CH693665A5 - Oberflächenbehandlungsverfahren mittels elektrischer Entladung und eine Elektrode für das Oberflächenbehandlungsverfahren. - Google Patents
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Description
Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Oberflächenbehandlungsverfahren mittels elektrischer Entladung und eine Elektrode für das Oberflächenbehandlungsverfahren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Technologie zum Anhaften und Absetzen von einem Elektrodenverbrauchs-/Elekt-rodenschmelzmaterial einer Entladungselektrode auf der Oberfläche eines Werkstückes, welches Material durch Entladungsenergie basierend auf Entladung in Flüssigkeit zwischen der Entladungselektrode und einem Werkstück, wodurch eine Schicht von Elektrodenmaterial auf der Oberfläche gebildet wird. Diese Erfindung bezieht sich ausserdem auf eine Elektrode für ein Oberflächenbehandlungsverfahren mittels elektrischer Entladung. Hintergrundstechnologie Die Technologie zum Haften und Absetzen von einem Elektrodenverbrauchs-/Elektrodenschmelzmaterial einer Entladungselektrode auf der Oberfläche eines Werkstückes, welches Material durch Entladungsenergie basierend auf Entladung in Flüssigkeit zwischen der Entladungselektrode und einem Werkstück, wodurch eine Schicht von Elektrodenmaterial auf der Oberfläche gebildet wird, ist bereits bekannt (siehe japanische Offenbarungsschriften No. HEI 6-182 626, HEI 9-19 829 oder HEI 9-192 937). Beim konventionellen Oberflächenbearbeitungsverfahren mittels elektrischer Entladung wird ein harter Mantel aus Metallkarbid oder Ähnlichem auf der zu behandelnden Oberfläche einzig um Abriebfestigkeit zu erhalten gebildet. Im Allgemeinen wird eine Reiboberfläche oder eine Gleitoberfläche durch eine Schmierflüssigkeit mittels eines flüssigen Schmiermittels, wie z.B. ein Schmieröl oder Schmierfett, geschmiert. In einer Vakuumatmosphäre, wie z.B. einer Halbleiterproduktionslinie oder dem Weltall, verdampft die Schmierflüssigkeit und kann nicht benutzt werden. In einer Hochtemperaturumgebung, wie z.B. Eisenherstellungslinie, verdampft eine Schmierflüssigkeit ebenfalls, sodass sie nicht benutzt werden kann. Folglich gibt es viele Umgebungen, in welchen Schmieröl nicht benutzt werden kann. Im Speziellen in einer Halbleiterherstellungslinie verursachen ölige Schmiermittel auf den Gleitoberflächen ernsthafte Probleme im Halbleiterherstellungsprozess. Folglich kann flüssiges Schmieren mittels öliger Schmiermittel dort nicht angewandt werden. Im Lichte des Gesagten wird die Gleitoberfläche mittels eines Bindemittels einem Mantel fester Schmiermittel, die Selbstschmierung aufweisen, bezogen, z.B. eine Dicalcogenverbindung, wie z.B. MoS2 oder WS2, der sog. festen Schmierschicht, oder die Gleitoberfläche wird mittels lonenplattieren bezogen. Die feste Gleitschicht, welche von einem Beschichtungsverfahren des Standes der Technik herrührt, hat den Nachteil, dass sie eine beschränkte Lebensdauer hat. Das lonenplattieren hat den Nachteil, dass das Gerät dafür sehr gross wird und das Werkstück, welches bearbeitet werden kann, in der Grösse beschränkt wird. Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die oben genannten Probleme zu lösen. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Oberflächenbearbeitungsverfahren vorzustellen, welches es möglich macht, eine zufrieden stellende und lang lebende feste Schmierschicht auf einer Gleitoberfläche einer linearen Führungsschiene oder einer ähnlichen Oberfläche zu bilden, ohne dass ein grosses Gerät oder Einschränkungen in der Grösse des Werkstückes verwendet werden; eine andere Aufgabe ist es, eine Entladungselektrode für die Verwendung in diesem Oberflächenbehandlungsverfahren vorzustellen. Offenbarung der Erfindung Die vorliegende Erfindung erzeugt ein Oberflächenbehandlungsverfahren, welches die Schritte des Benutzens einer Entladungselektrode, welche Elekt-rode ein Material mit festen Schmiermitteleigenschaften aufweist, um eine gepulste Entladung zwischen der Entladungselektrode und einem Werkstück zu erzeugen, wobei die Oberfläche des Werkstücks in Bearbeitungsflüssigkeit, die keine Kohlenstoffkomponenten beinhaltet, zu behandeln ist, und des Anhaften und des Ablagern eines von einer Elektrode aufgebrauchten/geschmolzenen Materials der Entladungselektrode, was durch die Entladungsenergie basierend auf einer gepulsten Entladung auf eine Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes erzeugt wird, um eine Schicht mit Schmiermittelwirkung auf der oben genannten Oberfläche zu bilden. Gemäss dem oben erwähnten Verfahren lagert und haftet das Elektrodenmaterial der Entladungs-elektrode mit der Schmiermittelwirkung auf der zu behandelnden Oberfläche an, ohne dass eine Änderung in eine Kohlenstoffkomponente oder etwas Ähnliches geschieht, sodass eine schlüpfrige Schicht, das heisst eine feste Schmiermittelschicht, auf der Oberfläche ausreichend gebildet werden kann. Diese feste Schmiermittelschicht, die sich unterscheidet von Schichten, die beim lonenplattieren und Ähnlichem benutzt werden, erzeugt keine merkliche Grenze, welche Grenze zwischen der Schicht und dem Basismaterial liegt und welche charakteristisch für das Oberflächenbehandlungsverfahren mittels elektrischer Entladung ist. Die Neigungseigenschaften des Materials entfalten sich zwischen der Schicht und dem Basismaterial, sodass die Schicht eine Schicht wird, die starke Anhaftkraft zum Basismaterial besitzt. Die gepulste Entladung in der Bearbeitungsflüssigkeit wird durch das Ausstossen der Bearbeitungsflüssigkeit zwischen die Entladungselektrode und das Werkstück durch Düsen neben der Entladungselektrizität in einem Arbeitsbad, in dem die Arbeitsflüssigkeit gelagert ist, bewerkstelligt. Die vorliegende Erfindung erzeugt ebenfalls ein Oberflächenentladungsverfahren mittels elektrischer Entladung, wobei für das Material mit den festen Schmiermitteleigenschaften Molybdenum, Molybdenum Disulfide, Bor-Nitride, Wolfram-Disulfide, Kohlenstoff, Silber, Gold, Blei, Zinn, Indium, Nickel oder Trucite, das eine Verbindung aus Kohlenstoff und Fluor ist, verwendet. Gemäss dem oben genannten Verfahren haftet und lagert sich das Elektrodenmaterial der Entladungselektrode, welche Molybdenum, Molybdenum Disulfide, Bor-Nitride, Wolfram-Disulfide, Kohlenstoff, Silber, Gold, Blei, Zinn, Indium, Nickel oder Trucite, das eine Verbindung aus Kohlenstoff und Fluor ist, auf der zu behandelnden Oberfläche an, sodass es möglich wird, auf der zu behandelnden Oberfläche eine schmierende Schicht (feste Schmiermittelschicht) zu bilden, welche Schicht Molybdenum, Molybdenum Disulfide, Bor-Nitride, Wolfram-Disulfide, Kohlenstoff, Silber, Gold, Blei, Zinn, Indium, Nickel oder Trucite, das eine Verbindung aus Kohlenstoff und Fluor ist, umfasst. Die vorliegende Erfindung erzeugt ebenfalls ein Oberflächenbehandlungsverfahren mittels elektrischer Entladung, wobei Wasser ohne Kohlenstoff und Fluor als Bearbeitungsflüssigkeit verwendet wird. Gemäss dem oben genannten Verfahren, da Wasser als Arbeitsflüssigkeit benutzt wird, haftet und lagert das Elektrodenmaterial mit Festschmiermittelwirkung als Material mit Festschmiermittelwirkung auf der zu behandelnden Oberfläche an, ohne Umwandlung des Elektrodenmaterials zu einer Kohlenstoffverbindung oder Ähnlichem. Als Resultat davon kann ein schmierender Mantel (feste Schmiermittelschicht) auf der zu behandelnden Oberfläche gebildet werden. Die vorliegende Erfindung erzeugt ebenfalls eine Entladungselektrode, die zum Durchführen eines Oberflächenentladungsverfahrens in einer Bearbeitungsflüssigkeit, die keine Kohlenstoffkomponenten enthält, verwendet wird, wobei die Elektrode eine aus Pulver ge presste Elektrode ist, die durch das Formpressen eines Pulvers, wie Molybdenum, Molybdenum Disulfide, Bor-Nitride, Wolfram-Disulfide, Kohlenstoff, Silber, Gold, Blei, Zinn, Indium, Nickel oder Trucite, das eine Verbindung aus Kohlenstoff und Fluor ist, oder einer Metallelektrode, die eine oder mehrere dieser Komponenten umfasst. Gemäss oben genannter Elektrode wird die Elekt-rode aus einem Material wie z.B. Molybdenum, Molybdenum Disulfide, Bor-Nitride, Wolfram-Disulfide, Kohlenstoff, Silber, Gold, Blei, Zinn, Indium, Nickel oder Trucite, das eine Verbindung aus Kohlenstoff und Fluor ist, gebildet und haftet und lagert auf der zu bearbeitenden Oberfläche an, sodass es möglich wird, einen schmierenden Mantel (feste Schmiermittelschicht), der Molybdenum, Molybdenum Disulfide, Bor-Nitride, Wolfram-Disulfide, Kohlenstoff, Silber, Gold, Blei, Zinn, Indium, Nickel oder Trucite, das eine Verbindung aus Kohlenstoff und Fluor ist, umfasst, auf der zu behandelnden Oberfläche zu bilden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Entladungsbearbeitungsmaschine zum Durchführen einer Oberflächenentladungsbearbeitung mittels elektrischer Entladung gemäss der vorliegenden Erfindung; und Fig. 2 ist eine Perspektive Ansicht, die eine Ausführungsvariante für den Fall zeigt, dass das Oberflächenbearbeitungsverfahren mittels elektrischer Entladung gemäss der vorliegenden Erfindung auf eine lineare Führungsschiene angewendet wird. Bevorzugte Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung Sich beziehend auf die angefügten Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 1 bezeichnet die Legende 1 ein Bearbeitungsbad, in welchem Bearbeitungsflüssigkeit gesammelt wird, und Legende 2 einen Bearbeitungsstand, der im Bearbeitungsbad 1 aufgestellt ist und auf welchen ein Erzeugnis 100 gelegt ist. Das Erzeugnis 100 ist ein Werkstück, dessen Oberfläche behandelt (bearbeitet oder maschinell bearbeitet) werden soll. Des Weiteren be zeichnet die Legende 3 eine Entladungselektrode und die Legende 4 eine Stromquelle, um eine Entladungsspannung zwischen der Entladungselektrode 3 und dem Erzeugnis 100 anlegen zu können. Des Weiteren bezeichnet die Legende 5 einen Schalter, um die zwischen der aus Pulver gepressten Elektrode 3 und dem Erzeugnis W angelegte Entladungsspannung und den angelegten Strom aus- bzw. einschalten zu können, die Legende 6 bezeichnet eine Kontrollschaltung zum Kontrollieren der An-/Auszustände des Schalters 5, und die Legende 7 bezeichnet einen Widerstand. Beim Oberflächenbearbeitungsverfahren mittels elektrischer Entladung gemäss der vorliegenden Erfindung wird als Entladungselektrode 3 eine aus Pulver gepresste Elektrode, wobei Mo- (Molybdenum) Pulver formgepresst wird, oder eine Ti-basierende Elektrode, welche Mo-Pulver enthalten, verwendet. In der Bearbeitungsflüssigkeit wird eine Lücke zwischen der Entladungselektrode 3 und dem Erzeugnis 100, d.h. eine Entladungslücke, durch einen gut bekannten und nicht illustrierten Positionskontrollmechanismus, welcher eine gewöhnliche Entladungsbearbeitungsmaschine aufweist, kontrolliert, und dann wird eine Entladungsspannung periodisch zwischen der Entladungselektrode 3 und dem Erzeugnis 100 im Wasser angelegt. Als Resultat davon wird die Entladungselektrode 3 durch die Energie dieser Entladung verbraucht. Verbrauchtes/geschmolzenes Material der Entladungs-elektrode 3 haftet und lagert an der Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes 100 an, sodass eine feste Schmierschicht 101, die durch das Molybdenum feste Schmierwirkung aufweist, auf der zu behandelnden Oberfläche gebildet wird. Im Fall, wo eine aus Mo-Pulver gepresste Elektrode zum Bilden des Mantels auf einem Stahlmaterial verwendet wird, kann die Grenze zwischen dem Mantel und dem Basismaterial (Stahlmaterial) nur schwer gefunden werden, und der gebildete Molybdenum-Mantel hat eine stark haftende Kraft. Auf diese Weise ist es möglich, eine feste Schmierschicht zu erhalten, die eine lange Lebensdauer aufweist. Jeder Molybdenum-Mantel hat eine eigene Schlüpfrigkeit als festes Schmiermittel und kann für mechanische Teile, die in Vakuumgeräten oder im Weltall benutzt werden, verwendet werden. Beispiele für das oben genannte Material, das eine eigene Schlüpfrigkeit (festes Schmiermittelmaterial) aufweist, umfassen Silber Ag, Gold Au, Blei Pd, Zin Sn, Indium In, weiche Metalle wie Nickel Ni, Molybdenum-Disulfide MoS2, Bor-Nitride BN, Wolfram-Disulfide WS2, überlagertes Kristallmaterial, die als feste Schmiermittel bekannt sind, und Trucite, das eine Verbindung aus Kohlenstoff und Fluor (PFPE Harz) ist. Sogar wenn eine aus Pulver gepresste Elektrode oder eine Metallelektrode eine oder mehrere dieser Substanzen umfasst, kann, abgesehen von der aus Pulver gepressten Elektrode, die aus Molybdenum gemacht ist, eine feste Schmierschicht, die Schmiermittelwirkung aufweist und eine lange Lebensdauer hat, auf der Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes gebildet werden. Im Allgemeinen wird ein Schmiermittel, wie z.B. Schmieröl oder Schmierfett, zum Schmieren verwendet. Es gibt jedoch viele Umgebungen, in welchen ein solches Schmiermittel nicht verwendet werden kann. Z.B. in Vakuumatmosphäre, wie z.B. bei einer Halbleiterproduktionslinie, verdampft ein Schmiermittel, sodass es nicht verwendet werden kann. In einer Hochtemperaturumgebung, wie z.B. in einer Eisenfabrikationslinie, verdampft ein Schmiermittel ebenfalls, sodass es nicht verwendet werden kann. In der Vakuumatmosphäre, wie z.B. einer Halbleiterproduktionslinie oder im Weltall, und in einer Hochtemperaturumgebung, wie z.B. eine Eisenfabrikationslinie, verdampft ein flüssiges Schmiermittel während seiner Benutzung. Demzufolge ist es bedeutsam, dass auf mechanischen Teilen, die in einer Umgebung benutzt werden, wo ein flüssiges Schmiermittel nicht angewendet werden kann, ein Mantel mit der oben genannten eigenen Schlüpfrigkeit und einer starken Anhaftkraft zum Basismaterial (feste Schmiermittelschicht), durch ein einfaches Gerät, das einer elektrischen Entladungsmaschine entspricht, gebildet wird. Wenn das Erzeugnis ein langes Produkt, wie z.B. eine lineare Führungsschiene ist, kann Unterwasser-entladung, ähnlich zu der Unterwasserentladung in einem Bearbeitungsbad, unter Sprühen von Wasser, welches die Bearbeitungsflüssigkeit ist, von einer Düse 10 zu einer Entladungslücke zwischen der Entladungselektrode 3 und der linearen Führungsschiene 110 durchgeführt werden, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. In Fig. 2 sind die Teile, die den gleichen Teilen von Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Referenznummern behaftet wie in Fig. 1, und die Erklärung der Teile wird ausgelassen. In diesem Fall wird die Lücke zwischen der Entladungselektrode 3 und der linearen Führungsschiene 110, die das Erzeugnis ist, d.h. die Entladungslücke, auf eine angemessene Lücke hin kontrolliert (10 mu m zu mehreren 10 mu m). Während Wasser, das die Bearbeitungsflüssigkeit ist, von der Düse darauf gespritzt wird, wird eine Entladungsspannung periodisch zwischen der Entladungselektrode 3 und der linearen Führungsschiene 110 angelegt. Dadurch wird eine gepulste Entladung zwischen der Entladungs-elektrode 3 und dem Erzeugnis in Wasser erzeugt. Als Resultat davon wird die Entladungselektrode 3 durch die Entladungsenergie verbraucht. Verbrauchtes/geschmolzenes Material der Entladungselektrode 3 haftet und lagert an der Oberfläche der zu behandelnden linearen Führungsschiene 110 an, um einen Mantel mit eigener Schlüpfrigkeit, der schmierende Wirkung hat, z.B. aus Molybdenum, d.h. eine feste Schmiermittelschicht 111 auf der zu behandelnden Oberfläche, zu bilden. Auf diese Weise ist es möglich, eine lineare Schiene zu erhalten, die sogar in Vakuumatmosphäre oder in einer Hochtemperaturumgebung verwendet werden kann und eine eigene Schmierung aufweist. Industrielle Anwendbarkeit Wie weiter oben beschrieben, macht das Oberflächenbearbeitungsverfahren mittels elektrischer Entladung gemäss der vorliegenden Erfindung es möglich, dass ein Werksteil durch einen selbstschmierenden Mantel wirksam Festschmiermitteleigenschaften erhält, wofür ein flüssiges Schmiermittel nicht benutzt werden kann, da das Teil entweder in vakuumisierter Atmosphäre oder in einer Hochtemperaturumgebung benutzt wird. Das vorliegende Verfahren kann bei mechanischen Teilen zur Benutzung in Vakuumatmosphäre oder in Hochtemperaturumgebungen benutzt werden.
Claims (4)
1. Ein Oberflächenbehandlungsverfahren mittels elektrischer Entladung, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erzeugen einer elektrischen Entladung in einer gepulsten Form zwischen einer Elektrode und einem Werkstück in einer Bearbeitungsflüssigkeit, die keine Kohlenstoffkomponenten beinhaltet, wobei die Elektrode aus einem Material mit fester Schmiermittelwirkung gebildet ist; und Anhaften und Anlagern des von der Elektrode verbrauchten oder geschmolzenen Materials wegen der erzeugten elektrischen Entladung auf der Oberfläche des Werkstückes, wobei ein Mantel mit schmierender Wirkung auf der Oberfläche des Werkstückes gebildet wird.
2.
Ein Oberflächenbehandlungsverfahren mittels elektrischer Entladung nach Anspruch 1, wobei das Material, welches feste Schmiermittelwirkung aufweist, Molybdenum, Molybdenum Disulfide, Bor-Nitride, Wolfram-Disulfide, Kohlenstoff, Silber, Gold, Blei, Zinn, Indium, Nickel oder Trucite, das eine Verbindung aus Kohlenstoff und Fluor ist, ist.
3. Ein Oberflächenbehandlungsverfahren mittels elektrischer Entladung nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungsflüssigkeit, die keine Kohlenstoffkomponenten besitzt, Wasser ist.
4.
Eine Elektrode zur Oberflächenentladungsbehandlung, die zur Durchführung eines Oberflächenbehandlungsverfahrens mittels elektrischer Entladung in einer Bearbeitungsflüssigkeit, die keine Kohlenstoffkomponenten enthält, verwendet wird, wobei die Elektrode eine aus Pulver gepresste Elektrode, die durch Formpressen von Pulver aus Molybdenum, Molybdenum Disulfide, Bor-Nitride, Wolfram-Disulfide, Kohlenstoff, Silber, Gold, Blei, Zinn, Indium, Nickel oder Trucite, das eine Verbindung aus Kohlenstoff und Fluor ist, erhalten wurde, oder eine Metallelektrode, die eine oder mehrere der genannten Komponenten umfasst, ist.
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