CN1798871B - 放电表面处理用电极和放电表面处理方法及放电表面处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的放电表面处理用电极(202)是在以下的放电表面处理中使用的，该放电表面处理为，以将金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末压缩成型的粉末压缩体作为电极(201)，在加工液(205)中或气体中，使电极(201)与工件(202)之间产生放电，利用其能量，在工件(202)表面形成由电极材料或电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，使不希望被熔融的材料的粉末的粒径，比希望被熔融的材料的粉末的粒径大。

Description

放电表面处理用电极和放电表面处理方法及放电表面处理装置
技术领域
本发明涉及一种放电表面处理用电极，其在以下的放电表面处理中使用，该放电表面处理为，以将金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末压缩成型的粉末压缩体作为电极，使电极和被加工件之间产生脉冲状放电，利用其能量，在被加工件表面形成由电极材料或电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜。本发明还涉及使用该放电表面处理用电极的放电表面处理方法和其装置。
背景技术
在航空器用燃气涡轮发动机的涡轮螺旋桨等的表面，必须涂覆或堆焊具有高温环境下的强度和润滑性的材料。作为这种在高温环境下具有强度和润滑性的材料，可以例举Cr(铬)和Mo(钼)，已知它们通过在高温环境下被氧化变成氧化物而发挥润滑性。目前，是通过对含有这种Cr和Mo的材料进行焊接和喷镀等方法使其覆盖膜增厚。在这里，所谓焊接是指通过在要形成覆盖膜的被加工件(以下称之为工件)和焊接棒之间放电，使焊接棒的材料熔融附着在工件上的方法；所谓喷镀是指使金属材料成为熔融状态，以喷雾状向工件上喷吹形成覆盖膜的方法。
但是，这些焊接和喷镀的任一个方法都是人工作业，由于需要熟练，所以存在作业难以流水线化、成本高的问题。此外，特别是焊接，由于是热量集中进入工件的方法，所以在处理厚度薄的材料的情况，以及处理如单晶合金、定向凝固合金等方向控制合金那样的容易开裂材料的情况下，还有容易产生焊接裂纹、成品率低的问题。
另一方面，作为在工件上形成具有高温环境下的强度和润滑性的覆盖膜的、与焊接和喷镀等表面处理方法不同的其他表面处理技术，建立了例如由放电加工的表面处理(下面称为放电表面处理)(例如，参照专利文献1)。在由该放电表面处理的厚膜形成中，从电极侧的材料的供给和该被供给的材料在工件表面的熔融及与工件材料的结合方式，对覆盖膜性能最有影响。对该电极材料的供给产生影响的是电极的强度，即硬度。在上述专利文献1中，通过使放电表面处理用电极具有一定的硬度，并且抑制由放电的电极材料的供给，而使供给的材料充分熔融，在工件表面上形成硬质陶瓷覆盖膜。
专利文献1
国际公开第99/58744号小册子(第7～8页)
但是，为了实现使用放电表面处理形成具有高温环境下的强度和润滑性的覆盖膜的表面处理，必须如上述那样，在高温环境下使Cr和Mo氧化而成为氧化物，但如果利用放电的能量，使从电极供给到极间的材料充分熔融，则出现在如油那样的含碳的加工液中进行处理时，形成碳化物的材料变成碳化物的问题。在这里，所谓容易形成碳化物的材料，是Ti(钛)、V(钒)、Cr、Zr(锆)、Nb(镍)、Mo、Hf(铪)、Ta(钽)、W(钨)、Si(硅)、B(硼)等材料。如果使用含这些材料的粉末的电极进行放电表面处理，则例如象Ti变成碳化钛、Cr变成碳化铬、Mo变成碳化钼那样，变成碳化物。如果变成碳化物，则与金属状态的情况相比，难以氧化。例如，在碳化铬的情况下，因为直到900℃左右的高温都具有耐氧化性，所以即使在高温环境下也难以变成氧化物，其结果，难以发挥润滑性。
本发明是鉴于上述问题进行的发明，其目的在于得到一种放电表面处理用电极，其即使在油这种成分中含有碳的加工液中进行的放电表面处理中，也能够在工件上形成具有高温环境下的强度和润滑性的覆盖膜。此外，其目的还在于，得到使用该放电表面处理用电极的放电表面处理方法及其装置。
发明内容
为了实现上述目的，本发明涉及的放电表面处理用电极是在以下的放电表面处理中使用的，该放电表面处理为，以将金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末压缩成型的粉末压缩体作为电极，在加工液中或气体中，使前述电极与工件之间产生放电，利用其能量，在前述工件表面形成由电极材料或电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，该电极包含不希望被碳化的材料和希望被熔融的材料，其中，所述不希望被碳化的材料的粉末的粒径比所述希望被熔融的材料的粉末的粒径大。
附图说明
图1是表示成型粉末时使用的成型器的剖面形状的图，图2是示意表示使用放电表面处理用电极进行放电表面处理情况的图，图3A是表示放电时施加在放电表面处理用电极与工件之间的电压波形的图，图3B是表示放电时流经放电表面处理装置的电流的电流波形的图，图4是示意表示使用实施方式2的放电表面处理用电极进行放电表面处理情况的图，图5是示意表示涂覆了Ti的Cr粉末的剖面的图，图6是示意表示使用实施方式3的放电表面处理用电极进行放电表面处理情况的图，图7是示意表示使用实施方式4的放电表面处理用电极进行放电表面处理情况的图。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明涉及的放电表面处理用电极和放电表面处理方法以及放电表面处理装置的优选的实施方式进行详细说明。此外，在以下的说明中，有时也将放电表面处理用电极简称为电极。
实施方式1.
在本发明中，对用于使用放电表面处理而实现具有高温环境下的强度和润滑性的覆盖膜向工件的形成的放电表面处理进行说明。在放电表面处理中，通过发明人的研究，明确了以下1～4中所示的情况。
1.电极材料具有粒径小的优先熔融的倾向。特别是，在以小粒径(粒径小于或等于3μm左右)的粉末作为电极材料的情况下，其材料成为工件上的覆盖膜时，可以观察到材料充分熔融的痕迹。
这被认为是，粉末材料的熔融取决于粉末的体积与进入该粉末的热能的关系，但粉末材料的表面积由粒径的2次方决定，与之相对，体积由粒径的3次方决定，颗粒越小，粉末单位体积承受的热能越多。在变成碳化物的材料的情况下，如果材料成为熔融状态，则变成化学反应容易进行的状态，在油这种含有碳的加工液中成为碳化物。
2.在以大粒径(粒径大于或等于6μm左右)的粉末作为电极材料的情况下，如果其材料成为工件上的覆盖膜，则覆盖膜内存在很多空洞，难以致密地形成。因此要使覆盖膜致密地形成，优选粒径小到某种程度。
3.在油这种含有碳的加工液中进行放电表面处理的情况下，即使电极中含有形成碳化物的材料，只要在电极中含有比该材料更容易形成碳化物的材料，则该材料难以碳化。
4.在油这种含有碳的加工液中进行放电表面处理的情况下，即使在电极中含有形成碳化物的材料，在此材料不是作为单独的粉末被含有，而是作为与其他金属的合金的粉末而被含有的情况下，该材料也难以碳化。
本发明在以上研究的基础上，使电极材料中同时存在在放电表面处理中不希望被熔融的材料(例如，为了成为具有高温环境下的强度和润滑性的覆盖膜而不希望成为碳化物的材料)和希望被熔融的材料(例如容易形成碳化物的材料)，使希望被熔融的材料优先熔融，使不希望被熔融的材料以原来的状态作为在工件上形成的覆盖膜的成分。
在本实施方式1中，关于放电表面处理，以在工件上形成含有不希望被碳化的材料即Cr的覆盖膜的情况为例进行说明。首先，对在本实施方式1中使用的放电表面处理用电极的制造方法进行说明。图1是表示成型粉末时使用的成型器的剖面形状的图。将下冲头104从形成于金属模具(阴模)105上的孔的下部插入，在由这些下冲头104和金属模具(阴模)105形成的空间中，填充不希望被碳化的材料即Cr粉末101和Co粉末102的混合物。如果形成碳化物的材料熔融则变得容易碳化。在这里，可以使不希望被熔融(碳化)的材料的粉末粒径大于3μm，使希望被熔融的材料的粉末粒径小于3μm。在本实施方式1中，混合80重量％的粒径为6μm左右的Cr粉末和20重量％的粒径为1μm左右的Co粉末。然后，将上冲头103从形成于金属模具(阴模)105上的孔的上部插入。利用加压器等从这样填充了Cr粉末和Co粉末的混合物的成型器的上冲头103和下冲头104的两侧施加规定的压力，进行压缩成型。由此，粉末凝结，成为粉末压缩体。
此外，在混合Cr粉末和Co粉末时，也可以混入重量比为1％～10％左右的石蜡等的蜡。因为如果这样在粉末中混合蜡后压缩成型，则由于冲压时冲压的压力可以很好地向粉末内部传递，所以如果混入蜡可以改善成型性。但是，因为蜡是绝缘性物质，电极内的蜡的残留量越多，电导率越差，从而放电性能恶化，所以优选在混入蜡时，在后面的工序中将蜡去除。作为去除蜡的方法，有将含蜡的被压缩成型的粉末压缩体装入真空炉中进行加热的方法。
此外，被压缩成型的粉末压缩体，如果利用压缩得到规定的硬度，则可以直接作为放电表面处理用的电极使用，但通过加热可以增加强度。因此，从使用的角度也优选利用加热而成为粉笔一样的硬度，作为放电表面处理用电极。
图2是示意表示使用通过以上的工序制造的、由Cr粉末(粒径6μm)和Co粉末(粒径1μm)构成的放电表面处理用电极，进行放电表面处理情况的图。在该图2中，在加工液203中具有工件202和放电表面处理用电极201，该放电表面处理用电极201与工件202上要形成覆盖膜的位置相对，由上述Cr粉末和Co粉末的粉末压缩体构成，在这些放电表面处理用电极201和工件202之间连接放电表面处理用电源204。通过由放电表面处理用电源204施加在放电表面处理用电极201和工件202之间的脉冲电压，在放电表面处理用电极201和工件202之间产生放电的电弧柱205。
如果放电表面处理用电极201和工件202之间产生脉冲状放电，则利用放电的能量，构成放电表面处理用电极201的电极材料熔融后释放，到达工件202表面。该电极材料在工件202表面凝固后成为覆盖膜。
图3A和图3B是表示放电表面处理条件的图，图3A是表示放电时施加在放电表面处理用电极与工件之间的电压波形，图3B表示放电时流经放电表面处理装置的电流的电流波形。如图3A所示，在时刻t0，在两极之间施加无负荷电压ui，在经过放电延迟时间td后的时刻t1，在两极之间开始流过电流，放电开始。此时的电压为放电电压ue，此时流过的电流为峰值电流值ie。然后，如果在时刻t2停止向两极之间的电压的供给，则电流不流动。将时刻t2-t1称为脉冲宽度te。将此时刻t0～t2中的电压波形，间隔间歇时间to而反复施加在两极之间。在本例中，采用以放电表面处理用电极侧为负的极性，以工件侧为正的极性，使峰值电流值(ie)为5～20A，使放电持续时间(放电脉冲宽度te)为5～100μs的放电脉冲条件。通过由以上的条件进行放电表面处理，可以形成高温环境下发挥润滑性的覆盖膜。
在本实施方式1的例子中，因为电极材料的Cr粉末和Co粉末的粒径分别为6μm、1μm，有很大差异，所以粒径小的Co粉末优先熔融，Cr粉末以不变成碳化物的状态到达工件202表面，成为覆盖膜成分。也就是说，由于存在比Cr粉末粒径小的容易产生熔融的Co粉末，所以粒径大的Cr粉末比Co粉末难熔融。因此，在工件202上形成包含未碳化的Cr的覆盖膜。其结果，在该工件202上形成的覆盖膜通过在高温环境下Cr变成氧化物而发挥润滑性。
但是，作为放电表面处理用电极的成分的粉末粒径的条件，是用于使不希望被碳化的材料不完全熔融的必要条件，而不是充分条件。为了利用放电表面处理形成致密的厚膜，必须使由放电脉冲而向极间(然后向工件表面)的电极材料的供给量适当，而且使供给的电极材料利用其放电脉冲熔融而与工件202表面牢固地结合。因此，在本实施方式1的Cr粉末和Co粉末的混合粉末的情况下，必须用JISK 5600-5-4中规定的涂膜用铅笔划痕试验，使放电表面处理用电极201的硬度在B～9B左右的硬度范围内。但是，该硬度的最优值因粉末粒径、材质等而变化。例如，随着粉末的粒径变小而更硬的值成为最优值。该JIS K 5600-5-4中规定的涂膜用铅笔划痕试验的标准原来是在评价涂装覆盖膜中使用的，但也可以适合评价硬度低的材料。当然，其他的硬度评价方法的结果和该涂膜用铅笔划痕试验的结果可以换算，也可以将其他硬度评价方法作为指标使用。
JIS K 5600-5-4的方法可以适用于比较软的电极，如本实施方式的例子那样粉末粒径6μm左右这样比较大的情况是有效的。但是，如果粉末小，例如如果粉末粒径变成1μm左右，则电极的最优硬度变硬，所以难以用此方法测定。在这样的情况下，洛氏硬度等其他测量硬度的方法是有效的。
此外，在本实施方式1中对将Cr粉末和Co粉末进行混合的情况进行了叙述，但作为在高温下发挥润滑性的材料，除此之外还有Mo等，在形成含Mo等的覆盖膜的情况下也可以同样适用。此外，在上述的说明中，使Cr粉末的粒径为6μm，使Co粉末的粒径为1μm，但粒径前后多少有些变化也可以，例如使Cr平均粉末的粒径为4μm～10μm的范围，使Co粉末的粒径为小于或等于4μm的范围，也可以得到同样的结果。此外，在使放电表面处理用电源204的电压等条件(放电的脉冲条件)变化的情况下，更宽的范围例如Cr粉末的平均粒径为10μm左右也可以。但是，在粉末粒径变化的情况下，必须使放电表面处理用电极的成型条件和放电表面处理时的电气条件(放电的脉冲条件)变化。
由本实施方式1，因为使用使Cr和Mo等的不希望被熔融的材料的粒径大于3μm，混合使Co等的希望被熔融(也可以使其熔融)的材料的粒径小于或等于3μm的粉末后制造的放电表面处理用电极，进行放电表面处理，所以可以使不希望被熔融的材料以原有的状态直接堆积在工件上而形成覆盖膜。其结果，可以在工件表面上形成在高温环境下发挥润滑性的覆盖膜。
实施方式2.
在实施方式1中，对通过使构成电极的粉末的粒径变化，使不希望被熔融的粉末不碳化而形成覆盖膜的情况进行了说明，而在本实施方式2中，对利用粉末原料固有的容易熔融的特性和难以熔融的特性，使不希望被熔融的粉末不碳化而在工件上形成覆盖膜的情况进行说明。
图4为示意表示使用实施方式2的放电表面处理用电极进行放电表面处理情况的图。该图4也与实施方式1的图2相同地，在加工液406中具有工件405和放电表面处理用电极404，该放电表面处理用电极404由含有要在工件405上形成覆盖膜的材料的粉末的粉末压缩体构成，在这些放电表面处理用电极404和工件405之间连接放电表面处理用电源407。利用由放电表面处理用电源407施加在放电表面处理用电极404和工件405之间的脉冲电压，使放电表面处理用电极404与工件405之间产生放电的电弧柱408。
在本实施方式2的说明中，举出了放电表面处理用电极404由将Cr粉末(粒径1μm)401、Ti粉末(粒径1μm)402、Co粉末(粒径1μm)403分别按30重量％、10重量％、60重量％的比例混合后而构成的情况为例子。此外，关于放电表面处理用电极404的制造方法，因为按照实施方式1的方法，所以省略其说明。
在本例中，构成放电表面处理用电极404的粉末粒径为，Cr粉末(1μm)401、Ti粉末(1μm)402、Co粉末(1μm)403，但粒径也可以前后有些变化，例如也可以分别为1μm～10μm的范围。此外，在使放电表面处理用电源407的电压等条件变化的情况下，更宽的范围例如粉末的平均粒径为10μm左右也可以。但是，在粉末的粒径变化的情况下，必须使电极的成型条件和放电表面处理时的电气条件(放电的脉冲条件)变化。
此外，在本例中，将Ti粉末的粒径定为1μm，但是如金属Ti这样有粘性的材料一般难以细小到1μm，所以可以变换成TiH2(氢化钛)使用。由于该TiH2容易粉碎，可以适于得到细小的粒径的粉末，此外，因为如果加热TiH2，则在200℃左右的温度下释放出氢后变成Ti，所以预先将TiH2混合在电极材料中，通过在将材料压缩成型后进行加热处理，可以使TiH2粉末变成Ti粉末。
下面，参照图4，对使用上述的放电表面处理用电极404进行放电表面处理的情况进行说明。如果使放电表面处理用电极404和工件405之间产生脉冲状放电，则利用放电的能量，使构成放电表面处理用电极404的电极材料熔融而释放出来，到达工件405表面。该电极材料在工件405表面凝固后成为覆盖膜。
在本例中，由于在电极材料中含有Ti粉末，所以即使各粉末熔融或变成高能状态，也成为Ti粉末容易优先产生化学反应的状态。例如，在加工液406是油的情况下，Ti粉末402与油分解生成的游离碳反应生成碳化物。被认为这是由于，已知Ti是非常容易反应的材料，在容易产生化学反应的环境下，例如在如放电的电弧柱中心那样的高温下，置于富含游离碳的环境中而最先反应。
另一方面，Cr也与Ti相同，是形成碳化物的材料，但在发生反应的容易程度上，Ti更胜一筹。在这里，为了使Ti、Cr变成碳化物，利用放电的热能将加工液406即油分解而生成的游离碳是必需的。但是，利用放电的热能与金属形成碳化物的碳有限，该碳首先与更容易碳化的材料(Ti)结合。因此，被认为即使是例如成为碳化物的材料，因为没有用于碳化的碳，所以就以不碳化的原有状态成为覆盖膜的成分。也就是说，如果存在与Cr粉末401相比容易碳化的Ti粉末402，则可以在工件405表面上形成含未碳化的Cr的覆盖膜。已知该含Cr的覆盖膜通过在高温环境下Cr变成氧化物而发挥润滑性。为了使其在高温下发挥润滑性，与碳化铬的形态相比，优选直接为Cr的状态，因此，必须使Cr粉末不会因放电能量而碳化。
根据发明人的实验，对于电极中含有形成碳化物的材料的情况下的覆盖膜的状态，明确了以下情况。首先，作为比较例，利用含Cr、不含Ti的放电表面处理用电极进行放电表面处理，当用X射线衍射对在工件405上形成的覆盖膜进行分析时，观察到碳化铬的高峰值。然后，作为本实施方式2的实施例，使用同时含有Cr和Ti的放电表面处理用电极404进行放电表面处理，当用X射线衍射对在工件405上形成的覆盖膜进行分析时，观察到碳化铬的峰值降低，代之碳化钛的高峰值。
如上所述，由本实施方式2，如果作为放电表面处理用电极的成分，包含Cr和比Cr更容易碳化的材料即Ti，则在放电表面处理时可以防止Cr的碳化，能够形成在高温环境下发挥润滑性的覆盖膜。
此外，在本实施方式2中，对使用Cr作为在高温环境下发挥润滑性的材料进行了说明，但除此之外作为这样的材料，还有Mo等，在形成含有Mo等的覆盖膜的情况下也可以同样地适用。
实施方式3.
在实施方式2中，对混合含有不希望被碳化的材料(Cr粉末)和比该材料容易碳化的材料(Ti粉末)的情况进行了说明，而在本实施方式3中，对以下情况进行说明，即，通过对不希望被碳化的材料(Cr)，用比该材料容易碳化的材料(Ti)进行涂覆，防止不希望被碳化的材料的碳化。
在下面的说明中，是将60重量％的Co粉末和40重量％的涂覆了Ti的Cr粉末混合后制造放电表面处理用电极。此外，关于涂覆了Ti的Cr粉末，是以使Ti为40重量％、使Cr为60重量％的比例，对Cr粉末实施Ti的涂覆。图5是示意表示该涂覆了Ti的Cr粉末的剖面的图。如该图所示，涂覆了Ti的Cr粉末503是在Cr粉末501的表面用Ti 502进行涂覆。在这里，作为在Cr粉末501的表面涂覆Ti 502的方法，有镀和PVD(Physical Vapor Deposition，物理蒸镀)等方法。该涂覆了Ti的Cr粉末503用于作为放电表面处理用电极的成分而使用。
图6是示意表示使用实施方式3的放电表面处理用电极进行放电表面处理情况的图。该图6也与实施方式1的图2相同地，在加工液605中具有工件604和放电表面处理用电极603，该放电表面处理用电极603由含有要在工件604上形成覆盖膜的材料的粉末的粉末压缩体构成，在这些放电表面处理用电极603和工件604之间连接放电表面处理用电源606。利用由放电表面处理用电源606施加在放电表面处理用电极603与工件604之间的脉冲电压，在放电表面处理用电极603与工件604之间产生放电的电弧柱607。
在本实施方式3的说明中，举出了放电表面处理用电极603由涂覆了Ti的Cr粉末(粒径为6μm左右)601和Co粉末(粒径为1μm)602混合而构成的情况为例子。此外，关于放电表面处理用电极603的制造方法，因为按照实施方式1的方法，所以省略其说明。
下面，参照图6，对使用上述的放电表面处理用电极603进行放电表面处理的情况进行说明。如果使放电表面处理用电极603与工件604之间产生脉冲状的放电，则利用放电的能量，使构成放电表面处理用电极603的电极材料熔融后释放出来，到达工件604表面。该电极材料在工件604表面凝固后变成覆盖膜。由于在电极材料熔融的情况下成为高能状态，所以容易产生化学反应。例如，在加工液605是油的情况下，与油分解生成的碳反应，Ti生成碳化钛，Cr生成碳化铬。
在如油那样含碳的加工液605中进行放电表面处理，在工件604上形成覆盖膜时，即使在电极603中含有形成碳化物的材料(例如Cr等)的情况下，通过在电极603中含有比该材料更容易形成碳化物的材料(Ti等)，可以抑制上述形成碳化物的材料(Cr等)的碳化。特别是如本例这样，不是单纯地混合含Cr粉末和Ti粉末的材料，而是通过对不希望被碳化的材料(形成碳化物的材料)用比该材料更容易碳化的材料进行涂覆，防止不希望被碳化的材料的碳化的效果显著。
对该效果更具体地进行说明。在本实施方式3中，由于Cr粉末被Ti覆盖，所以Cr粉末直接接触因放电的热能使加工液605即油分解生成的游离碳的概率降低。此外，Ti是为了防止与因放电的热能使加工液605即油分解生成的游离碳与Cr反应的目的而混入的，但仅通过混合含Cr粉末和Ti粉末的材料，有时在Cr粉末的附近没有Ti粉末存在，不能充分防止Cr的碳化。但是，在将Cr粉末用Ti涂覆的情况下，在Cr粉末的附近(也就是表面)必然存在比Cr更容易碳化的Ti。因为该Ti先消耗接近Cr粉末的游离碳，所以容易保护Cr粉末不碳化。这也可以从以下试验中得到确认，即，使用含有用Ti涂覆的Cr粉末601的放电表面处理用电极603进行放电表面处理，当用X射线衍射分析在工件604上形成的覆盖膜时，未观察到碳化铬的高峰值。
如上所述，由本实施方式3，如果在放电表面处理用电极中含有，放电表面处理用电极的成分为，在作为不希望被碳化的材料的Cr粉末表面，涂覆作为比Cr粉末更容易碳化的材料的Ti的粉末，则可以防止放电表面处理时Cr的碳化，可以形成在高温环境下发挥润滑性的覆盖膜。
此外，在本实施方式3中，对使用Cr作为在高温环境下发挥润滑性的材料进行说明，但除此之外作为这样的材料，还有Mo等，在形成含有Mo等的覆盖膜的情况下也可以同样地适用。
实施方式4.
在本实施方式4中，对以下情况进行说明，即，利用在形成碳化物的材料不是作为单独的粉末被含有，而是作为与其他的难形成碳化物的金属的合金的粉末被含有的情况下，该形成碳化物的材料变得难碳化的这一点，将合金粉末用于放电表面处理用电极中。
图7为示意表示使用实施方式4的放电表面处理用电极进行放电表面处理情况的图。图7也与实施方式1的图2相同地，在加工液704中具有工件703和放电表面处理用电极702，该放电表面处理用电极702由含有要在工件703上形成覆盖膜的材料的粉末的粉末压缩体构成，在这些放电表面处理用电极702和工件703之间连接放电表面处理用电源705。利用由放电表面处理用电源705施加在放电表面处理用电极702与工件703之间的脉冲电压，使放电表面处理用电极702与工件703之间产生放电的电弧柱706。此外，放电表面处理用电极702是将以Co为主要成分、包含Cr的合金粉末701成型而构成。
在这里所使用的合金成分是“20重量％的Cr、10重量％的Ni(镍)、15重量％的W、其余为Co”，但也可以是“25重量％的Cr、10重量％的Ni、7重量％的W、其余为Co”、“28重量％的Mo、17重量％的Cr、3重量％的Si、其余为Co”、“15重量％的Cr、8重量％的Fe(铁)、其余为Ni”、“21重量％的Cr、9重量％的Mo、4重量％的Ta、其余为Ni”、“19重量％的Cr、53重量％的Ni、3重量％的Mo、5重量％的(Cd(镉)+Ta)、0.8重量的％Ti、0.6重量的％Al(铝)、其余为Fe”等。
如果使放电表面处理用电极702和工件703之间产生脉冲状的放电，则利用放电的能量，构成放电表面处理用电极702的电极材料熔融后释放出来，到达工件703表面。该电极材料在工件703表面凝固而形成覆盖膜。由于在电极材料熔融的情况下成为高能状态，所以容易发生化学反应。例如，在加工液704是油的情况下，与油分解所生成的碳反应，Cr生成碳化铬，Mo生成碳化钼。但是，如果这种形成碳化物的材料(Cr、Mo等)作为与其他难形成碳化物的材料(Co等)的合金的粉末而被包含，则变得难以形成碳化物。
被认为这是由于，即使在电极中含有形成碳化物的材料(例如Cr等)的情况下，由于使该材料不是作为单独的粉末而被包含，而是作为与其他难形成碳化物的金属(Co等)的合金的粉末而被包含，形成碳化物的材料与因放电的热能加工液704即油分解所生成的游离碳直接接触的概率降低。也就是说，由本实施方式4，通过使用使作为形成碳化物的材料的Cr溶入作为不形成碳化物的材料的Co中来作为合金的粉末701而制造的放电表面处理用电极702进行放电表面处理，在工件703上形成含有未被碳化的Cr的覆盖膜。然后，通过在高温环境下此覆盖膜中的Cr变成氧化物而发挥润滑性。这也可以从以下的试验中确认，即，利用包含有含Cr的合金粉末的放电表面处理用电极进行放电表面处理，当对在工件703上形成的覆盖膜用X射线衍射分析时，没有观察到碳化铬的高峰值。同样地，利用包含有含Mo的合金粉末的放电表面处理用电极进行放电表面处理，当对在工件上形成的覆盖膜用X射线衍射分析时，没有观察到碳化钼的高峰值。
如上所示，由本实施方式4，如果作为放电表面处理用电极的成分，在放电表面处理用电极中含有Cr或Mo等容易形成碳化物的材料与Co等难形成碳化物的材料的合金的粉末，则可以在放电表面处理时防止Cr和Mo的碳化，在工件表面形成它们的覆盖膜。其结果，成为在高温环境下这些Cr和Mo被氧化的、发挥润滑性的覆盖膜。
此外，在上述的本发明的实施方式1～4中，作为电极成分混入Co是为了对加厚在工件上形成的覆盖膜产生效果。这是因为，在仅由容易形成碳化物的材料构成的放电表面处理用电极中，由于在工件上形成的覆盖膜变成碳化物陶瓷状态，所以覆盖膜的热传导恶化，容易由放电去除覆盖膜，而通过将难形成碳化物的材料即Co作为成分混入，不会使在工件上形成的覆盖膜的热传导恶化，可以使覆盖膜加厚。作为与Co具有相同效果的这样的材料，除此之外还有Ni、Fe等。
此外，在上述的实施方式1～4中，表示了在加工液中进行放电表面处理的情况，但也适用于在气体中进行的情况。在该情况下，为了使在工件上形成的覆盖膜的成分难以与气体中的成分发生化学反应，只要在放电表面处理用电极中，使上述成分的粉末的尺寸大于3μm，使比上述成分容易与气体中的成分发生化学反应的成分的尺寸小于3μm。此外，也可以在放电表面处理用电极中，使与要在上述工件上形成的覆盖膜的成分相比，容易与气体中的成分发生化学反应的成分，或作为粉末被含有，或在上述成分的表面进行涂覆。此外，也可以使用要在上述工件上形成的覆盖膜的成分和与该成分相比难以与气体中的成分发生化学反应的成分的合金粉末，形成放电表面处理用电极。
如上述说明所述，由本发明，可以防止在电极材料中所希望的成分因放电的能量熔融，可以使在工件表面上形成的覆盖膜成分中含有不熔融的成分。其结果，可以形成具有高温环境下的润滑性的覆盖膜。
工业实用性
如上所述，本发明适用于可以自动化地进行形成在高温环境下具有高强度和润滑性的厚覆盖膜的处理的放电表面处理装置。

Claims (30)

1.一种放电表面处理用电极，是在以下的放电表面处理中使用的，该放电表面处理为，以将金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末压缩成型的粉末压缩体作为电极，在加工液中或气体中，使前述电极与工件之间产生放电，利用其能量，在前述工件表面形成由电极材料或电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，
该电极包含不希望被碳化的材料和希望被熔融的材料，其中，所述不希望被碳化的材料的粉末的粒径比所述希望被熔融的材料的粉末的粒径大。
2.如权利要求1所述的放电表面处理用电极，其特征在于，
前述不希望被碳化的材料是Cr、Mo、或者含Cr或Mo的合金。
3.如权利要求2所述的放电表面处理用电极，其特征在于，
使前述Cr、Mo、或者含Cr或Mo的合金的粒径平均为4～10μm的范围。
4.如权利要求1～3中任一项所述的放电表面处理用电极，其特征在于，
前述希望被熔融的材料是不形成碳化物或难形成碳化物的金属材料。
5.一种放电表面处理用电极，是在以下的放电表面处理中使用的，该放电表面处理为，以将金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末压缩成型的粉末压缩体作为电极，在加工液中或气体中，使前述电极与工件之间产生放电，利用其能量，在前述工件表面形成由电极材料或电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，
该电极含有可以碳化但不希望被碳化的材料的粉末，和比前述不希望被碳化的材料更容易碳化的材料的粉末，以通过所述更容易碳化的材料来防止所述不希望被碳化的材料因放电能量的碳化。
6.一种放电表面处理用电极，是在以下的放电表面处理中使用的，该放电表面处理为，以将金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末压缩成型的粉末压缩体作为电极，在加工液中或气体中，使前述电极与工件之间产生放电，利用其能量，在前述工件表面形成由电极材料或电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，
该电极含有用比不希望被碳化的材料更容易碳化的材料对该不希望被碳化的材料进行涂覆后所得的材料的粉末。
7.如权利要求5或6所述的放电表面处理用电极，其特征在于，
前述不希望被碳化的材料是Cr、Mo、或者含Cr或Mo的合金，
比前述不希望被碳化的材料更容易碳化的材料是Ti。
8.一种放电表面处理用电极，是在以下的放电表面处理中使用的，该放电表面处理为，以将金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末压缩成型的粉末压缩体作为电极，在加工液中或气体中，使前述电极与工件之间产生放电，利用其能量，在前述工件表面形成由电极材料或电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，
该电极含有由不希望被碳化的材料和难碳化的材料制成的合金粉末。
9.如权利要求8所述的放电表面处理用电极，其特征在于，
前述不希望被碳化的材料是Cr、Mo、或者含Cr或Mo的合金。
10.如权利要求9所述的放电表面处理用电极，其特征在于，
前述难碳化的材料是Co、Ni或Fe。
11.一种放电表面处理方法，该放电表面处理方法为，以将金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末压缩成型的粉末压缩体作为电极，在加工液中或气体中，使前述电极与工件之间产生放电，利用其能量，在前述工件表面形成由电极材料或电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，
使用以使不希望被碳化的材料的粉末的粒径比希望被熔融的材料的粉末的粒径大的方式制成的电极来形成前述覆盖膜。
12.如权利要求11所述的放电表面处理方法，其特征在于，
前述电极中的前述不希望被碳化的材料是Cr、Mo、或者含Cr或Mo的合金。
13.如权利要求12所述的放电表面处理方法，其特征在于，
使前述Cr、Mo、或者含Cr或Mo的合金的粒径平均为4～10μm的范围。
14.如权利要求11～13中任一项所述的放电表面处理方法，其特征在于，
前述电极中希望被熔融的材料是不形成碳化物或难形成碳化物的金属材料。
15.一种放电表面处理方法，该放电表面处理方法为，以将金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末压缩成型的粉末压缩体作为电极，在加工液中或气体中，使前述电极与工件之间产生放电，利用其能量，在前述工件表面形成由电极材料或电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，
使用含有可以碳化但不希望被碳化的材料的粉末，和比前述不希望被碳化的材料更容易碳化的材料的粉末的电极，形成前述覆盖膜。
16.一种放电表面处理方法，该放电表面处理方法为，以将金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末压缩成型的粉末压缩体作为电极，在加工液中或气体中，使前述电极与工件之间产生放电，利用其能量，在前述工件表面形成由电极材料或电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，
使用含有用比不希望被碳化的材料更容易碳化的材料对该不希望被碳化的材料进行涂覆后得到的材料的粉末的电极，形成前述覆盖膜。
17.如权利要求15或16所述的放电表面处理方法，其特征在于，
前述不希望被碳化的材料是Cr、Mo、或者含Cr或Mo的合金，
比前述不希望被碳化的材料更容易碳化的材料是Ti。
18.一种放电表面处理方法，该放电表面处理方法为，以将金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末压缩成型的粉末压缩体作为电极，在加工液中或气体中，使前述电极与工件之间产生放电，利用其能量，在前述工件表面形成由电极材料或电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，
使用含有由不希望被碳化的材料与难碳化的材料制成的合金粉末的电极，形成覆盖膜。
19.如权利要求18所述的放电表面处理方法，其特征在于，
前述不希望被碳化的材料是Cr、Mo、或者含Cr或Mo的合金。
20.如权利要求19所述的放电表面处理方法，其特征在于，
前述难碳化的材料是Co、Ni或Fe。
21.一种放电表面处理装置，该放电表面处理装置为，将由将金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末压缩成型的粉末压缩体构成的电极，和欲在其上形成覆盖膜的工件配置在加工液中或气体中，利用与前述电极和前述工件电气连接的电源装置，使前述电极与前述工件之间产生脉冲状的放电，利用其能量，在前述工件表面形成由电极材料或电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，前述电极以使不希望被碳化的材料粉末的粒径比希望被熔融的材料粉末的粒径大的方式制成。
22.如权利要求21所述的放电表面处理装置，其特征在于，
前述不希望被碳化的材料是Cr、Mo、或者含Cr或Mo的合金。
23.如权利要求22所述的放电表面处理装置，其特征在于，
使Cr、Mo、或者含Cr或Mo的合金的平均粒径为4～10μm的范围。
24.如权利要求21～23中任一项所述的放电表面处理装置，其特征在于，
前述希望被熔融的材料是不形成碳化物或难形成碳化物的金属材料。
25.一种放电表面处理装置，该放电表面处理装置为，将由把金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末压缩成型的粉末压缩体构成的电极和欲在其上形成覆盖膜的工件配置在加工液中或气体中，利用与前述电极和前述工件电气连接的电源装置，使前述电极与前述工件之间产生脉冲状的放电，利用其能量，在前述工件表面形成由电极材料或电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，
前述电极含有可以碳化但不希望被碳化的材料的粉末，和比前述不希望被碳化的材料更容易碳化的材料的粉末，以通过所述更容易碳化的材料来防止所述不希望被碳化的材料因放电能量的碳化。
26.一种放电表面处理装置，该放电表面处理装置为，将由将金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末压缩成型的粉末压缩体构成的电极和欲在其上形成覆盖膜的工件配置在加工液中或气体中，利用与前述电极和前述工件电气连接的电源装置，使前述电极与前述工件之间产生脉冲状的放电，利用其能量，在前述工件表面形成由电极材料或电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，
前述电极含有用容易碳化的材料对不希望被碳化的材料进行涂覆后的材料的合金粉末。
27.如权利要求25或26所述的放电表面处理装置，其特征在于，
前述不希望被碳化的材料是Cr、Mo、或者含Cr或Mo的合金，
比前述不希望被碳化的材料更容易碳化的材料是Ti。
28.一种放电表面处理装置，该放电表面处理装置为，将由将金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末压缩成型的粉末压缩体构成的电极和欲在其上形成覆盖膜的工件配置在加工液中或气体中，利用与前述电极和前述工件电气连接的电源装置，使前述电极与前述工件之间产生脉冲状的放电，利用其能量，在前述工件表面形成由电极材料或电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，
前述电极含有由不希望被碳化的材料与难碳化的材料制成的合金粉末。
29.如权利要求28所述的放电表面处理装置，其特征在于，
前述不希望被碳化的材料是Cr、Mo、或者含Cr或Mo的合金。
30.如权利要求29所述的放电表面处理装置，其特征在于，
前述难碳化的材料是Co、Ni或Fe。
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