.的美国专利第6,412,465B1号所揭露的，已经确定，通过将钇氧化物合成到一种钨铂合金，采用较Oshima的专利中低得多的百分比含量的钇氧化物，能够减少腐蚀，降低打火花电压。Lykowski的专利提供一种具有接地和中心电极的点火装置，其中至少一个电极具有由含铂、钨和钇氧化物的合金制成的点火端。优选地，该合金由91.7％-97.99％铂、2％-8％钨和0.01％-0.3％钇(重量百分比)合成，在一种更为优选的结构中，该合金由95.68％-96.12％铂、3.8％-4.2％钨和0.08％-0.12％钇(重量百分比)合成。点火端可采用焊点、铆钉、焊球、焊线或其他可被焊接至电极上适当位置处的形状。
[0009] 虽然上述及各种其它贵金属系统代表性地提供了令人满意的火花塞性能，特别是关于控制火花塞性能和提供火花腐蚀保护，但当前采用贵金属端的火花塞具有众所周知的、与用于连接该贵金属元件的方法特别是各种形式的焊接方法相关的性能限制。特别地，与火花塞使用相关的运行环境中的循环热应力，例如那些由用于电极端的上述贵金属以及贵金属合金和用于电极的镍、镍合金以及其他众所周知的金属之间的热膨胀系数不匹配而产生的循环热应力，带来破裂、热疲劳和各种其他相互作用现象，导致焊接失败，最终损坏火花塞自身。因此，迫切需要发展设有具改良结构特别是微观结构的贵金属点火端的火花塞，以通过减轻或消除与背景技术装置有关的潜在破坏机理，提高火花塞的性能和可靠性。同时也迫切需要发展制造火花塞的方法，以实现火花塞性能和可靠性的改进。
发明内容
[0010] 本发明提供一种用于内燃机的点火装置，包括壳体；绝缘体，安装于所述壳体内并具有暴露的轴向端，该轴向端位于所述壳体内开口处；中心电极，设于所述绝缘体内并从所述绝缘体延伸出，穿过所述轴向端，该中心电极具有由回流贵金属预成型件形成的点火末端；以及接地电极，设于所述壳体上并止于一点火末端，该点火末端相对所述中心电极的点火端设置，使得所述两个点火末端之间形成火花间隙。
[0012] 所述电极还可包括适于接受贵金属预成型件的槽。
[0013] 本发明还提供一种制造用于点火装置、具有点火端的金属电极的方法，包括下列步骤：形成具有点火端部分的金属电极；将贵金属预成型件应用于所述点火端部分；以及回流贵金属预成型件，以形成贵金属点火端。该方法还可包括在电极中形成适于接受贵金属预成型件的槽。附图说明
[0014] 为了更清楚地说明本发明的特征及优点，以下结合附图对本发明进行详细描述，其中相似参考数字指代相似特征：
[0015] 图1是根据本发明的优选实施例构造的火花塞的局部视图和部分剖视图；
[0016] 图2A是图1中的火花塞的区域2的第一实施例的剖视图；
[0017] 图2B是图1中的火花塞的区域2的第二实施例的剖视图；
[0018] 图3是根据本发明的第二优选实施例构造的火花塞的剖视图；
[0019] 图4是图3中的火花塞的区域4的剖视图；
[0020] 图5A是图3中的火花塞的区域4的区域5的一实施例的剖视图；
[0021] 图5B是图3中的火花塞的区域4的区域5的第二实施例的剖视图；
[0022] 图6是本发明的方法100的图示；
[0023] 图7是本发明的方法的步骤160的一实施例的示意图；
[0024] 图8是本发明的方法的步骤160的第二实施例的示意图；
[0025] 图9是本发明的方法的步骤160的第三实施例的示意图；
[0026] 图10是本发明的具有回流贵金属点火端的电极的金相试样(metallographic section)的光学显微照片；
[0027] 图11A和11B是图10中的金相试样的区域11A和11B的光学显微照片；
[0028] 图12是900℃下退火24小时后在与图10中的电极同样条件下处理的电极的金相试样的光学显微照片；
[0029] 图13A和13B是图12中的金相试样的区域13A和13B的光学显微照片；
[0030] 图14是本发明的接地电极的照片；
[0031] 图15是本发明的多个电极在贵金属预成型件回流前后的重量图表；
[0032] 图16A-16E是本发明的具有点火端的中心电极的金相试样的光学显微照片，该点火端被回流不同时间间隔；
[0033] 图17A是本发明的电极的俯视照片；
[0034] 图17B是图17A中的电极的侧视照片；
[0035] 图17C是本发明的电极的俯视照片；
[0036] 图17D是图17A中的电极的侧视照片；
[0037] 图17E是图17C类型的电极的金相试样的光学显微照片；
[0038] 图18A-B是本发明的两个中心电极在贵金属预成型件回流后的侧视照片，举例说明了扫描束(18A)的效果和电极旋转的单脉冲、固定束(18B)的效果；
[0039] 图18C是本发明的点火端磨削和抛光之后，回流后的中心电极的侧视图；
[0040] 图19A和B分别是图18B和图18C类型的电极的金相试样的光学显微照片；
[0041] 图20A是本发明的电极的侧视照片；
[0042] 图20B是图20A中的电极的俯视照片；
[0043] 图20C是本发明的电极的俯视照片；
[0044] 图20D是图20C中的电极的侧视照片；
[0045] 图20E是图20D中的电极的俯视照片；
[0046] 图21A是本发明的中心电极和点火端的金相试样的光学显微照片，展示了平面末端电极上合金预成型件回流后的电极/点火端界面的最终形状；
[0047] 图21B是本发明的中心电极和点火端的金相试样的光学显微照片，展示了回流前其内形成有截头圆锥槽的电极上的预成型件回流后的电极/点火端界面的最终形状；
[0048] 图22是其上回流有单层铱点火端的镍合金接地电极的光学照片；
[0049] 图23A-23E是接地电极的光学照片，举例说明本发明的方法100以及步骤140和160的重复；以及
[0050] 图24是重复运行本发明的步骤140和160的各种电极的重量图表。
具体实施方式
[0051] 参考图1，展示了火花塞10的工作端。该火花塞10的工作端包括金属壳体12、安装于壳体12内的绝缘体14、中心电极16、接地电极18和一对相对设置于中心电极和接地电极16、18上的点火端20、22。壳体12可由传统方法构造为金属壳，并具有标准螺纹和环状下端26。接地电极18焊接或通过其他方法安装于该下端26上。同样地，火花塞10的所有其它元件(包括那些未图示的元件)可采用已知技术和材料制造，当然除了根据本发明构造的具有点火端20和/或22的接地和/或中心电极16、18，这将在下面做进一步详细描述。
[0052] 众所周知，壳体12的环形端26设有开口28，绝缘体14通过开口28向外凸出。中心电极16通过玻璃密封或利用其他任何适当的技术永久地安装于绝缘体14内。中心电极16可具有任何适合的形状，但通常为具有弧度或锥度的圆柱状，相对点火端的一端即设于绝缘体14内的一端具有较大的直径(如图3所示)。这种特有形状便于设于并密封于绝缘体14内。中心电极16一般穿过露出的轴向端30从绝缘体14延伸出来。中心电极16可由任何火花塞制造领域内众所周知的适合导体制成，该导体如各种镍、镍基合金，也可包括外覆于铜、铜基合金内核上的此类材料。如图所示，接地电极18具传统90度弧形肘的矩形截面形状，该电极一端32机械地电性地与壳体12连接，另一端34相对中心电极16设置。
该自由端34设有接地电极18的点火端，该点火端与中心电极16的相应点火端之间形成火花间隙36。然而，易于理解接地电极18可具有各种形状和尺寸，例如将壳体延伸更远以致通常围绕中心电极16，使得接地电极18通常可从壳体12的下端26直接向中心电极16延伸，以形成火花间隙36。可以理解，点火端20可设于中心电极16的末端或侧壁上，点火端
22可如图所示或设于接地电极18的自由端34，使得火花间隙36可具有许多不同的设置方式和方向。点火端20、22设于这些表面的点火端部分上的电极16、18的点火末端上。
该自由端34设有接地电极18的点火端，该点火端与中心电极16的相应点火端之间形成火花间隙36。然而，易于理解接地电极18可具有各种形状和尺寸，例如将壳体延伸更远以致通常围绕中心电极16，使得接地电极18通常可从壳体12的下端26直接向中心电极16延伸，以形成火花间隙36。可以理解，点火端20可设于中心电极16的末端或侧壁上，点火端
22可如图所示或设于接地电极18的自由端34，使得火花间隙36可具有许多不同的设置方式和方向。点火端20、22设于这些表面的点火端部分上的电极16、18的点火末端上。
[0053] 点火端20、22分别设于其各自所在电极16、18的点火末端，因此可以为发射和接收穿过火花间隙36的电子提供火花表面。根据以上描述，点火端20、22的点火端表面21、23可具有任何适合形状，包括矩形、正方形、三角形、圆形、椭圆形、多边形(正多边形或不规则多边形)或任何其他适合的几何形状。这些点火端以横截面形式展示，以说明在本发明的该实施例中点火端具有回流至其上适当位置的贵金属焊点。如图2A所示，点火端20、
22可分别回流至电极16、18的表面上。或者，如图2B所示，点火端20、22可分别回流进槽
40、42内，该槽40、42分别设于电极16、18的两表面上或设于该两表面之一上。中心或接地电极的回流表面和回流槽的任何结合都是可能的。点火端之一或两个点火端可完全或部分凹设于相关电极上，或可回流至电极的外表面上，而没有任何凹陷。当点火端回流入电极上的槽40、42时，电极上先于点火端回流形成的槽可具任何适合的截面形状，包括矩形、正方形、三角形、圆形或半圆形、椭圆形或半椭圆形、多边形(正多边形或不规则多边形)、弧形(规则弧形或不规则弧形)或任何其他适合的几何形状。槽的侧壁42可垂直于点火端表面，或具有锥度的，向内减缩或向外减缩。而且，侧壁44的轮廓可为直线形或曲线形。同样地，槽40实质上可具有任何三维形状，包括简单的盒状、各种截头圆锥状、锥形、半球状、椭圆状或其他形状。点火端20、22可具相同形状、相同表面面积，或者其可具有不同形状和表面面积。例如，可使点火端22的表面面积较点火端20的表面面积大，以致其在使用过程中可容纳一定数量不对中的电极，而不会消极影响火花塞10的火花传送性能。应当注意，将本发明的点火端仅应用到电极16、18中的一个上也是可能的。然而，众所周知，将贵金属合金作为点火端20、22应用于电极16和18上，是优选的，以提高火花塞10的整体性能，特别是点火末端的抗浸蚀性和抗腐蚀性。除了上下文要求不同外，可以理解，这里提及的点火端20、22可为点火端20、22中的任一或两者。
22可分别回流至电极16、18的表面上。或者，如图2B所示，点火端20、22可分别回流进槽
40、42内，该槽40、42分别设于电极16、18的两表面上或设于该两表面之一上。中心或接地电极的回流表面和回流槽的任何结合都是可能的。点火端之一或两个点火端可完全或部分凹设于相关电极上，或可回流至电极的外表面上，而没有任何凹陷。当点火端回流入电极上的槽40、42时，电极上先于点火端回流形成的槽可具任何适合的截面形状，包括矩形、正方形、三角形、圆形或半圆形、椭圆形或半椭圆形、多边形(正多边形或不规则多边形)、弧形(规则弧形或不规则弧形)或任何其他适合的几何形状。槽的侧壁42可垂直于点火端表面，或具有锥度的，向内减缩或向外减缩。而且，侧壁44的轮廓可为直线形或曲线形。同样地，槽40实质上可具有任何三维形状，包括简单的盒状、各种截头圆锥状、锥形、半球状、椭圆状或其他形状。点火端20、22可具相同形状、相同表面面积，或者其可具有不同形状和表面面积。例如，可使点火端22的表面面积较点火端20的表面面积大，以致其在使用过程中可容纳一定数量不对中的电极，而不会消极影响火花塞10的火花传送性能。应当注意，将本发明的点火端仅应用到电极16、18中的一个上也是可能的。然而，众所周知，将贵金属合金作为点火端20、22应用于电极16和18上，是优选的，以提高火花塞10的整体性能，特别是点火末端的抗浸蚀性和抗腐蚀性。除了上下文要求不同外，可以理解，这里提及的点火端20、22可为点火端20、22中的任一或两者。
[0054] 本发明的回流电极也可采用其他点火装置电极结构，例如图3-5中所示火花塞电极结构。参照图3，多电极火花塞10结构类似于图1、2A和2B所示，其中火花塞10包括具有点火端20的中心电极16和多个具有点火端22的接地电极18。点火端20、22分别设于其各自所在电极16、18的点火末端，使其为发射和接收穿过火花间隙36的电子提供火花表面。这些点火端以横截面形式展示，以说明在该实施例中点火端具有回流至其上适当位置的焊点。点火端20、22可形成于电极的表面上，如图5A所示，或者形成于槽内，如图5B所示。该槽的外部和截面形状可如上所述地变化。
[0055] 依照本发明，各点火端20、22由铂、铱、钯、铑、锇、金和银中的至少一种贵金属制成，并可包括一种以上这些贵金属的结合(例如，各种铂铱合金)。该包含至少一种贵金属的点火端也可包括作为一种合金成分，该合金成分是钨、钇、镧、钌、锆中至少一种金属。而且，可以相信，本发明适于采用所有已知用作火花塞和其他点火装置点火端的贵金属合金，包括Lykowskiet al.的美国专利第6,412,465号(在此作为参考引用)中所描述的合金成分，也如美国专利6,304,022(描述确定分层的合金结构)和6,346,766(说明确定贵金属端和相关压力缓解层的应用)所描述的合金成分，该两篇专利也在此作为参考引用。
[0056] 参照图7-9，点火端20、22的贵金属合金这样制成：提供高强度或能量密度能源58，例如在此所描述的激光或电子束，回流或熔化设于电极16、18点火末端上点火端20、22的想要的位置上的期待的贵金属合金合成物或多种合金合成物的合金预成型件46或多种合金预成型件46。合金预成型件46可包括具有预定形状的合金制成前的固体形式，如薄片、铆钉、帽或类似形式，或者采用不具预定形状的固体形式，例如片、带、线或类似形式。优选地，合金预成型件46也可包括可应用于大量已知形式中的任何形式的各种微粒或粉末预成型件，包括可应用于槽中的造粒树脂(free flowing powder)、压紧或烧结的粉末预成型件、粉浆和各种可挥发成分(volatizable constituents)等等。该粉末可以是给定的贵金属合金合成物制成前的粉末，或者当各种粉末成分被回流时足以产生期待的贵金属合金合成物或微观结构的各种金属粉末的混合物。无论是固体预成型件还是粉末预成型件，均可具有复合结构，例如水平或垂直分层结构，或包括蜂巢、须状或细丝材料以提高抗浸蚀性或抗腐蚀性或者电子发射或其他火花增强特性。可以相信，固体预成型件或粉末预成型件也可以在末端结合各种绝缘、非金属成分或者化合物，包括各种陶瓷材料。能源58的局部应用足以导致合金预成型件至少部分熔化，足以在应用能源58处产生至少一部分熔融池
48。术语“至少部分熔化”目的是具有宽泛的含义。这与应用于各种相关技术领域、具有贵金属合金点火端的电极制造中的各种焊接方法的区别在于，这些焊接方法通常仅在电极的贵金属合金和基底金属(base metal)之间的界面上的热影响区域产生熔化，且用于避免贵金属点火端和电极的普遍熔化。在本发明中，合金预成型件46至少熔化该预成型件的一部分厚度；在很多例子中该合金预成型件46完全地穿过预成型件的厚度熔化。例如，在很多固体预成型件或合金制成前的粉末预成型件的情况下，期望完全熔化合金预成件46，这也将导致接近预成型件的电极表面局部熔化，因为典型的电极是由熔点低于合金预成型件46的镍或镍基合金制成。在确定粉末混和物预成型件不是合金制成前的预成型件的情况下，熔化一种或多种合金成分，而留下一种或多种的其他合金成分不被熔化或者仅部分熔化或溶解在其他合金成分中。这种特性允许再固化合金微观结构50从同族贵金属合金至具有其他贵金属或非贵金属成分的贵金属亚稳定性混合物进行几乎无限制的组合。这也可以通过适当处理合金预成型成分、粒度(在粉末预成型件的情况下)、能量输入控制等因素来实现。本发明的点火端20、22的微观结构与焊接的点火端的微观结构是有区别的。因为局部熔化，以及能量输入和熔化特性因合金预成型件46的表面而不同的事实，最终得到的点火端20、22和电极16、18之间的界面的状态也是可控制的，例如其形状、电极和合金预成型件的成分相互扩散的范围，颗粒大小和形态以及其他特性。关于界面的形状，如图10-13中所例举，点火端/电极界面可为非平面的，这样可以减少裂纹扩展和过早损坏的趋势，以适应应用环境中电极所经历的热循环。也如图10-13所示，可以控制界面的宽度和扩散的广度，以提供具有可变热膨胀系数的分级压力释放区域，其热膨胀系数变化是穿过与相应合金成分变化相关联的界面的厚度的作用结果。进一步地，颗粒尺寸和形态可通过适当控制熔化区域48的加热和冷却来控制。例如，确信柱状或树枝状颗粒形态可采用控制颗粒尺寸和形态的已知方法通过适当控制加热/冷却实现。图12和图13展示了回流后在900℃下加热
24小时的电极20，说明了其极度热循环和最终得到的粘着牢固且完整的点火端。
48。术语“至少部分熔化”目的是具有宽泛的含义。这与应用于各种相关技术领域、具有贵金属合金点火端的电极制造中的各种焊接方法的区别在于，这些焊接方法通常仅在电极的贵金属合金和基底金属(base metal)之间的界面上的热影响区域产生熔化，且用于避免贵金属点火端和电极的普遍熔化。在本发明中，合金预成型件46至少熔化该预成型件的一部分厚度；在很多例子中该合金预成型件46完全地穿过预成型件的厚度熔化。例如，在很多固体预成型件或合金制成前的粉末预成型件的情况下，期望完全熔化合金预成件46，这也将导致接近预成型件的电极表面局部熔化，因为典型的电极是由熔点低于合金预成型件46的镍或镍基合金制成。在确定粉末混和物预成型件不是合金制成前的预成型件的情况下，熔化一种或多种合金成分，而留下一种或多种的其他合金成分不被熔化或者仅部分熔化或溶解在其他合金成分中。这种特性允许再固化合金微观结构50从同族贵金属合金至具有其他贵金属或非贵金属成分的贵金属亚稳定性混合物进行几乎无限制的组合。这也可以通过适当处理合金预成型成分、粒度(在粉末预成型件的情况下)、能量输入控制等因素来实现。本发明的点火端20、22的微观结构与焊接的点火端的微观结构是有区别的。因为局部熔化，以及能量输入和熔化特性因合金预成型件46的表面而不同的事实，最终得到的点火端20、22和电极16、18之间的界面的状态也是可控制的，例如其形状、电极和合金预成型件的成分相互扩散的范围，颗粒大小和形态以及其他特性。关于界面的形状，如图10-13中所例举，点火端/电极界面可为非平面的，这样可以减少裂纹扩展和过早损坏的趋势，以适应应用环境中电极所经历的热循环。也如图10-13所示，可以控制界面的宽度和扩散的广度，以提供具有可变热膨胀系数的分级压力释放区域，其热膨胀系数变化是穿过与相应合金成分变化相关联的界面的厚度的作用结果。进一步地，颗粒尺寸和形态可通过适当控制熔化区域48的加热和冷却来控制。例如，确信柱状或树枝状颗粒形态可采用控制颗粒尺寸和形态的已知方法通过适当控制加热/冷却实现。图12和图13展示了回流后在900℃下加热
24小时的电极20，说明了其极度热循环和最终得到的粘着牢固且完整的点火端。
[0057] 能量输入58可为具有连续或脉冲输出的适合激光器的扫描、光栅或固定激光束60，该激光器根据所需能量密度、波束方向和其他在此描述的因素，聚焦或不聚焦使用。因为具有能部分熔化合金预成型件46所需能量输出的激光器，也具有足够的能量熔化接近合金预成型件46的电极表面，因此需要在这些电极16、18接近合金预成型件46的部分设置具有磨光表面56的金属遮蔽物54，以反射激光能量。以便于在需要熔化时，通过适当调整遮蔽物的尺寸和合金预成型件46和/或电极16、18的结构，可以大致熔化至电极16、18接近合金预成型件46和点火端20、22的部分，限制熔化到合金预成型件46。
[0058] 如图6所示，本发明还包括一种制造用于点火装置、具有点火端的金属电极的方法。该方法包括下列步骤：步骤120，形成具有点火末端和点火端部分的金属电极16、18；步骤140，将贵金属预成型件46应用于点火端部分；以及步骤160，回流该贵金属预成型件46以形成贵金属点火端20、22。方法100还可选择性地在应用贵金属预成型件46步骤140之前，设有在金属电极16、18内形成槽40、42的步骤130，以及使得贵金属预成型件46定位于槽中的步骤132。该方法也可选择性地在回流步骤160之后，设有形成点火端20、22的步骤180。进一步地，步骤140和160可重复，如图6所示，以将附加材料添加至点火端20、22，或者形成具有多层的点火端20、22。
[0059] 形成具有点火末端和点火端部分的金属电极的步骤120可利用制造中心电极和接地电极或多个电极的传统方法实现。这些电极可由用于火花塞制造的传统电极材料例如镍和镍基合金制成。中心电极16常为一般圆柱状，如图3所示，并可具有各种点火端结构，包括各种向下收缩的圆柱或矩形端形状。接地电极18一般具有矩形截面，并采用直棒、肘以及该技术领域内技术人员习知的其它形状。
[0060] 在电极内形成槽132的步骤130可通过各种适合的在电极中形成槽的方法实现，例如冲压、拉拔、加工、钻、磨、蚀刻或其他形成或除去材料以产生槽40、42的已知方法。槽40、42可为任何适合的尺寸和形状，包括盒状、截头圆锥形、锥形和其他在此描述的形状。
[0061] 将贵金属预成型件46应用于点火端部分的步骤140包括将贵金属预成型件应用于电极16、18的点火端部分的任何适合的步骤。该贵金属预成型件46可包括任何适合的贵金属预成型件，例如贵金属线、条、带、坯、薄片以及聚集的粉末颗粒，在此将作进一步描述。根据所选贵金属预成型件的类型选择适合的应用步骤140。例如，在贵金属预成型件46为线、条、带、坯和薄片的情况下，可以采用已知的应用这些预成型件的方法，例如采用粘合、熔融、点焊、立桩以及其他方法，将预成型材料固定在电极的点火末端和点火端部分，足以使得接下来的步骤160能够回流合金预成型件以形成点火端。在贵金属预成型件是聚集的粉末颗粒情况下，预成型件以浆状或糊状形式，通过浸湿喷雾、丝网印刷术、流延法(doctor blading)、着色或其他将浆状或糊状物应用于电极的方式被应用。聚集粉末(aggregate powder)也可作为绿表中的压制粉末结构被应用，例如通过将粉末紧压在电极的点火端，或者通过将压紧或熔结的粉末结构置于孔40、42内。
[0062] 一旦将贵金属预成型件应用于电极的点火末端，方法100继续步骤160，回流贵金属预成件以形成点火端20、22。回流步骤160可包括熔化所有或实质上所有的贵金属预成型件，但必须包括穿过预成型件的厚度的至少一部分来熔化贵金属预成型件，如在此所描述的。回流步骤160和利用贵金属合金制造点火端的已有方法，特别是那些采用各种形式焊接和/或机械连接方法，形成对比，这些已有方法中贵金属帽完全是通过发生在焊接热影响区域(也就是贵金属帽和电极之间的接触区域)的局部熔化结合在电极上的，但并非全部或实质上全部的贵金属帽熔化。这种差别给最终点火端带来了很多结构上的不同或者影响了最终点火端的结构。一个很重要的不同在于最终点火端的形状。已知技术通过焊接形成的点火端倾向于保持焊接至电极的贵金属帽的大体形状。在本发明中，贵金属预成型件的熔化允许贵金属预成型件的液体流动，该流动可用于点火端再固化时产生各种新的形状。此外，该熔化物的表面张力作用和电极点火末端的设计可用于形成许多形状，这些形状是在背景技术装置中不可能或者很难获得的。例如，如果电极内设有一底切槽，贵金属预成型件的熔化可用于创造很多背景技术装置无法产生的形状。因为贵金属和电极材料众所周知的相互扩散倾向，当温度高于贵金属的液化温度时特别显著，因此优选执行回流步骤160，通常使得回流步骤160相关时间最小化。优选时间少于大约2秒。然而，合金预成型件46和电极16、18的各种结合都是可能的，使得可采用更长的回流时间。
[0063] 图7-9示意性地进行说明了回流步骤160。在图7中，扫描束58用于回流已附于电极16、18点火端部分的金属预成型件46，以形成具有再固化微观结构50的点火端20、22。图8中的合金预成型件已定位于槽40、42内，其余与图7类似。图9也类似于图7，除了扫描束58是固定的而非扫描的，然而电极20、22和/或遮蔽物可在该固定束照射下被旋转。
[0064] 为了最小化回流160相关时间，优选采用一种快速加热贵金属预成型件的方法实现回流。快速加热可通过用激光或电子束照射贵金属预成型件实现。当期待根据本发明采用各种类型的工业激光器，包括那些焦平面上具有单点形状的激光器，优选焦平面上具有分布式区域或束形状的激光束。一种用于此处所描述类型的贵金属合金的适合激光器的例子是多千瓦、高功率、直接二极管激光器，该激光器在其焦平面具有通常为大致12mm×0.5mm的矩形的激光束。
[0065] 根据与该激光束尺寸相比较的该预成型件的尺寸及其它因素，例如贵金属预成型件的期望加热速率、热传导率和反射率以及其他影响贵金属预成型件的加热和/或熔化特性的因素，激光器以任何对贵金属预成型件46产生期待的加热或回流效果的方法，相对电极和贵金属预成型件固定设置，或穿过贵金属表面形成光栅或被扫描。通常优选激光束对电极和/或贵金属预成型件的表面具有实质上正常的入射角。此外，电极可相对激光束被旋转。作为一种选择或附加方法，扫描激光束或使激光束形成光栅，电极可相对激光束被扫描或在其上形成光栅。相信如果聚焦的电子束用于回流步骤160，可采用类似在电极/贵金属预成型件和激光束之间产生相对移动的技术。此外，可采用任何其他适合的快速加热贵金属预成型件的方法，例如各种高强度近红外加热器，只要其适于回流所使用的合金预成型件46并可被控制以限制对电极16、18进行不需要的加热。
[0066] 进一步优选将对贵金属预成型件/电极的加热尽可能地限于该预成型件，以避免熔化该电极的某些部分。可采用一种适于将贵金属预成型件暴露于外但覆盖电极，特别适于反射该波长的激光辐射的抛光的金属遮蔽物。对于上述二极管激光器，优选该金属遮蔽物由抛光的铝或铜或二者的合金制成。
[0067] 形成回流的贵金属点火端20、22的步骤180，可采用任何适合的形成点火端的方法，例如冲压、锻造或其他已知金属形成方法和制造、磨削、抛光和其他金属切削/加工方法。图10和12举例说明了通过磨削和抛光在中心电极20上形成点火表面21的步骤180。类似地，图14举例说明了通过磨削和抛光接地电极22形成点火表面23的步骤180。
[0068] 应用合金预成型件的步骤140和回流步骤160可重复，如图23A-23E所示，结合方法100，多次重复地将材料附加于点火端20、22。图24举例说明了当这些步骤重复时，重量一般呈线性增长。附加的材料层可具有相同成分，或者也可具有不同成分以使得穿过其厚度的热膨胀系数(CTE)不同，靠近电极的材料层的热膨胀系数接近电极的热膨胀系数，外部材料层的热膨胀系数为点火端20、22点火表面21、23处期望的贵金属合金预成型件的热膨胀系数。类似地，采用该多层方式在点火端20、22内实现扩散式叠层或各种合成结构和类似结构，抑止通过该点火端扩散，或者分别提供各种结构或性能特征。
[0069] 参考下列代表性实施例，可进一步理解本发明。
[0070] 实施例1
[0071] 实施例1关注于接地电极的涂覆和熔化/回流方法的发展。实施例1相关试验的目的在于，将纯铱粉末熔化/回流于通常用作火花塞接地电极棒的材料的末端上。选作典型接地电极材料的金属材料是Inconel合金(836合金)。用作合金预成型件的贵金属材料是从Alfa Aesar获得的铱粉末(-325mesh)。该合金预成型件作为铱粉的含水浆以及聚乙烯醇和水的水溶液，用于电极。聚乙烯醇(PVA)用作将粉末颗粒粘合在一起并附于电极表面的粘合剂。用于回流贵金属预成型件的装置是Nuvonyx制造的4KW二极管激光器。电极设于固定电极并控制激光能量提供的反光铜遮蔽装置内，使得仅贵金属预成型件暴露于激光束下。而后该试验样品通过光学显微镜方法检验。形成贵金属电极端的方法如下：
[0072] 1、将少量铱粉末与聚乙烯醇溶液混合，并将该浆状物的预成型件沉淀在已秤重的接地电极末端；
[0073] 2、采用红外对流装置干燥该浆状物；
[0074] 3、再秤带有干燥浆状物的电极的重量；
[0075] 4、将涂层电极置于铜遮蔽装置内；
[0077] 6、再秤熔化后的销的重量。
[0078] 表1和2举例说明了本试验样品中引入的变量以及试验结果。
[0079] 表1
[0080]电极 激光扫描速度m/min 方向
1 1 中间到末端
2 1 末端到中间
3 1 末端到中间
4 0.5 末端到中间
5 0.75 末端到中间
1 1 中间到末端
2 1 末端到中间
3 1 末端到中间
4 0.5 末端到中间
5 0.75 末端到中间
[0081] 表2
[0082]电极 之前重量(g) 加上干燥浆状物的重量(g) 熔化后的重量(g)
1 0.732 0.747 0.740
2 0.729 0.748 0.741
3 0.731 0.767 0.761
4 0.738 0.763 0.762
5 0.736 0.757 0.756
1 0.732 0.747 0.740
2 0.729 0.748 0.741
3 0.731 0.767 0.761
4 0.738 0.763 0.762
5 0.736 0.757 0.756
[0083] 采用开缝反光铜装置和扫描激光器将铱回流到Inconel接地电极上。这种装置采用从电极末端开始向中间移动扫描的方式，能获得最好的效果。这避免了回流的贵金属材料的不均匀部分堆积于电极端。熔化后8-30mg铱保留下来，1-7mg铱在回流过程中流失。基于这些结果，相信具有预定遮蔽方式的反光铜遮蔽装置和补充预成型件和/或电极(例如凹口)可用于控制回流点火端的形状。扫描方向和/或方式对避免回流过程中发生的熔化物再凝固而导致回流贵金属层不均匀，是很重要的。
[0084] 实施例2
[0085] 实施例2关注于中心电极的涂覆和熔化/回流方法的发展。实施例2相关试验的目的在于，将铱、铑和钨粉末混合物熔化/回流于通常用作火花塞中心电极的材料的末端上。选作典型中心电极材料的金属材料是直径为3.75mm的镍筒形销。用作合金预成型件的粉末成分包括从Alfa Aesar获得的铱粉末(-325mesh)，从Alfa Aesar获得的铑粉末(-325mesh)和从Alfa Aesar获得的钨粉末(-325mesh)。该合金预成型件作为这些粉末的含水浆以及含聚乙烯醇的水溶液，用于电极。聚乙烯醇用作将粉末颗粒粘合在一起并附于电极表面的粘合剂。用于回流贵金属预成型件的装置是Nuvonyx制造的4KW二极管激光器。电极设于固定电极并控制激光能量提供的可旋转铜遮蔽装置内，使得仅贵金属预成型件暴露于激光束下。采用直流电动机控制该遮蔽装置和电极的旋转。而后该试验样品通过光学显微镜方法检验。形成贵金属电极端的方法如下：
[0086] I、准备和提供浆状物
[0087] 1、秤量接收的镍电极。
[0088] 2、按下列重量将铱、铑和钨粉末与聚乙烯醇溶液混合：
[0089] 钨 0.020g
[0090] 铱 0.782g
[0091] 铑 0.201g
[0092] 聚乙烯醇溶液 0.333g
[0093] 3、将预成型浆状物沉淀于各镍销的末端。
[0095] 5、秤量末端有干燥浆状物的销。
[0096] II、回流干燥的浆状物预成型件
[0097] 1、在旋转铜装置(电动机电压为17.9V，电流为0.1A，转速为大约600rpm)中，用持续时间为1秒的激光脉冲，熔化/回流已涂覆的电极。所有激光器聚焦，射出30SCFH喷嘴喷射氩屏蔽气体，激光功率为4KW
[0098] 2、每次熔化后再抛光铜遮蔽表面。
[0099] 3、秤量各熔化的电极，并将结果记录如表3所示。
[0100] 表3
[0101]电极 重量/g 加上干燥浆状物的重量/g 熔化后的重量/g
1 2.431 2.476 2.435
2 2.422 2.446 2.438
3 2.433 2.452 2.442
4 2.429 2.459 2.447
5 2.444 2.481 2.467
6 2.423 2.456 2.444
7 2.430 2.463 2.450
8 2.425 2.471 2.426
9 2.422 2.460 2.447
10 2.433 2.466 2.456
11 2.431 2.470 2.457
12 2.427 2.458 2.449
13 2.447 2.481 2.469
14 2.434 2.470 2.457
15 2.434 2.472 2.460
16 2.448 2.485 2.470
17 2.436 2.469 2.458
18 2.428 2.481 2.428
19 2.431 2.479 2.459
20 2.447 2.497 2.467
1 2.431 2.476 2.435
2 2.422 2.446 2.438
3 2.433 2.452 2.442
4 2.429 2.459 2.447
5 2.444 2.481 2.467
6 2.423 2.456 2.444
7 2.430 2.463 2.450
8 2.425 2.471 2.426
9 2.422 2.460 2.447
10 2.433 2.466 2.456
11 2.431 2.470 2.457
12 2.427 2.458 2.449
13 2.447 2.481 2.469
14 2.434 2.470 2.457
15 2.434 2.472 2.460
16 2.448 2.485 2.470
17 2.436 2.469 2.458
18 2.428 2.481 2.428
19 2.431 2.479 2.459
20 2.447 2.497 2.467
[0102] 电极1、8和18是电极中熔化后附上最多浆状物、保留最少材料的电极。因此，可以看出采用的材料的数量和/或预成型件的尺寸可根据应用控制为最佳值。对于所采用的试验电极/预成型件结构，平均起来，回流处理后，保留的大约20mg铱/铑/钨熔化。电极5和9-17是十个最相符的样品(最接近平均值)。根据这些结果，确信太多浆状物导致材料从熔化物中喷射出，因此应根据应用，选择最佳尺寸/数量的材料用于预成型件，以使回流过程中的贵金属流失降到最低。用于该试验的电极结构，在激光回流前3.75mm电极端上大约35mg的干燥浆化物达到最佳量。由于残留浆化物被用于涂覆这些样品，故电极19和
20不代表其余电极。即使在每次涂覆操作之间进行有规律地搅拌，由于其他电极涂覆过程中聚乙烯醇水溶液的蒸发以及金属粉末的沉淀，浆状物将更加粘稠。图15举例说明了该实施例的效果。
20不代表其余电极。即使在每次涂覆操作之间进行有规律地搅拌，由于其他电极涂覆过程中聚乙烯醇水溶液的蒸发以及金属粉末的沉淀，浆状物将更加粘稠。图15举例说明了该实施例的效果。
[0103] 实施例3
[0104] 实施例3关注于中心电极的涂覆和熔化/回流方法的发展。实施例3相关试验的目的在于，将铱、铑和钨粉末混合物熔化/回流于通常用作火花塞中心电极的材料的末端上，不导致杂质或缺陷。选作典型中心电极材料的金属材料是直径为3.75mm的纯镍筒形销。用作合金预成型件的粉末成分包括从AlfaAesar获得的铱粉末(-325mesh)，从Alfa Aesar获得的铑粉末(-325mesh)和从Alfa Aesar获得的钨粉末(-325mesh)。该合金预成型件作为这些粉末的含水浆以及含聚乙烯醇的水溶液，用于电极。聚乙烯醇用作将粉末颗粒粘合在一起并附于电极表面的粘合剂。用于回流贵金属预成型件的装置是Nuvonyx制造的4KW二极管激光器。电极设于固定电极并控制激光能量提供的可旋转铜遮蔽装置内，使得仅贵金属预成型件暴露于激光束下。采用直流电动机控制该遮蔽装置和电极的旋转。而后该试验样品通过光学显微镜方法检验。形成贵金属电极端的方法如下：
[0105] I、准备和提供浆状物
[0106] 1、按下列重量将铱、铑和钨粉末与聚乙烯醇溶液混合：
[0107] 钨 0.019g
[0108] 铱 0.778g
[0109] 铑 0.199g
[0110] 聚乙烯醇溶液 .0.319g
[0111] 2、将预成型浆状物沉淀于各镍销的末端。
[0112] 3、在实验室风干，而后于80℃的对流炉中放置大约1小时。
[0113] II、熔化干燥的浆状物
[0114] 1、用不同持续时间(0.5s，0.6s，0.7s，0.8s和1.0s)的激光脉冲在旋转铜装置(电动机电压为17.9V，电流为0.1A，转速为大约600rpm)中回流已涂覆的电极。
[0115] 2、所有激光器聚焦，射出30SCFH喷嘴发送氩屏蔽气体，激光功率为4KW。
[0116] 3、每次熔化后再抛光铜遮蔽表面。
[0117] III、切断(section)并抛光用于光学显微镜方法的样品。
[0118] 可从图16A-E看出，对于所选择的电极/贵金属预成型件/激光粉末/等等的组合，用0.5s-0.8s的激光束产生的熔化电极中存在杂质。较久的激光束(也就是更多的激光能量)改善了熔融均匀性。被照射1s的电极上没有杂质。因此，确信较久的激光束(也就是大量的激光能量)增强了熔融混合和均匀性。激光束小于0.8s则不能提供足够的能量以充分熔化并将铱/铑/钨与镍底层混合，因此，对于电极/贵金属预成型件/激光能量的给定组合，存在必须提供的最小能量以充分熔化该预成型件并获得电极上的均匀点火端。优选将所选材料的化合物在激光下暴露至少1s。因此，暴露1s的样本在激光束下旋转大约10周。
[0119] 实施例4
[0120] 实施例4关注于中心电极的涂覆和熔化/回流方法的发展。实施例4相关试验的目的在于，将铱、铑和钨粉末混合物熔化/回流于典型地应用于汽车和工业火花塞的中心电极的材料的末端上。选作典型工业中心电极材料的金属材料是直径为3.75mm的镍筒形销。其他汽车电极的直径也变为0.030英寸和0.060英寸。用作合金预成型件的粉末成分包括从Alfa Aesar获得的铱粉末(-325mesh)，从Alfa Aesar获得的铑粉末(-325mesh)和从Alfa Aesar获得的钨粉末(-325mesh)。该合金预成型件作为这些粉末的含水浆以及含聚乙烯醇的水溶液，用于电极。聚乙烯醇用作将粉末颗粒粘合在一起并附于电极表面的粘合剂。用于回流贵金属预成型件的装置是Nuvonyx制造的4KW二极管激光器。电极设于用于固定电极并控制激光能量提供的可旋转铜/铝遮蔽装置内，使得仅贵金属预成型件暴露于激光束下。采用直流电动机控制该遮蔽装置和电极的旋转。而后该试验样品通过光学显微镜方法检验。形成贵金属电极端的方法如下：
[0121] I、准备和提供浆状物
[0122] 1、按下列重量将铱、铑和钨粉末与聚乙烯醇溶液混合：
[0123] 钨 0.019g
[0124] 铱 0.778g
[0125] 铑 0.199g
[0126] 聚乙烯醇溶液 0.319g
[0127] 2、将预成型浆状物沉淀于各镍销的末端。
[0128] 3、在实验室风干，而后于80℃的对流炉中放置大约1小时。
[0129] II、秤各部分的重量
[0130] 1、在应用浆状物之前、在浆状物干燥之后以及熔化之后秤工业电极的重量。
[0131] 2、计算由于涂覆和熔化导致的平均重量增加和减少。
[0132] III、熔化干燥的浆状物
[0133] 1、分别用300ms和500ms的单脉冲在固定装置中熔化0.030″和0.060″电极。
[0134] 2、用700ms激光在旋转铜装置(电动机电压为17.9V，电流为0.1A)中熔化3.75mm工业电极。
[0135] 3、所有激光器聚焦，射出30SCFH喷嘴喷射氩屏蔽气体，激光功率为4KW。
[0136] 4、每次熔化后再抛光铜遮蔽表面。
[0137] IV、在采用光学和电子显微镜之前切断(section)并抛光所选择的样品。
[0138] 一些0.030英寸的电极不能成功熔化，材料被熔化时从电极端喷射出。然而，确信该方法可适用于该尺寸的电极，并仅需调整处理条件以获得满意的效果。0.060″和3.75mm电极充分熔化。铱、铑和钨分布于整个熔化区域，但一些情况下杂质仍存在。很明显各种形状(也就是半球状)都是可能的，这部分是因为与熔化物相关的表面张力作用。然而杂质中存在气孔，相信可通过调整处理条件和起始材料，将预成型件充分熔化，获得没有杂质的点火端。熔渣薄层存在于熔化表面区域上，该熔渣包含钛，而钛是预成型件粉末中的污染物或是由其他来源的污染物带来的。平均起来，3.75mm电极上的浆状物沉淀为37mg。回流/熔化该粉状预成型件时大约8mg材料流失。大约30mg的熔化材料保留在3.75mm的电极上。基于这些结果，相信需要调节处理条件或起始材料以再生地将铱/铑/钨回流在0.030″电极上。在某些情况下，除去涂覆材料，底层是很难被熔化的。相信改变激光脉冲长度和离焦点的距离足以获得贵金属预成型件和电极的完全回流和熔化。激光参数可被调整得更为精确，以将铱/铑/钨回流/熔化在3.75mm和0.060mm电极上，从而进行均匀的熔化混合，消除夹杂物/毛孔。此外，这将获得适当的脉冲持续时间与离焦点的距离之间的平衡。熔渣中的钛是可通过更彻底的处理控制来消除的污染物。
[0139] 实施例5
[0140] 实施例5关注于中心电极的涂覆和熔化/回流方法的发展。实施例5相关试验的目的在于，将铱粉末熔化/回流于典型地应用作汽车火花塞的中心电极的材料的末端上。这些镍电极的末端直径变为0.030英寸和0.060英寸。用作贵金属预成型件的粉末要素包括从Alfa Aesar获得的铱粉末(-325mesh)。该贵金属预成型件作为该粉末的含水浆以及含聚乙烯醇的水溶液，用于电极。聚乙烯醇用作将粉末颗粒粘合在一起并附于电极表面的粘合剂。用于回流贵金属预成型件的装置是Nuvonyx制造的4KW二极管激光器。电极设于用于固定电极并控制激光能量提供的固定铜/铝遮蔽装置内，使得仅贵金属预成型件暴露于激光束下。而后该试验样品通过光学显微镜方法检验。形成贵金属电极端的方法如下：
[0141] 1、将少量铱粉末与聚乙烯醇溶液混合，将预成型浆状物沉淀于一镍销的末端。
[0142] 2、采用红外加热传统装置干燥浆状物。
[0143] 3、将该销安装进铝/铜遮蔽装置，注意：这些装置对于两种电极直径是类似的——仅该铜装置中孔的尺寸不同。
[0144] 4、在下列条件下用Nuvonyx二极管激光器回流/熔化：4kW(100％)功率，聚焦和固定于电极端之上，30SCFH氩屏蔽气体，喷嘴喷射：
[0145] 0.030″末端直径，300ms激光射出
[0146] 0.060″末端直径，500ms激光射出
[0147] 5、切断、安装、抛光并蚀刻以显示熔化区域结构。
[0148] 参考图17A-17E，铝/铜装置将熔化区域限制到电极的末端，而不破坏电极经过加工的端部。具有激光束固定物的单激光射出在0.030″和0.060″镍电极上形成均匀半球状铱熔化端。铱与镍底层熔合，没有裂纹和缺陷。基于这些结果，确信激光将铱粉末/浆状物熔化于汽车镍电极上，会带来成本有效的、冶金粘合的、无裂缝的火花塞表面。通过在烤箱(也就是，在80℃下干燥2小时)中彻底干燥浆状物涂层棒，可减小或消除毛孔。由于激光束范围是离焦距5mm处大约14mm×2mm，因此在单激光照射下可熔化三或四部分。在几秒内可容易地处理一些部分。当贵金属端和电极之间的粘合可靠，测试熔化端与底层之间的粘附力，以确保该粘合足以保证点火端能够经受电机的使用。
[0149] 实施例6
[0150] 实施例6关注于中心电极的涂覆和熔化/回流方法的发展。实施例6相关试验的目的在于，将铱粉末熔化/回流于典型地应用作工业火花塞的中心电极的材料的末端上。选作典型中心电极材料的金属材料是直径为2.5mm的镍筒形销。用作贵金属预成型件的粉末成分包括从Alfa Aesar获得的铱粉末(-325mesh)。该贵金属预成型件作为该粉末的含水浆以及含聚乙烯醇的水溶液，用于电极。聚乙烯醇用作将粉末颗粒粘合在一起并附于电极表面的粘合剂。用于回流贵金属预成型件的装置是Nuvonyx制造的4KW二极管激光器。
电极设于用于固定电极并控制激光能量提供的固定抛光铝片遮蔽装置或旋转铜遮蔽装置内，使得仅贵金属预成型件暴露于激光束下。而后这些试验样品通过光学显微镜方法检验。
形成贵金属电极端的方法如下：
电极设于用于固定电极并控制激光能量提供的固定抛光铝片遮蔽装置或旋转铜遮蔽装置内，使得仅贵金属预成型件暴露于激光束下。而后这些试验样品通过光学显微镜方法检验。
形成贵金属电极端的方法如下：
[0151] 1、将少量铱粉末与聚乙烯醇溶液混合，将预成型浆状物沉淀于一镍销的末端。
[0152] 2、采用红外加热传统装置干燥浆状物。
[0153] 3、将该销安装进抛光铝片遮蔽装置。
[0154] 4、在下列条件下用Nuvonyx二极管激光器激光熔化：
[0155] 样品1 4kW 聚焦 1m/min 氩屏蔽气体 固定铝遮蔽装置[0156] 样品2 4kW 聚焦 0.5m/min 氩屏蔽气体 固定铝遮蔽装置[0157] 样品3 4kW 离焦5mm 单射出0.75s 氩屏蔽气体 旋转铜遮蔽装[0158] 置
[0159] 样品4 4kW 离焦距5mm 单射出0.5s 氩屏蔽气体 旋转铜遮蔽装[0160] 置
[0161] 5、如果需要，碾磨并抛光，见图18C。
[0162] 如图18A-19B所示，铱粉末熔化并与镍底层熔合，以形成熔合镍且含铱丰富的表面。激光束扫描干燥铱浆状物，产生不均匀的熔化池和不均匀的熔合表面。具有固定光束(beam stationary)的单激光射出和旋转部分在镍上形成均匀半球状铱熔化端。仍然存在一些毛孔，但大部分熔合表面是无孔的。没有看到裂缝。基于这些结果，确信激光将铱粉末/浆状物熔化于镍销上，会带来成本效益(cost effective)、冶金粘合的、无裂缝的火花塞电极表面。更确信通过在烤箱(也就是，在80℃下干燥2小时)中彻底干燥浆状物涂层棒，可减小或消除毛孔。抛光铝是种良好的遮蔽装置材料，然而因抛光铜的反光性更好(RAl＝0.71，RCu＝0.90)，故抛光铜是更好的遮蔽装置材料。
[0163] 实施例7
[0164] 实施例7集中于中心电极的涂覆和熔化/回流方法的发展。实施例7相关试验的目的在于，将铂粉末熔化/回流于典型地应用作汽车和工业火花塞的中心电极的材料的末端上。选作典型中心电极材料的金属材料是直径为2.5mm和3.75mm的镍筒形销。用作贵金属预成型件的粉末成分包括从Alfa Aesar获得的铂粉末(-325mesh)。该贵金属预成型件作为该粉末的含水浆以及含聚乙烯醇的水溶液，用于电极。聚乙烯醇用作将粉末颗粒粘合在一起并附于电极表面的粘合剂。用于回流贵金属预成型件的装置是Nuvonyx制造的4KW二极管激光器。电极设于用于固定电极并控制激光能量提供的固定抛光铜遮蔽装置内，使得仅贵金属预成型件暴露于激光束下。而后这些试验样品通过光学显微镜方法检验。形成贵金属电极端的方法如下：
[0165] 1、将少量铂粉末与聚乙烯醇溶液混合，将一滴浆状物沉淀于一镍销的末端。
[0166] 2、采用红外加热传统装置干燥浆状物。
[0167] 3、将该销安装在旋转台上的卡盘内。如果需要，将铜遮蔽装置安装在该销的末端。
[0168] 4、根据下列条件用Nuvonyx二极管激光器激光熔化
[0169] 表4
[0170]样品 附图编号 直径mm 激光射出 遮蔽物 Fdist mm
1 20A，B 2.5 0.5 无 0
2 20C 2.5 0.5 At端 0
3 20D 2.5 0.5 At端 10
4 20E 3.75 0.5 At端 10
5 3.75 0.5 At端 5
6 3.75 0.7 At端 7
7 3.75 1.0 At端 10
1 20A，B 2.5 0.5 无 0
2 20C 2.5 0.5 At端 0
3 20D 2.5 0.5 At端 10
4 20E 3.75 0.5 At端 10
5 3.75 0.5 At端 5
6 3.75 0.7 At端 7
7 3.75 1.0 At端 10
[0171] 参照图20A-E，用铜遮蔽物防止熔化区域延伸到电极侧壁上。设置激光距焦点10mm，以减少2.5mm电极上熔化区域的深度。在3.75mm电极上离焦点10mm处用0.5s和
1.0s的激光射出，未发生熔化混合。在3.75mm电极上焦点+5mm和焦点+7mm处可观察到熔化区域，但非熔化区域也存在于二者的末端。离焦点的距离越远，3.75mm电极上熔化区域就越大，但在离焦点10mm处没有与底层的熔合。基于这些结果，确信较好的干燥(在烤箱中
80℃下干燥2小时)可减少缺陷、浸渍和毛孔。小尺寸电极(2.5mm或更小的)可用单激光射出熔化。较大尺寸电极(3.75mm或更大的)需要旋转电极和/或遮蔽装置来熔化整个端表面。增加离焦点的距离产生较大的熔化区域，但在离焦点10mm处发光(W/cm2)太弱则不能将涂层与底层熔合。离焦点的距离和射出时间(较大电极的扫描速度)作用下，熔化深度、混合范围和多孔性是用于控制回流过程的重要参数，以在点火端生成足够稠密的贵金属涂层。确信这些结果也可用于其他贵金属粉末，包括铱、铑、钯、锇、金和银，铂用于保存其他更昂贵的金属粉末。
1.0s的激光射出，未发生熔化混合。在3.75mm电极上焦点+5mm和焦点+7mm处可观察到熔化区域，但非熔化区域也存在于二者的末端。离焦点的距离越远，3.75mm电极上熔化区域就越大，但在离焦点10mm处没有与底层的熔合。基于这些结果，确信较好的干燥(在烤箱中
80℃下干燥2小时)可减少缺陷、浸渍和毛孔。小尺寸电极(2.5mm或更小的)可用单激光射出熔化。较大尺寸电极(3.75mm或更大的)需要旋转电极和/或遮蔽装置来熔化整个端表面。增加离焦点的距离产生较大的熔化区域，但在离焦点10mm处发光(W/cm2)太弱则不能将涂层与底层熔合。离焦点的距离和射出时间(较大电极的扫描速度)作用下，熔化深度、混合范围和多孔性是用于控制回流过程的重要参数，以在点火端生成足够稠密的贵金属涂层。确信这些结果也可用于其他贵金属粉末，包括铱、铑、钯、锇、金和银，铂用于保存其他更昂贵的金属粉末。
[0172] 实施例8
[0173] 实施例8关注于中心电极的涂覆和熔化/回流方法的发展。实施例8相关试验的目的在于，将铂或铱粉末熔化/回流于典型地应用作工业火花塞的中心电极的材料的末端上。选作典型中心电极材料的金属材料是直径为3.75mm的镍筒形销。用作贵金属预成型件的粉末要素包括铂粉末(-325mesh)或铱粉末(-325mesh)的混合物，二者均是从Alfa Aesar获得的。该贵金属预成型件作为该粉末的含水浆以及含聚乙烯醇的水溶液，用于电极。聚乙烯醇用作将粉末颗粒粘合在一起并附于电极表面的粘合剂。用于回流贵金属预成型件的装置是Nuvonyx制造的4KW二极管激光器。电极设于用于固定电极并控制激光能量提供的旋转抛光铜遮蔽装置内，使得仅贵金属预成型件暴露于激光束下。而后这些试验样品通过光学显微镜方法检验。形成贵金属电极端的方法如下：
[0174] 1、将少量铂或铱粉末与聚乙烯醇溶液混合，将一小圆块浆状物沉淀于一镍销的末端。
[0175] 2、采用吹风器干燥浆状物。
[0176] 3、将该销安装在该铜遮蔽装置中，如果需要，设置直流电动机旋转。
[0177] 4、根据表5中所示条件，用Nuvonyx二极管激光器激光熔化。所有激光处理在4kW功率、喷嘴喷射的30SCFH氩屏蔽气体下进行。末端钻孔的样品具有锥形槽，可以更好地接受贵金属浆状物。9V/0.08A相应5转/秒。
[0178] 5、制造所选样品的抛光切片并用3％硝酸酒精溶液(nital)蚀刻以显露熔化区域的结构。
[0179] 表5
[0180]样本编号 附图编号 激光射出 电机(V/A) 注释
1 0.5 17.9/0.1 铂，平面电极，在激光束下旋转
2 21A 0.7 17.9/0.1 铂，平面电极，在激光束下旋转
3 0.5 9/0.08 铂，平面电极，在激光束下旋转
4 0.7 9/0.08 铂，平面电极，在激光束下旋转
5 N/A N/A 铂，不旋转，0.5m/min速度扫描
6 21B 0.5 9/0.08 铂，钻孔末端，在激光束下旋转
7 0.7 17.9/0.1 铱，平面电极，在激光束下旋转
8 0.7×2射出 17.9/0.1 铱，平面电极，在激光束下旋转
1 0.5 17.9/0.1 铂，平面电极，在激光束下旋转
2 21A 0.7 17.9/0.1 铂，平面电极，在激光束下旋转
3 0.5 9/0.08 铂，平面电极，在激光束下旋转
4 0.7 9/0.08 铂，平面电极，在激光束下旋转
5 N/A N/A 铂，不旋转，0.5m/min速度扫描
6 21B 0.5 9/0.08 铂，钻孔末端，在激光束下旋转
7 0.7 17.9/0.1 铱，平面电极，在激光束下旋转
8 0.7×2射出 17.9/0.1 铱，平面电极，在激光束下旋转
[0181] 表6通过涂覆和熔合增加的铂的重量
[0182]样本编号 销g 销+浆状物g 熔合重量g 熔化铂g
5 2.430 2.470 2.440 0.010
6 2.395 2.435 2.412 0.017
5 2.430 2.470 2.440 0.010
6 2.395 2.435 2.412 0.017
[0183] 注释：样本1从熔化物喷射出重量为0.033g的球状铂
[0184] 表7通过涂覆和熔合增加的铱的重量
[0185]样本编号 销g 销+浆状物g 熔合重量g 熔化铱g
7 2.439 2.486 2.478 0.039
8 2.431 2.489 2.484 0.053
7 2.439 2.486 2.478 0.039
8 2.431 2.489 2.484 0.053
[0186] 注释：应用浆状物之前、之后以及熔化之后秤量样本，以确定材料流失和熔化沉淀的重量
[0187] 用激光束在浆状物涂层电极上扫描产生不均匀熔合表面。在固定激光束下旋转该部分产生较扫描更均匀的熔化区域。旋转时从铂熔化物喷射出材料。10mg铂涂层熔合于平面末端电极，类似图21A所示。参考图21B，17mg铂涂层熔合于具有钻孔端的销上，该钻孔端被掏孔以接受浆状物。被熔化时，旋转电极上保留了多达53mg的铱。两个激光射出不能改善熔合的微观结构。基于这些结果，确信需要旋转以在3.75mm浆状涂覆电极上获得均匀熔化区域。激光束在固定电极表面上的线性扫描不应用作熔化方法。彻底干燥(也就是在烤箱中80℃下干燥2小时)可减少缺陷、浸渍和毛孔。
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