DE112006002588T5

DE112006002588T5 - Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung, Entladungsoberflächenbehandlungsverfahren und Film

Info

Publication number: DE112006002588T5
Application number: DE112006002588T
Authority: DE
Inventors: Masao Akiyoshi; Akihiro Goto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-08-21
Also published as: US20090246463A1; CN101278070A; WO2007043102A1; CN101278070B; WO2007040161A1

Abstract

Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung, die ein Preßteil, geformt aus Metallpulvern, oder ein Preßteil, erhalten durch Erhitzen des aus Metallpulvern geformten Preßteils, ist, zwischen der und einem Werkstück gepulste elektrische Entladung unter Bildung eines Films aus einem Elektrodenmaterial oder eines Films aus Substanz, die mit dem Elektrodenmaterial reagiert, an einer Oberfläche des Werkstücks durch Entladungsenergie erzeugt wird, wobei die Elektrode 90 Gew.-% oder mehr von einem von Zn-Pulvern, Sn-Pulvern und Ni-Pulvern enthält.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Entladungsoberflächenbehandlung, bei der mit einem Preßteil, geformt aus Metallpulver oder Metallverbindungspulvern, oder einem Pulverpreßteil, erhalten durch Erhitzen des Preßteils der Pulver, als Elektrode eine gepulste elektrische Entladung zwischen der Elektrode und einem Werkstück in Arbeitsfluid oder in Luft erzeugt wird, um einen Film eines Elektrodenmaterials oder einen Film einer Substanz, mit der das Elektrodenmaterial reagiert, durch die Entladungsenergie an einer Oberfläche des Werkstücks zu bilden.
Stand der Technik
Unter dem Gesichtspunkt der Haltbarkeit und der Energieeinsparung ist es nicht notwendig, Oberflächen von zwei Metallkomponenten abzureiben bzw. abzuschleifen, wenn die zwei Komponenten aneinander reiben bzw. gleiten. Um einen Abrieb eines gleitenden Teils in einem Grenzschmierbereich zwischen Metallkomponenten zu unterdrücken, wird im allgemeinen ein Reaktionsfilm auf dem gleitenden Teil ausgebildet.
Der Reaktionsfilm ist ein fester Schmiermittelfilm, der aus Eisensulfid, Eisenphosphat oder Eisenchlorid besteht, nicht leicht geschert wird und durch chemische Reaktion eines aktiven Elements, zum Beispiel Phosphor oder Chlor, das im Schmiermittel enthalten ist, durch Reibungserwärmen erzeugt wird. Ein solcher Reaktionsfilm kann einen Abrieb unterdrücken.
Beispiele für Materialien, die einen solchen Reaktionsfilm bilden können, umfassen Fe (Eisen), Sn (Zinn), Zn (Zink), Cr (Chrom) und Ni (Nickel).
Vor kurzem wurde die Entladungsoberflächenbehandlung als Verfahren zur Ausbildung eines Films, der nicht leicht abschuppt, entwickelt.
In einigen herkömmlichen Beispielen wird ein Film aus Keramik durch Verwendung einer Elektrode, die Zn oder Cr enthält, gebildet, so daß der Film ausreichende Härte hat, obgleich die Bildung eines Zn-Films oder eines Cr-Films nicht der Hauptzweck der Beispiele ist.
Beispielsweise offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. H07-70761 eine Technologie zur Bildung einer Oberflächenschicht auf einer Al-Oberfläche oder einer Al-Legierungsoberfläche als Basismaterial. Die Oberflächenschicht wird aus einem Gemisch aus Carbid, hergestellt aus einer Reaktion von gelöstem Kohlenstoff mit einem einfach carbonisierbaren Metall, das in einer Elektrode enthalten ist, und Material der Elektrode durch Durchführen einer Oberflächenbehandlung in Arbeitsfluid zur Erzeugung des gelösten Kohlenstoffs durch Entladung von Petroleum oder Kerosin durch Verwendung einer Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung hergestellt. Die Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung wird durch Preßformen in eine vorbestimmte Form geformt, indem Al-Pulver als Bindemetall zu Pulver, das aus einem einzelnen Metall besteht, das leicht carbonisiert wird, oder gemischten Pulvern aus mehr als zwei Materialien gegeben wird, geformt.
Mit anderen Worten, eine Aufgabe der herkömmlichen Technologie, die in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. H07-70761 offenbart ist, besteht darin, einen Film, der aus Carbid besteht, mit ausreichender Härte durch Carbonisieren eines einfach carbonisierbaren Metalls durch Entladung unter Verwendung von flexiblem Al-Pulver als Bindemittel zum Formen von einfach carbonisierten Metallpulvern zu bilden.
Wenn das Verhältnis von flexiblem Material, zum Beispiel Al, in einem Film zunimmt, nimmt die Festigkeit des Films in großem Umfang ab. In der Technologie zur Bildung eines Films mit ausreichender Härte, die in der offengelegten japanischen Patentanmeldung H07-70761 offenbart ist, ist daher die Menge an Al-Pulver, die in der Elektrode enthalten ist, soweit wie möglich supprimiert, was in der Begrenzung seines Gewichtsverhältnisses auf 64 Gew.-% resultiert.
Als Material, das zu einem ähnlichen Zweck wie Al-Pulver dient, können Zn-Pulver verwendet werden.
Darüber hinaus offenbart die internationale Publikation WO 2004/108990 eine Technologie zur Bildung eines dicken Metallfilms durch Verwendung einer Elektrode, die aus einem Gemisch aus Co (Cobalt) mit mehr als 40 Vol.-%, das kein Carbid bildet, und Cr₃C₂ (Chromcarbid) hergestellt ist.
Als Beispiele für Materialien, die kein Carbid bilden, werden Ni, Fe, Al, Cu oder Zn zusätzlich zu Co offenbart.

Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. H07-70761
Patentdokument 2: internationale Publikation WO 2004/108990 .

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
In einer solchen Verwendungsumgebung, in der der Reibungskoeffizient oder das Verschleißvolumen durch Verwendung eines Reaktionsfilms kontrolliert wird, muß der Reaktionsfilm aus Zn- oder Cr-Phosphid oder -Sulfid an einem Gleitteil gebildet werden. Ein solcher Reaktionsfilm wurde durch Zugeben von Zn oder Zn-Verbindung als Additiv zu einem Schmiermittel gebildet. Wenn allerdings eine große Menge an Zn dem Schmiermittel zugesetzt wird, kann das Schmiermittel nicht als Schmiermittel wirken. Dementsprechend gibt es eine Beschränkung bei der Zugabemenge. Wenn andererseits die Zugabemenge unzureichend ist, kann nicht die gesamte Oberfläche der Gleitoberfläche durch den Film beschichtet werden, was in einem Scheitern bei der Kontrolle des Reibungskoeffizienten oder beim Reduzieren des Verschleißvolumens resultiert.
Mit anderen Worten, wenn ein Cr- oder Zn-Film auf dem Gleitteil gebildet werden kann, reagiert ein solcher Film mit P (Phosphor) oder S (Schwefel) in einem Schmiermittel, so daß im wesentlichen die ganze Oberfläche des Gleitteils mit einem Reaktionsfilm beschichtet werden kann. Als Resultat kann der Reibungskoeffizient kontrolliert werden und der Abrieb von Materialien kann unterdrückt werden. Allerdings schuppt ein herkömmlicher Film, der durch Zn- oder Cr-Plattierung gebildet wurde, leicht bei Anwendung einer geringen Belastung ab, so daß ein solcher Film nicht praktisch ist, und es ist schwierig, einen Zn-Film oder einen Cr-Film zur Bildung eines Reaktionsfilms auf dem Gleitteil aufzutragen.
Nach der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. H07-70761 wird ein Beispiel, bei dem Zn-Pulver zu einer Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung gemischt wird, als Film mit ausreichender Härte offenbart, der aus carbonisiertem Metall hergestellt ist, das einfach carbonisiert wird. Da die Zn-Pulver als Bindemittel gemischt werden, ist ihr Verhältnis zu den Komponenten allerdings gering. Daher ist es schwierig, einen Reaktionsfilm durch Einfluß des Materials der Hauptkomponente zu bilden.
Die internationale Publikation WO 2004/108990 offenbart eine Technologie zum Vermischen von Co-Pulvern mit 40 Vol.-% mit Cr₃C₂ zur Bildung eines dicken Films. Darüber hinaus wird offenbart, daß Zn dieselbe Wirkung wie Co hat. Eine offenbarte Tatsache ist allerdings, daß Zn mit Cr₃C₂ vermischt wird, und daß es noch schwierig ist, einen Reaktionsfilm mit einer geringen Menge an Zn zu bilden oder die Härte der Oberfläche einer Komponente zu kontrollieren.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme in der herkömmlichen Technologie zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Zn-, Sn-, Cr- oder Ni-Film, der ein Phosphid- oder Sulfid-Reaktionsfilm sein kann, in einem Schmiermittel, das Phosphor oder Schwefel enthält, zu bilden.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Film zu bilden, der am Gleitteil eine andere Härte hat, und insbesondere einen Film mit hoher Abriebbeständigkeit und verschiedenen Reibungskoeffizienten, der sich auch vom Gleitteil im Grenzschmierbereich nicht abtrennt und ein Verfahren zur Bildung eines solchen Films bereitzustellen.
Mittel zur Lösung des Problems
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Elektrode, die für eine Entladungsoberflächenbehandlung verwendet wird, ein Preßteil, geformt aus Metallpulvern, oder ein Preßteil, erhalten durch Erhitzen des Preßteils, das aus Metallpulvern geformt ist. Zwischen der Elektrode und einem Werkstück wird eine gepulste elektrische Entladung erzeugt, um einen Film eines Elektrodenmaterials oder einen Film einer Substanz, die mit dem Elektrodenmaterial reagiert, an einer Oberfläche des Werkstücks durch Entladungsenergie zu bilden. Die Elektrode enthält 90 Gew.-% oder mehr eines von Zn-Pulvern, Sn-Pulvern und Ni-Pulvern.
Effekt der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Zn-, Sn-, Cr- oder Ni-Film, der kaum abschuppt, zu bilden, und der Film kann ein Phosphid- oder Sulfid-Reaktionsfilm in einem Schmiermittel, das Phosphor oder Schwefel enthält, sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Bildung einer Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen Formungsdruck zur Formung einer Elektrode unter Verwendung von Zn-Pulvern, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 2 μm haben, und dem Widerstand der Elektrode, gemessen durch das Vier-Sonden-Verfahren, das in Japanese Industrial Standards JIS K7194 spezifiziert ist.
3 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen einer Änderung des Widerstands einer Elektrode, geformt aus Zn-Pulvern, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 2 μm haben, und der Menge an Zn an der Oberfläche eines Films nach Durchführung einer Entladungsoberflächenbehandlung, erhalten durch EDS(Energy-Dispersive Röntgenspektroskopie).
4 veranschaulicht Filmoberflächen, die durch TOF-SIMS nach Durchführung eines Gleittests analysiert wurden.
5 ist eine Querschnittphotographie und ein Diagramm des Resultats der Linienanalyse eines Zn-Films, gebildet auf einem SCM(Chrom-Molybdän-Stahl) unter Verwendung einer Elektrode mit einem Widerstand von 0,02 Ω unter den Bedingungen eines Spitzenstroms von 5 A und einer Entladungszeit von 0,5 μs.
6 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen einem Produkt aus Entladungsstrom und Entladungszeit und der Filmoberflächenhärte bei Bildung eines Films auf einem Werkstück, das aus S45C (Kohlenstoffstahl) besteht und eine Härte von etwa 300 HV hat, wobei eine Elektrode mit einem Widerstand von 0,02 Ω verwendet wird.
7 ist ein Diagramm der Filmhärte bei Bildung eines Films unter Verwendung von Elektroden, gebildet aus TiC- und Zn-Pulvern mit einem Partikeldurchmesser von 2 μm, vermischt in unterschiedlichen Verhältnissen.
Bester Modus (beste Modi) zur Durchführung der Erfindung
Erste Ausführungsform
Das Prinzip einer Entladungsoberflächenbehandlung wird nachfolgend beschrieben.
Eine geformte Komponente, die aus Metall oder Legierungspulver besteht, oder eine hitzebehandelte Komponente, die durch Erhitzen der geformten Komponente hergestellt wurde, wird als Elektrode verwendet. Eine solche Elektrode wird in einem Arbeitstank angeordnet, welcher mit Petroleum-Arbeitsfluid gefüllt ist, wobei ein vorbestimmter Zwischenraum von einem Basismaterial (Arbeitsstück), das in den Arbeitstank gestellt ist, gehalten wird. Die Elektrode wird als Kathode verwendet, während das Werkstück als Anode verwendet wird, wobei diese so angeordnet sind, daß sie nicht miteinander in Kontakt kommen, wobei ein Servomechanismus an einer Hauptwelle verwendet wird, der Art, daß eine Entladung zwischen der Elektrode und dem Werkstück bewirkt wird. Obgleich Petroleum oben als Arbeitsfluid beschrieben wird, kann eine Entladung auch in Luft oder in Wasser erzeugt werden.
Das Werkstück und die Elektrode werden durch Hitze, die durch die Entladung erzeugt wird, geschmolzen oder verdampft. Ein Teil der geschmolzenen Elektrode (geschmolzenes Partikel) wird an die Oberfläche des Werkstücks durch Strahlen oder durch elektrostatische Kraft, erzeugt durch Verdampfung, abgegeben.
Wenn der Teil der geschmolzenen Elektrode die Oberfläche des Werkstücks erreicht, wird der Teil als Beschichtung (Film) darauf wieder verfestigt. Die Beschichtung wird an der geschmolzenen Oberfläche des Werkstücks abgeschieden und das Werkstück und die Beschichtung werden durch Diffusionsbindung miteinander verbunden. Daher trennt sich die Beschichtung kaum von dem Werkstück.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand von 1 beschrieben.
Es gibt Materialien, die mit Phosphor oder Schwefel, der im Schmiermittel enthalten ist, unter Bildung eines Reaktionsfilms reagieren. Die Materialien umfassen Zn, Sn, Cr, Ni und dgl., mit welchen eine Elektrode zur Bildung der Beschichtung hergestellt ist.
Gemäß der Ausführungsform werden im großen Umfang Zn- oder Sn-Pulver, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 15 μm oder weniger haben, oder Cr- oder Ni-Pulver, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 4 μm oder weniger haben, verwendet.
Wenn Cr-Pulver verwendet wird, wird Cr-Pulver, das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von mehreren 10 μm hat, das auf dem Markt ist, so mit einer Zerkleinerungsvorrichtung, zum Beispiel einer Kugelmühle, vermahlen, daß es einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 4 μm hat.
Nachdem Pulver in Fluid vermahlen wurden, ist es notwendig, das Fluid zu verdampfen und die Pulver zu trocken. Elektrodenpulver, die auf diese Weise getrocknet wurden, liegen als großer Klumpen vor.
Um den großen Klumpen in Stücke zu trennen, wird der Klumpen unter Verwendung eines Siebs mit einer Maschengröße im Bereich von 100 μm bis 300 μm gesiebt.
Wenn Zn-, Sn- oder Ni-Pulver verwendet werden, ist es möglich handelsübliche Partikel, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von mehreren 10 μm haben, ohne Vermahlen der Pulver zu verwenden. In diesem Fall ist es allerdings notwendig, die Pulver zu sieben, da die Pulver in einem Klumpen sein können.
Die Siebgröße des Siebs wird auf der Basis der Preßformbarkeit in einem anschließenden Verfahren und der Größe der Pulver, wobei die Pulver durch die explosive Kraft durch die Entladung in Stücke getrennt werden können, wenn die Pulver in einen Raum zwischen der Elektrode und dem Werkstück während des Entladungsbeschichtungsprozesses fallen, bestimmt.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser von Zn- oder Sn-Pulver, die zu verwenden sind, ist größer als der von anderen Metallen, da die Zn- oder Sn-Pulver infolge der Tatsache, daß der Schmelzpunkt der Zn- oder Sn-Pulver etwa 400°C ist, mit weniger Energie geschmolzen werden können, während der Schmelzpunkt der anderen Metalle etwa 1300°C ist.
Wenn Zn-, Sn- oder andere Metallpulver unter denselben Entladungsbedingungen behandelt werden, kann ein Film durch Verwendung von Pulvern mit einem größeren durchschnittlichen Partikeldurchmesser gebildet werden, wenn die Zn- oder Sn-Pulver verwendet werden. Die Zn- oder Sn-Pulver sind dahingehend bevorzugt, daß die Formbarkeit einer Elektrode zunimmt, wenn der Partikeldurchmesser der Pulver zunimmt.
Wenn allerdings der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Zn- oder Sn-Pulver größer als 15 μm ist, wird der Entladungszustand instabil, d. h. zwischen Elektroden tritt ein Kurzschluß auf. Daher ist der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Zn- oder Sn-Pulver vorzugsweise 15 μm oder kleiner.
Die Pulver, die gesiebt wurden, werden in eine Form gegeben und mit einem Stempel mit einem vorbestimmten Druck gepreßt, so daß die Pulver zu einem Pulverpreßteil geformt werden.
Die Zn-, Sn- oder Ni-Pulver haben dünne Oxidfilme, die durch Anwenden von Druck leicht gebrochen werden können, so daß die Pulver metallisch aneinander gebunden werden können. Andererseits ist die Formbarkeit der Cr-Pulver nicht ausreichend, da der Oxidfilm der Cr-Pulver nicht leicht gebrochen werden kann. Durch Zumischen von Wachs, zum Beispiel Paraffin, im Gewichtsverhältnis im Bereich von 1% bis 10% zu den Cr-Pulvern kann der Druck durch eine Presse, bevorzugter abgegeben werden und die Formbarkeit kann verbessert werden.
Ein Preßteil, geformt durch Preßformen, kann als Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung verwendet werden, solange das Preßteil durch Kompression eine vorbestimmte Härte hat. Wenn die Härte nicht ausreichend ist, wird das Preßteil erhitzt, um seine Härte zu erhöhen.
Wenn Wachs verwendet wird, wird ein Preßteil auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Wachses erhitzt, um das Wachs zu entfernen, so daß eine Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung gebildet wird.
Wenn eine Elektrode unter Verwendung von Zn-, Sn- oder Ni-Pulvern geformt wird, können die Pulver durch den Druck durch eine Presse metallisch miteinander verbunden werden, so daß eine Elektrode mit ausreichender Härte ohne Erhitzen geformt werden kann. Wenn allerdings eine Elektrode unter Verwendung von Cr-Pulvern geformt wird, ist die Härte der Elektrode durch den Druck einer Presse nicht ausreichend, so daß es notwendig ist, einen Erhitzungsprozeß nach dem Pressen durchzuführen, um die Elektrode auf eine Temperatur im Bereich von 300°C bis 500°C zu erhitzen.
Beispiel
Im folgenden wird ein vorteilhaftes Beispiel gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
In dem Beispiel wurden Zn-Pulver, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 20 μm haben, aus dem Handel bezogen und gesiebt, wobei ein Sieb mit einer Maschengröße von 300 μm verwendet wurde, so daß geklumpte Pulver in einer Größe von 300 μm oder weniger erhalten wurden, dann wurde eine Elektrode durch Verpressen solcher Pulver geformt.
Eine Beziehung zwischen Formungsdruck zur Formung einer Elektrode unter Verwendung von Zn-Pulver, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 2 μm haben, und dem Widerstand der Elektrode, gemessen durch das Vier-Sonden-Verfahren, das in Japanese Industrial Standards JIS K7194 spezifiziert ist, ist in 2 gezeigt. Nach dem Vier-Sonden-Verfahren werden vier Nadelsonden linear an einer Elektrode angeordnet und ein vorbestimmter Strom wird zwischen zwei lateral plazierten Sonden durchgeleitet, um einen Widerstand zu erhalten, wobei die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei medial plazierten Sonden gemessen wird.
Aus 2 kann gesehen werden, daß der Widerstand der Elektrode abnimmt, wenn der Formungsdruck zunimmt.
Wenn der Formungsdruck auf Pulver nicht ausreichend ist, werden weniger Pulver in der Elektrode metallisch gebunden, so daß der Widerstand der Elektrode ansteigt. Wenn andererseits der Formungsdruck ansteigt, werden mehr Pulver metallisch gebunden, so daß der Widerstand exponentiell abnimmt.
Eine Bedingung für den Widerstand der Elektrode zur Formung eines Films wird unten beschrieben.
Zur Aufrechterhaltung eines Abstandes zwischen einem Ende der Elektrode und einem Werkstück wird eine Kontrolle zwischen der Elektrode und dem Werkstück derart durchgeführt, daß Spannung zwischen die Elektrode und das Werkstück angelegt wird und eine Servokontrolle durchgeführt wird, um die Spannung zu stabilisieren, die zwischen den Elektroden detektiert werden soll. Wenn der Widerstand allerdings so groß ist (4 Ω oder größer), daß die Elektrode die Spannung zwischen den Elektroden, wie sie durch den Raum bewirkt wird, steuert eine Hauptwelle das Ende der Elektrode so, daß die Elektrode näher zu dem Werkstück kommt, und zwar auf eine Entfernung, die der Interelektrodenspannung entspricht. Als Resultat können die Elektrode und das Werkstück miteinander in Kontakt kommen.
Wenn die Elektrode und das Werkstück miteinander in Kontakt kommen, ist es schwierig, Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück anzulegen, so daß kaum eine Entladung erzeugt wird.
Mit anderen Worten, wenn der Widerstand der Elektrode gleich 4 Ω oder größer ist, ist es schwierig, eine Servokontrolle zwischen der Elektrode und dem Werkstück durchzuführen, so daß kaum eine Entladung erzeugt wird.
3 zeigt die Beziehung zwischen einer Variation beim Widerstand einer Elektrode, die aus Zinkpulvern mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 2 μm geformt ist, und der Zn-Menge an einer Oberfläche eines Films nach Durchführung einer Entladungsoberflächenbehandlung, erhalten durch EDS(Energie-dispersive Röntgenspektroskopie).
Das Werkstück war aus Kohlenstahl (S45C) hergestellt. Die Bedingungen zur Formung eines Films waren so, daß der Entladungsstrom 8 A war, die Entladungszeit 8 μs war, die zu behandelnde Fläche 2 × 16 war und die Behandlungszeit 2 Minuten war.
Die Zn-Menge wurde in einem Betrachtungsbereich mit einer Größe, die als 200-mal so groß wie die zu beschichtende Oberfläche bestimmt war, gemessen, und zwar unter Verwendung einer Beschleunigungsspannung von 15 kV.
Eine Detektion durch Analyse unter Verwendung der EDS wurde nicht nur für die obere Oberfläche des Films, sondern auch für eine vorbestimmt Tiefe (wenige Mikrometer) ab der Oberfläche durchgeführt.
Daher wurde mehr Fe, das eine Komponente des Werkstücks, das aus S45C ist, unter dem aus Zn hergestellten Film auf der Oberfläche detektiert als Zn.
Wenn die Menge an Zinn, welche den Film bildet, erhöht wird, wird die Menge an Fe verringert. Dies zeigt, daß die Dicke des Zn-Films erhöht ist oder ein Teil, in dem Zn akkumuliert ist, erhöht ist.
Wie in 3 gezeigt ist, war die Menge an Zn in dem Film mit einer Elektrode, die einen Widerstand von 0,002 Ω hat, 0,1 Gew.-% und die Menge an Zn nahm zu, wenn der Widerstand zunahm.
Eine Elektrode, die einen Widerstand von kleiner als 0,002 Ω hat, bedeutet, daß die Elektrode eine höhere Härte hat. Dementsprechend war es weniger wahrscheinlich, daß Zn als Film sich von der Elektrode abtrennte, so daß die Menge an Zn, die von der Elektrode zu dem Werkstück zuzuführen war, stark verringert war, was in einer geringen Akkumulation von Zn oder einem Entfernungsprozeß resultiert.
Als Resultat muß der Widerstand der Elektrode gleich 0,002 Ω oder größer sein, um einen Zn-Film zu bilden.
Ein Reaktionsfilm ist mit einer Dicke im Atomlevel wirksam, so daß ein Film, der 0,1 Gew.-% Zn enthält, der eine obere Oberfläche des Werkstücks überzieht, einen Abrieb verhindern kann. Wenn allerdings der Reaktionsfilm, der an einer Gleitoberfläche angeordnet wird, in einigen Fällen abgerieben wird, nimmt die Langzeithaltbarkeit des dünnen Zn-Films ab.
Wie es in der internationalen Publikation WO 2004/108990 offenbart ist, kann der Gehalt an Zn in einem Film, der unter Verwendung einer gemischten Elektrode, die Keramik enthält, gebildet wurde, etwa 0,1 Gew.-% sein. Es ist allerdings schwierig, einen Reaktionsfilm zu bilden, da an der Gleitoberfläche andere Materialien als Zn vorliegen. Als Resultat wird ein Gegenwerkstück abgerieben bzw. gescheuert.
Wie oben beschrieben wurde, ist es für eine Entladungsoberflächenbehandlung unter Verwendung einer Elektrode, die aus Zn-Pulvern geformt ist, möglich, einen Zn-Film, der als Reaktionsfilm dient, an der Oberfläche des Werkstoffs zu bilden, indem die Elektrode mit einem Widerstand zwischen 0,002 Ω und 4 Ω geformt wird.
Wenn ein Gleitteil, dessen Oberfläche mit einem Zn-, Cr- oder Ni-Film beschichtet ist, in einem Schmiermittel gleiten bzw. reiben gelassen wird, reagiert der Film mit Phosphor oder Schwefel, der in dem Schmiermittel enthalten ist, so daß es möglich ist, einen Phosphid- oder Sulfid-Reaktionsfilm zu bilden.
Es wurde ein Gleittest an einem Zn-Film durchgeführt, der an einem SCM 420 mit einer Stärke von etwa 1000 Vickers-Härte (HV) unter Verwendung einer Elektrode mit einem Widerstand von 0,02 Ω und einem Spitzenstrom von 7 A für eine Entladungszeit von 0,5 μs gebildet worden war, und zwar unter den Bedingungen, daß ein Schmiermittel, das S in einem Bereich von 0,06 Gew.-% bis 0,30 Gew.-% und P in einem Bereich von 100 ppm bis 600 ppm enthielt, mit 5 cm³/min aufgetropft wurde. Das Gegenwerkstück ist ein gequenchter/getemperter Stahlstift aus SKS-95, dessen Endteil einen Krümmungsradius von 18 mm hatte und dessen Härte im Bereich von HRC 60 bis HRC 64 lag.
Der Endteil des Stiftes wurde mit einer Last von 5 kg auf den Film gepreßt und vorwärts und rückwärts über 50 mm mit einem Zyklus von 200 cpm geschoben. Als Resultat wurde festgestellt, daß der Reaktionsfilm gebildet worden war, der Reibungskoeffizient um etwa 10% im Vergleich zu einer polierten Oberfläche, hergestellt aus SCM 420, erhöht war und das Verschleißvolumen verglichen mit einem nicht-bearbeiteten Material vermindert war.
Die Oberfläche mit dem Film wurde nach Durchführung des Gleittests (sliding test) durch TOF-SIMS analysiert. Ein Resultat der TOF-SIMS-Analyse ist in 4 gezeigt.
Die TOF-SIMS-Analyse ist ein Analysenverfahren, bei dem Ga⁺-Ion auf die Oberfläche einer Probe angewendet wird, um ein sekundäres Ion, das in einem Element an der Oberfläche der Probe vorhanden ist, zu emittieren, so daß das Element auf der Basis der Emissionszeit infolge der Masse des Sekundär-Ions identifiziert wird und die Innenzahl gemessen wird. Bei diesem Analysenverfahren wird der lumineszierende Punkt der Leuchtdichte, die der Innenzahl entspricht, auf einem Bild erzeugt, das in Übereinstimmung mit der Oberfläche der Probe kartiert wird, so daß die Menge des Elements auf der Basis der Höhe der Leuchtdichte und der Menge der Innenzahl identifiziert wird.
Wie in 4 gezeigt ist, wurden Zn, P, S und SO₃ an der Gleitoberfläche verteilt und es wurde gefunden, daß ZnS und ZnSO₃ vorlagen. Der Film und das Gegenwerkstück wurden wenig abgerieben, was eine Verbesserung bei der Abriebbeständigkeit des Reaktionsfilms, der aus Zinkphosphat, ZnS und ZnSO₃ bestand, realisiert.
Eine Querschnittsphotographie und ein Resultat der Linienanalyse eines Zn-Films, durchgeführt mit einem SCM, unter Verwendung einer Elektrode mit einem Widerstand von 0,02 Ω und mit einem Spitzenstrom für 5 A für eine Entladungszeit von 0,5 μs ist in 5 gezeigt.
Es wurde eine gemischte Schicht aus Fe und Zn gebildet, wobei Fe eine Hauptkomponente des Werkstücks war und seine Menge in Richtung des Films abnahm, während die Menge and Zn in Richtung des Werkstücks abnahm. Es wurde festgestellt, daß der so gebildete Film sich kaum von dem Werkstück abtrennte.
Die Dicke des Films war etwa 2 μm, einschließlich einer Diffusionsschicht.
Die Härte der Oberfläche des Werkstücks beeinträchtige den Reibungskoeffizient und die Verschleißtiefe der Gleitoberfläche unter Grenzschmierung.
Wenn die Härte der Oberfläche abnimmt, nimmt im allgemeinen der Reibungskoeffizient ab.
Wenn die Differenz zwischen der Härte des Abriebstargetmaterials und der Härte des Gegenwerkstücks groß ist, so wird dasjenige, dessen Härte kleiner als die den anderen ist, abgerieben.
Der Film, der durch Entladungsoberflächenbehandlung gebildet wird, kann eine unterschiedliche Härten der Oberfläche unter Änderung aller Verfahrensbedingungen verwirklichen. So ist die Entladungsoberflächenbehandlung zur Bildung eines Films bevorzugt.
Die Härte von festem Zn- oder Ni-Metall, die fähig sind, eine Reaktionsfilm zu bilden, ist gleich oder weniger als 100 HV, so daß, wenn der Film aus Zn oder Ni mit einer Dicke von 0,1 mm oder mehr abgeschieden wird, die Härte der Oberfläche des Films die Härte hat, die dieselbe wie die des festen Zn- oder Ni-Metalls ist oder eine etwas höhere Härte ist.
Zur Verhinderung eines Abriebs, wie er oben beschrieben ist, muß die Härte der Oberfläche des Materials gleich oder größer 200 HV sein, da die Härte von Stahl, der in großem Umfang als Gegenwerkstück verwendet wird, gleich 200 HV oder größer ist.
Eine Technologie zur Erhöhung der Härte der Oberfläche des Films zur Verhinderung eines Abriebs wird nachfolgend beschrieben.
Wenn beispielsweise die Dicke des Films dicker gemacht wird, wird die Härte der Oberfläche des Films dieselbe wie die des Metalls, das ein Überzugsmaterial bildet, wie es oben beschrieben ist. Wenn allerdings die Dicke des Films gleich oder kleiner als 10 μm ist, wird die Härte nicht dieselbe wie des Metalls, das den Film bildet, und variiert aufgrund der Verfahrensbedingungen während der Bildung des Films. Beispiele für eine Einstellung der Härte der Oberfläche des Films durch Ändern der Verfahrensbedingungen während der Bildung des Films werden unten beschrieben.
Eine Beziehung zwischen einem Produkt aus Entladungsstrom und Entladungszeit (Ladungsmenge) und der Oberflächenhärte des Films nach Bildung des Films auf einem Targetwerkstück, das aus S45C hergestellt ist und eine Härte von etwa 300 HV hat, unter Verwendung einer Elektrode mit einem Widerstand von 0,02 Ω ist in 6 gezeigt.
Die Verfahrenszeit wurde lang eingestellt, so daß die Temperatur der Oberfläche des Werkstücks durch Entladung genügend anstieg.
Wenn die Ladungsmenge zunimmt, nimmt die Härte der Oberfläche zu. Der Grund dafür ist, daß das Arbeitsfluid durch Entladungsenergie gelöst wurde, so daß Kohlenstoff erzeugt wurde, und der Kohlenstoff wurde in die Oberfläche des geschmolzenen Werkstücks geschmolzen. Als Resultat nahm die Kohlenstoffmenge zu, was in einer Zunahme der Härte der Oberfläche resultiert.
Es wird angenommen, daß die Menge an geschmolzenem Kohlenstoff zunimmt, wenn die Entladungsmenge zunimmt, was in einer Zunahme der Härte resultiert.
Kohlenstoff begann in voraus aus anderen Materialien präzipitiert zu werden, da der Siedepunkt von Kohlenstoff etwa 4000 K ist, so daß die Oberfläche in einem Kohlenstoffreichen Zustand ist, wenn das Werkstück beginnt, geklumpt zu werden.
Somit ist es möglich, die Härte der Oberfläche des Films durch Kontrolle des Entladungsstroms und der Entladungszeit einzustellen.
Nach der ersten Ausführungsform ist es möglich, Zn-, Sn-, Ni- oder Cr-Filme als Reaktionsfilm unter Schmiermittelumgebung, die Schwefel oder Phosphor enthält, zu bilden, wobei es schwierig ist, diesen durch herkömmliche Entladungsoberflächenbehandlung zu bilden. Demnach ist es möglich, eine mechanische Gleitoberfläche mit hoher Abriebbeständigkeit zu bilden.
Darüber hinaus hat der Zn-, Sn-, Ni- oder Cr-Film verschiedene Härte und trennt sich daher kaum von einem Werkstück.
Darüber hinaus ist es möglich, die Härte der Oberfläche des Films zu kontrollieren, indem Entladungsstrom und Entladungszeit eingestellt werden. Dementsprechend ist es möglich, die Härte dieselbe zu machen wie die des Gegenwerkstücks, das gleiten soll. Daher werden Werkstücke kaum abgerieben und die Haltbarkeit und die Zuverlässigkeit der Werkstücke kann verbessert werden.
Darüber hinaus wird die Oberfläche des Films durch Bildung des Films weniger geschert, so daß seine Härte geringer ist als die des Gegenwerkstücks. So ist es möglich, den Reibungskoeffizienten zu verringern.
Obgleich oben ein Beispiel für den Zn-Film beschrieben wurde, wurde dasselbe Resultat mit Sn-, Ni- und Cr-Filmen erhalten. Zusätzlich wird von diesen ein Beispiel eines Sn-Films unten beschrieben. Ein Gleittest wurde an dem Sn-Film mit dem Schmiermittel, das S im Bereich von 0,006 Gew.-% bis 0,30 Gew.-% und P im Bereich von 100 ppm bis 600 ppm enthält, durchgeführt, wobei dieses mit 5 cm³/min zugetropft wurde. Das Gegenwerkstück war ein gequenchter/getemperter Stahlstift, der aus SKS-95 hergestellt war, dessen Endteil einen Krümmungsradius von 18 mm hatte und dessen Härte im Bereich von HRC 60 bis HRC 64 war. Der Endteil des Stiftes wurde mit einer Last von 5 kg auf den Film gepreßt und 50 mm vor und zurück mit einem Zyklus von 200 cpm gleiten gelassen. Als Resultat wurde festgestellt, daß der Reaktionsfilm gebildet worden war, der Reibungskoeffizient im Vergleich zu einer polierten Oberfläche, die aus SCM 420 hergestellt war, um 10% erhöht war und daß das Verschleißvolumen im Vergleich zu unbehandeltem Material verringert war.
Zweite Ausführungsform
Entsprechend der ersten Ausführungsform wird ein Verfahren zur Änderung der Härte der Oberfläche des Films durch die Entladungsbedingungen beschrieben.
Entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Änderung der Härte der Oberfläche des Films durch Änderung der Härte des Werkstoffs unten beschrieben.
Wie oben beschrieben wurde, ist die Härte von festem Zn- oder Ni-Metall, das zur Bildung eines Reaktionsfilms fähig ist, gleich 100 HV oder weniger, so daß, wenn der Film aus Zn oder Ni mit einer Dicke von 0,1 mm oder mehr abgeschieden wird, die Härte der Oberfläche des Films die Härte hat, die dieselbe ist wie die von festem Zn- oder Ni-Metall oder etwas größer ist.
Durch Einstellen der Dicke des Films auf gleich 3 μm oder weniger wird die Härte des Werkstücks allerdings eng verwandt mit der Härte der Oberfläche des Films ohne durch die Zusammensetzung des Films beeinträchtigt zu werden.
Ein Stahl, der eine andere Härte seiner Oberfläche infolge eines Aufkohlungsvorgangs, eines Nitrierungsvorgangs, eines Hochfrequenzquenchens oder eines Elektronenstrahlquenchens hat, wird als Werkstück verwendet und ein Zn-, Sn-, Ni- oder Cr-Film, der eine Dicke von 3 μm oder dünner hat, wird auf dem Stahl ausgebildet.
Die Entladungsoberflächenbehandlung wurde unter Verwendung einer Zn-Elektrode mit einem Widerstand von 0,074 Ω mit einer Größe von 60 × 16 × 2 in Arbeitsfluid, das hauptsächlich Kerosin enthielt, derart durchgeführt, daß die gepulste elektrische Entladung mit einem Spitzenstrom von 5 A für eine Entladungszeit von 0,5 μs durchgeführt wurde und zwar mit einem Intervall zwischen Entladungen von 2 μs (das Intervall kann während eines Verfahrens durch Stoßbetrieb oder Servokontrolle verlängert werden) an einem Stahl, der aus SCM 420 bestand, der durch ein Aufkohlungsverfahren und Tempern auf eine Härte von etwa 1000 HV gehärtet worden war, für eine Verfahrenszeit von 0,6 s pro Einheitsfläche von 1 mm².
Die Verfahrenszeit wurde kürzer eingestellt, als es in 6 beschrieben ist. Der Grund ist, daß, wenn die Verfahrenszeit länger eingestellt wird, die Temperatur der Oberfläche des Werkstücks infolge der Hitze durch Entladung ansteigt, so daß ein Aufkohlungsverfahren erzeugt wird oder die Dicke vergrößert wird, wie es in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, was in einer Abnahme der Härte der Oberfläche des Films resultiert.
Wenn die Verfahrenszeit pro Einheitsfläche kürzer als 0,6 Sekunden ist, wird kein Zn-Film zufriedenstellend gebildet, was in der Erzeugung von nicht-beschichteten Teilen auf der Oberfläche des Werkstücks resultiert. Wenn die unbeschichteten Teile auf der Oberfläche des Werkstücks zunehmen, dann nimmt der Verhältnisanteil der Fläche, in der kein Zn-Reaktionsfilm gebildet ist, zu. Als Resultat nimmt die Wirkung des Reaktionsfilms im Vergleich zu dem Fall, in dem die gesamte Oberfläche durch den Zn-Film beschichtet ist, ab, d. h. das Verschleißvolumen nimmt zu.
Die Oberflächenrauheit Ra des unter den obigen Bedingungen gebildeten Films war 0,2 μm, die Härte der Oberfläche des Films bei einer Testkraft von 10 g war 940 HV und die Zn- Menge, die durch EDS bei einer Beschleunigungsspannung von 15 kV erhalten wurde, war 10,0 Gew.-%.
Die Dicke des Films war etwa 2 μm und die Härte des Films war kaum vermindert.
Es wurde ein Gleittest an dem Gegenwerkstück mit dem Schmiermittel, das S in einem Bereich von 0,006 Gew.-% bis 0,30 Gew.-% und P in einem Bereich von 100 ppm bis 600 ppm enthielt, das mit 5 cm³/min zugetropft wurde, durchgeführt. Das Gegenwerkstück war ein gequenchter/getemperter Stahlstift, der aus SKS-95 hergestellt war, dessen Endteil einen Krümmungsradius von 18 mm hatte und dessen Härte in einem Bereich von HRC 60 bis HRC 64 lag. Der Endteil des Stifts wurde mit einer Last von 5 kg auf den Film gepreßt und für 50 mm mit einem Zyklus von 200 cpm vor- und zurückgeschoben. Als Resultat wurde gefunden, daß der Reaktionsfilm gebildet wurde, der Reibungskoeffizient im Vergleich zu einer polierten Oberfläche, die aus SCM 420 hergestellt war, um 10% erhöht war und das Verschleißvolumen im Vergleich zu einem unbearbeiteten Material verringert war.
Es wurde eine Entladungsoberflächenbehandlung unter Verwendung einer Zn-Elektrode mit einem widerstand von 0,074 Ω mit einer Größe von 60 × 16 × 2 derart durchgeführt, daß eine gepulste elektrische Entladung mit einem Spitzenstrom von 7 A für eine Entladungszeit von 0,5 μs erzeugt wurde, und zwar mit einem Intervall zwischen Entladungen von 2 μs (das Intervall kann während des Verfahrens durch stoßweisen Betrieb oder Servokontrolle verlängert werden), und zwar an einem Stahl, der aus SCM 420 bestand, der durch ein Aufkohlungsverfahren und ein Tempern auf etwa 1000 HV gehärtet worden war, für eine Verarbeitungszeit von 0,6 Sekunden pro Flächeneinheit.
Die Oberflächenrauheit Ra des unter den obigen Bedingungen gebildeten Films war 0,3 μm und die Härte der Oberfläche des Films war bei einer Testkraft von 10 g 920 HV und die Zn-Menge, die durch das EDS mit einer Beschleunigungsspannung von 15 kV erhalten wurden, war 12,0 Gew.-%.
Es wurde eine Entladungsoberflächenbehandlung unter Verwendung einer Zn-Elektrode mit einem Widerstand von 0,074 Ω und einer Größe von 60 × 16 × 2 in Arbeitsfluid, das hauptsächlich Kerosin enthielt, so durchgeführt, daß eine gepulste elektrische Entladung mit einem Spitzenstrom von 10 A für eine Entladungszeit von 1 μs und mit einem Intervall zwischen Entladungen von 2 μs (das Intervall kann während eines Verfahrens in stoßweisen Betrieb oder bei Servokontrolle verlängert werden), bei einem Stahl, hergestellt aus SCM 420, der durch ein Aufkohlungsverfahren zu einer Härte von etwa 1000 HV und Tempern für eine Verfahrenszeit von 0,6 Sekunden pro Flächeneinheit erzeugt wurde.
Die Oberflächenrauheit Ra des unter den obigen Bedingungen gebildeten Films war 0,8 μm, die Härte der Oberfläche des Films bei einer Testkraft von 10 g war 900 HV und die durch EDS mit einer Beschleunigungsspannung von 25 kV erhaltene Zn-Menge war 12,0 Gew.-%.
Als der Spitzenstrom 12 A war und die Entladungszeit 2 μs war, verringerte sich die Härte der Oberfläche des dünnen Films auf 800 HV, selbst wenn die Verfahrenszeit verkürzt war.
Zur Erhöhung der Härte der Oberfläche des Films unter Verwendung der Härte des Werkstücks ist es somit notwendig, den Spitzenstrom auf gleich oder kleiner als 10 A für eine Entladungszeit von gleich oder weniger als 1 μs einzustellen. Wenn der Spitzenstrom kleiner als 0,1 A ist und die Entladungszeit kleiner als 0,1 μs ist, ist die Energie nicht ausreichend, um Partikel zu schmelzen, die aus dem Werkstück oder der Elektrode ausgetreten sind. Daher ist es schwierig, durch Entladungsoberflächenbehandlung einen Film zu bilden. Somit muß jede der Entladungsbedingungen über den obigen Wert eingestellt werden.
Auf einem S45C, das auf etwa 400 HV gehärtet worden war, wurde in Zn-Film unter solchen Bedingungen gebildet, daß der Spitzenstrom gleich 10 A oder weniger war, die Entladungszeit 1 μs oder weniger war, das Intervall zwischen Entladungen 2 μs war (das Intervall kann während eines Verfahrens unter stoßweisem Betrieb oder unter Servokontrolle verlängert werden) und die Verfahrenszeit 0,6 Sekunden pro Flächeneinheit war.
Die Härte der Oberfläche des Films bei einer Testkraft von 10 g war etwa 400 HV. Darüber hinaus wurde der Zn-Film unter den obigen Entladungsbedingungen auf einem S45C, das auf etwa 600 HV gehärtet worden war, gebildet. Die Härte der Oberfläche des Films bei einer Testkraft von 10 g war etwa 500 HV. Darüber hinaus wurde der Zn-Film unter den obigen Entladungsbedingungen an einem S45C-Werkstück geformt, das durch Quenchen mit Wasser auf etwa 800 HV gehärtet worden war. Die Härte der Oberfläche des Films bei einer Testkraft von 10 g war etwa 770 HV.
Die Härte des Werkstücks nahm von der Oberfläche zum Inneren durch ein Aufkohlungsverfahren, Nitrierungsverfahren und ein Abschreckverfahren ab. Wenn dementsprechend der Film mit hoher Härte gebildet wird, bis der Film die gewünschte Härte durch Aufkohlung, Nitridierung oder Abschrecken hat, und ein solcher Film dann auf einer polierten Oberfläche durch Entladungsoberflächenbehandlung gebildet wird, ist es möglich, den Zn-Film mit gewünschter Härte auszubilden.
Obgleich der Stahl in der zweiten Ausführungsform erläutert wird, ist es möglich, einen Zn-Film mit einer Härte zu bilden, die im wesentlichen dieselbe wie die von festem Metall ist, indem der Zn-Film auf festem Metall aus Aluminium-Legierung oder Molybdän-Legierung durch Entladungsoberflächenbehandlung gebildet wird.
Gemäß der zweiten Ausführungsform ist es möglich, einen Zn-, Sn-, Ni- oder Cr-Film als Reaktionsfilm unter Schmiermittelumgebung, die Schwefel oder Phosphor enthält, zu bilden, welcher sich nicht von einem Werkstück abtrennt und verschiedene Härten hat.
Darüber hinaus ist es möglich, eine Film mit hoher Härte zu bilden, indem Zn oder Ni mit einer niedrigen Feststoffmetallhärte unter Verwendung der Härte des Werkstoffs zu bilden.
Wenn das Abriebtargetmaterial und das Gegenwerkstück aus demselben Material hergestellt sind, ist es daher möglich, einen Film ohne Verschlechterung der Härte zu bilden, so daß das Abriebtargetmaterial und das Gegenwerkstück kaum abgerieben werden. Als Resultat können Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Abriebtargetmaterials und des Gegenwerkstücks verbessert werden.
Wenn darüber hinaus die Härte der Oberfläche eines Verfahrens-Targetmaterials leicht unter der des Gegenwerkstücks eingestellt wird, kann die Oberfläche des Films weniger geschert werden und der Reibungskoeffizient kann verringert werden.
Dritte Ausführungsform
Um die Eigenschaften eines Reaktionsfilms in einem Grenzschmierbereich zu nutzen, zum Beispiel um den Reibungskoeffizienten zu senken oder Abrieb zu verhindern, muß die Oberflächenrauheit des Films betrachtet werden.
Wenn die Oberflächenrauheit groß ist, nimmt der Druck in einigen Bereichen zu, so daß eine Schmierung kaum in die Bereiche kommt, was dazu führt, daß es schwierig ist, einen Reaktionsfilm zu bilden.
Nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Oberflächenrauheit des Gleitelements zur Bildung des Reaktionsfilms betrachtet.
Es wurde eine Entladungsoberflächenbehandlung unter Verwendung einer Elektrode mit einem Widerstand von 0,074 Ω mit einer Größe von 60 × 16 × 2 in Arbeitsfluid, das hauptsächlich Kerosin enthielt, mit einem Spitzenstrom von 8 A für eine Entladungszeit von 8 μs und einem Intervall zwischen Entladungen von 128 μs bei einem Stahl, der aus SCM 420 bestand, der gequencht worden war, für eine Bearbeitungszeit von 5 Sekunden pro Einheitsfläche von 1 mm² durchgeführt.
Die erzeugte Oberflächenrauheit Ra war 2,0 μm. Wenn die Oberflächenrauheit abnimmt, kann der Reaktionsfilm leichter gebildet werden, so daß es in Anbetracht einer tatsächlichen Verwendung bevorzugt ist, die Oberflächenrauheit auf 1,0 μm oder weniger einzustellen.
In einigen Fällen wird der Film mit einem Entladungsstrom oder einer Entladungszeit gebildet, die größer sind als die oben beschriebenen, um so die Dicke des Zn-Films zu erhöhen oder die akkumulierte Menge des Zn-Films zu erhöhen. In diesem Fall nimmt die Oberflächenrauheit zu. Ein Verfahren zur Entfernung eines vorstehenden Teils, der durch Entladungsoberflächenbehandlung und Erhöhung der Oberflächenrauheit gebildet wurde, durch ein Entladungsverfahren wird unten beschrieben.
Während eines Entfernungsverfahrens wird eine Elektrode, die aus festen Metall hergestellt ist, welches dasselbe Material wie das des Filmes ist, verwendet, und eine zu bearbeitende Oberfläche wird parallel in entgegengesetzter Position zum Film plaziert.
Wenn nicht die Elektrode, die aus festem Metall hergestellt ist, welches dasselbe Material wie die des Filmes ist, verwendet wird, kann die Elektrode durch die Hitze durch Entladung leicht verdampft werden, so daß verdampftes Material als Verunreinigung dem Film zugemischt werden kann.
Wenn zum Beispiel unter Verwendung einer Cu-W-Elektrode, welche im allgemeinen für einen elektrischen Entladungsprozeß verwendet wird, bearbeitet wird, wird W (Wolfram) an der Oberfläche des Films gebunden.
Der vorstehende Teil wird spezifischerweise entfernt, so daß die Dicke des Films durch ein Entladungsverfahren 5 μm oder dünner wird, und zwar unter solchen Bearbeitungsbedingungen, daß eine Elektrode, die aus festem Zn-Metall hergestellt ist, mit einem Spitzenstrom von 8 A für eine Entladungszeit von 1 μs verwendet wird und das Intervall zwischen Entladungen 8 μs ist (das Intervall kann während eines Verfahrens durch stoßweisen Betrieb oder Servokontrolle verlängert werden), und zwar für einen Zn-Film in einer Größe von 60 × 16 unter Verwendung einer Elektrode aus festem Zn-Metall mit einem Bearbeitungsbereich von 16 × 2, wobei ein vorbestimmter Abstand zwischen der Elektrode und dem Film durch Servoverschiebung der Elektrode in Richtung des Films um 60 mm gehalten wird.
Die Oberflächenrauheit Ra des auf die obige Weise gebildeten Zn-Films war 0,4 μm, so daß ein Reaktionsfilm in Schmiermittelatmosphäre, die Phosphor und Schwefel enthält, gebildet werden kann.
Wenn eine Elektrode in derselben Größe (60 × 16) wie die des Films für das Entfernungsverfahren verwendet wird, ist es schwierig, die Elektrode und den Film parallel einander gegenüberliegend mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern anzuordnen. Daher wird eine Entladung ausschließlich in einem Teil erzeugt, in dem der Abstand zwischen dem Film und der Elektrode kurz ist, was dazu führt, daß eine Schwankung beim Endaussehen der Oberfläche verursacht wird.
Obgleich der vorstehende Teil des Films zu Beginn des Verfahrens entfernt werden kann, wird, wenn das Verfahren fortgesetzt wird, die Bearbeitung der Oberfläche der festen Zn-Metallelektrode durch Entladung, die bei Entfernung des vorstehenden Teils erzeugt wird, entfernt. Daher kommen ein Teil, in dem der Zn-Film dünner gemacht ist, und die feste Metallelektrode einander näher, so daß eine Entladung erzeugt wird und der Zn-Film mit geeigneter Dicke (dünn) entfernt wird.
Wie in der dritten Ausführungsform beschrieben wird, wird, wenn eine Elektrode mit kleinerer Größe als die des Films, d. h. eine Elektrode mit einer Größe von 2 × 16 für den Film in einer Größe von 60 × 16 verwendet wird und das Verfahren durch Verschieben der Elektrode durch Servokontrolle durchgeführt wird, eine Entladung am höchsten Teil (vorstehender Teil) des Films erzeugt. Daher kann ausschließlich der vorstehende Teil des Zn-Films entfernt werden und die Oberfläche des Film kann einheitlich fertiggestellt werden.
Die Verschiebungsgeschwindigkeit der Elektrode ist ausreichend, solange sie 2 mm pro Minute oder schneller ist.
Als anderes Verfahren zur Entfernung des vorstehenden Teils wurde ein Zylinderpolieren auf den in der obigen Art und Weise gebildeten Zn-Film angewendet, indem ein Poliermittel, hergestellt aus Al₂O₃ oder SiO₂ verwendet wurde und mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 180 Upm für eine Verfahrenszeit von 1 Stunde gearbeitet wurde.
Die Oberflächenrauheit Ra nach Beendigung des Zylinderpolierens war 0,78 μm, was zur Bildung des Reaktionsfilms genügend war.
Obgleich hauptsächlich Zn in der dritten Ausführungsform erläutert wird, können andere Materialien als Zn, zum Beispiel Sn, Ni und Cr den Reaktionsfilm mit Phosphor oder Schwefel bilden.
Ein Verfahren zur Bildung einer Elektrode unter Verwendung solcher Materialien ist oben beschrieben worden. Ein Film mit der Oberflächenrauheit von 1,0 μm oder weniger kann in einem Verfahren ähnlich dem von Zn gebildet werden, und die Oberflächenrauheit kann in der obigen Weise gesenkt werden.
Nach der dritten Ausführungsform kann die Oberflächenrauheit Ra auf gleich 1,0 μm oder weniger eingestellt werden, und es ist möglich, einen Zn-, Sn-, Ni- oder Cr-Film als einen Reaktionsfilm in einer Schmiermittelumgebung, die Schwefel oder Phosphor enthält, zu bilden, welcher sich von dem Werkstück nicht abtrennt und verschiedene Härten hat.
Vierte Ausführungsform
Ein Filmbearbeitungsverfahren, bei dem ein Reaktionsfilm gebildet werden kann, indem nicht der Entladungszustand, sondern das Material einer Elektrode verändert wird, und die Härte der Oberfläche auf 200 HV oder höher eingestellt werden kann, wird gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In der ersten Ausführungsform wird erläutert, daß ein Film gebildet wird, indem eine Elektrode, die aus einem von Zn-, Sn-, Ni-, Cr-Pulvern geformt ist, gebildet wird. Nach der vierten Ausführungsform wird erläutert, daß eine Elektrode aus einem Gemisch aus Keramikpulvern, zum Beispiel TiC, Cr₂C₂, WC mit Zn-, Ni-, Cr-Pulvern, hergestellt wird.
Der Grund für das Vermischen der Keramikpulver von TiC, Cr₂C₂, WC ist der, daß eine solche Elektrode für eine Änderung der Härte des Films verwendet wird.
Ein Mischungsverhältnis von TiC-Pulvern mit einem Partikeldurchmesser von 1 μm wurde in einem Bereich von 2 Gew.-% bis 20 Gew.-% zu Zn-Pulvern mit einem Partikeldurchmesser von 2 μm verändert. Solche Pulver wurden durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 300 μm gesiebt und es wurde eine Vielzahl von Elektroden mit einer Größe von 60 × 16 × 2 durch Preßformen geformt. Ein Film wurde durch Verwendung einer Elektrode, die in der obigen Weise geformt worden war, durch elektrische Entladung mit einem Spitzenstrom von 8 A für eine Entladungszeit von 1 μs und einem Intervall zwischen Entladungen von 2 μs (das Intervall kann während des Verfahrens durch stoßweisen Betrieb oder Servokontrolle verlängert werden) für eine ausreichende Bearbeitungszeit gebildet. Die Härte eines solchen Films ist in 7 gezeigt.
Die Oberflächenrauheit Ra des Films unter den obigen Bedingungen war etwa 0,4 μm. Es wurde S45C-Material (mit einer Härte von etwa 300 HV) verwendet, welches nicht abgeschreckt oder durch Nitrierung behandelt worden war.
Die Härte des Films durch eine Elektrode mit 5 Gew.-% eingemischtem TiC mit einer Testkraft von 10 g, war 850 HV, was größer ist als die Härte von S45C mit 550 HV und zwar infolge des TiC mit hoher Härte.
Darüber hinaus wurde die Härte des Films, der durch eine Elektrode, die 10 Gew.-% TiC enthielt, gebildet worden war, bei einer Testkraft von 10 g auf 100 HV erhöht, und zwar ausgehend von der Härte von etwa 300 HV von S45C.
Es ist möglich, einen Film mit unterschiedlicher Härte zu bilden, indem ein solcher Film gebildet wird, der aus einem Gemisch von Keramik, zum Beispiel TiC, welches einen Reaktionsfilm bilden kann, mit Zn oder Ni hergestellt ist.
Wenn 20 Gew.-% TiC oder mehr eingemischt werden, nimmt die Menge an TiC, die an der Oberfläche des Films vorliegt, zu. Als Resultat wird kaum ein Reaktionsfilm gebildet. Darüber hinaus übersteigt die Härte der Oberfläche des Films 1500 HV, was härter ist als die Härte von Materialien, zu Beispiel Stahl, die in einem allgemeinen Werkstück verwendet werden, so daß ein Teil des allgemeinen Werkstücks, das aus Stahl und dgl. hergestellt ist, abgerieben werden kann.
Es wurde zum Beispiel ein Gleittest unter Verwendung eines Stahlstifts als Gegenwerkstück, das aus SKS-95 hergestellt war, welches gequencht und getempert worden war, eine Härte im Bereich von HRC 60 bis HRC 64 hatte und einen Endteil mit einem Krümmungsradius von 18 mm hatte, mit einem Schmiermittel, das S in einem Bereich von 0,06 Gew.-% bis 0,30 Gew.-% und P in einem Bereich von 100 ppm bis 600 ppm enthielt und das mit 5 cm³/min zugetropft wurde, durchgeführt. Der Endteil des Stifts wurde mit einer Last von 5 kg auf den Film gedrückt und 50 mm weit vor- und zurückgleiten gelassen, und zwar mit einem Zyklus von 200 cpm. Bei Messung des Reibungskoeffizienten und des Verschleißvolumens mit einer Grenze für TiC von 10 Gew.-%, war das Verschleißvolumen des Stahlstifts stark erhöht und die Härte des Films zu dieser Zeit mit einer Testkraft von 10 g überstieg 1200 HV.
Darüber hinaus wird davon ausgegangen, daß TiC mit hoher Härte den SKS-Stift durch den festen Kontakt zwischen dem Stift und dem Film abrieb, da TiC keinen Reaktionsfilm bildete.
Wenn das Mischungsverhältnis von TiC größer als 10 Gew.-% ist, nimmt die Menge an TiC, die in dem Film enthalten ist, zu, so daß die Härte des Films zunimmt, was dazu führt, daß infolge einer Überschußmenge an TiC kein Reaktionsfilm gebildet wird. Darüber hinaus reibt ein solcher Film das Gegenwerkstück ab.
Dasselbe Resultat wurde erzielt, wenn TiC mit Sn-, Ni- oder Cr-Pulvern anstatt mit Zn-Pulvern gemischt wurde. Darüber hinaus wurde dasselbe Resultat erzielt, wenn andere Keramikpulver als TiC, nämlich Cr₃C₂ oder WC verwendet wurden.
Wenn die Eigenschaften des Reaktionsfilms im Grenzschmierbereich genutzt werden, sind 10 Gew.-% oder weniger des Mischungsverhältnisses an Keramikpulvern von TiC, Cr₃C₂ oder WC zu den Zn-, Sn-, Ni- oder Cr-Pulvern ausreichend.
Die Partikeldurchmesser der Zn-Pulver oder TiC-Pulver, die oben beschrieben wurden, sind viel kleiner als der des Entladungskraters, so daß es möglich ist, einen gleichmäßig abgeschiedenen Film mit Keramik zu bilden, selbst wenn der Partikeldurchmesser der Elektrode variiert.
So wird die Härte des Films durch das Mischungsverhältnis nicht beeinträchtigt, selbst wenn der Partikeldurchmesser der Elektrode variiert.
Ein Verfahren zur Bildung einer Elektrode zur Entladungsoberflächenbehandlung gemäß der vierten Ausführungsform wird unten beschrieben.
Zn- oder Sn-Pulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 15 μm oder kleiner und Cr- oder Ni-Pulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 4 μm oder kleiner werden mit 90 Gew.-% zu Keramikpulver, zum Beispiel TiC, Cr₃C₂ oder WC mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 1 μm mit 10 Gew.-% oder weniger in einem zylindrischen Behälter gemischt. In den zylindrischen Behälter wird ein hochflüchtiges organische Lösungsmittel mit der zweifachen oder höheren Volumenmenge derjenigen der Pulver gegeben und der zylindrische Behälter wird dann dicht verschlossen. Der zylindrische Behälter wird dann für einige Stunden bis wenige 10 Stunden zum gleichmäßigen Vermischen von einem der Zn-, Sn-, Cr- und Ni-Pulver mit dem Keramikpulver rotieren gelassen.
Wenn die Mischzeit zu kurz ist, können die Keramikpulver nicht gleichmäßig mit den Zn-Pulvern vermischt werden, so daß die Dichte von TiC, das an dem Film vorhanden ist, nicht gleichmäßig wird. So muß die Mischzeit 10 Stunden oder länger betragen.
Wenn das Mischen beendet ist, wird der zylindrische Behälter, so wie er ist, für eine Weile belassen, so daß die gemischten Pulver am Boden des zylindrischen Behälters abgesetzt werden.
Überstehende Lösung wird dann in einen anderen Behälter dekantiert, so daß die abgeschiedenen Pulver nicht auffliegen und die gemischten Pulver, die eine geringe Menge an organischen Lösungsmittel enthalten, werden abgezogen.
Die gemischten Pulver werden dann in einem Vakuumofen oder in Raumtemperaturatmosphäre getrocknet, um das organische Lösungsmittel zu verflüchtigen.
Die getrockneten gemischten Pulver werden durch ein Sieb mit einer Maschengröße in einem Bereich von 10 μm bis 300 μm gesiebt, um geklumpte Pulver in Stücke zu trennen.
Die Maschenweite wird auf der Basis der Formungsvermögens der Presse in einem anschließenden Verfahren und der Fähigkeit, die geklumpten Pulver durch die Explosionskraft infolge einer Entladung zu zerkleinern, wenn die geklumpten Pulver in einen Raum zwischen die Elektrode und das Werkstück fallen, bestimmt.
Die Pulver, die gesiebt wurden, werden in eine Form gegeben und mit einem Stempel durch Anwendung eines vorbestimmten Drucks gepreßt, so daß die Pulver zu einem Pulverpreßteil geformt werden.
Die Zn-, Sn- oder Ni-Pulver haben dünne Oxidfilme, die durch Anwendung von Druck leicht gebrochen werden können, so daß Pulver metallisch aneinander gebunden werden können. Andererseits ist die Formbarkeit der Cr-Pulver nicht ausreichend, da ein Oxidfilm der Cr-Pulver nicht leicht gebrochen werden kann. Durch Zumischen von Wachs, zum Beispiel Paraffin, im Gewichtsverhältnis in einem Bereich von 1% bis 10% zu den Pulvern kann der Druck durch eine Presse bevorzugter abgegeben werden und die Formbarkeit kann verbessert werden.
Ein Preßteil, das durch Preßformen geformt wird, kann als Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung verwendet werden, solange das Preßteil durch Komprimieren eine vorbestimmt Härte hat. Wenn die Härte nicht ausreichend ist, muß das Preßteil erhitzt werden, um seine Härte zu erhöhen, da keine Entladung erzeugt werden kann.
Wenn Wachs verwendet wird, ist es notwendig, das Wachs von dem Preßteil zu entfernen. Daher wird ein Preßteil auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Wachses erhitzt, um das Wachs zu entfernen.
Als Resultat wird eine Elektrode für die Entladungsoberflächenbehandlung gebildet.
Wenn eine Elektrode unter Verwendung von Zn-, Sn- oder Ni-Pulvern geformt wird, können die Pulver durch Pressen mit einer Presse metallisch miteinander verbunden werden, so daß ohne Erhitzen eine Elektrode mit ausreichender Härte gebildet werden kann.
Wenn allerdings eine Elektrode unter Verwendung von Cr-Pulvern geformt wird, ist die Härte der Elektrode durch Druck mittels Presse nicht ausreichend, so daß es notwendig ist, einen Erhitzungsprozeß nach dem Pressen durchzuführen, um die Elektrode auf eine Temperatur in einem Bereich von 300°C bis 500°C zu erhitzen.
Nach der vierten Ausführungsform ist es möglich, durch Zumischen von Keramik zu einem Material, zum Beispiel Zn, Sn, Ni oder Cr, das fähig ist, mit Phosphor oder Schwefel einen Reaktionsfilm zu bilden, die Härte der Oberfläche des Films bei einer Testkraft von 10 g auf 200 HV oder härter einzustellen.
Darüber hinaus könnte ein Zn-Film gebildet werden, indem eine Elektrode zur Entladungsoberflächenbehandlung geformt wird, die einen Widerstand von 0,002 Ω oder mehr hat. Durch Verwendung einer solcher Elektrode kann ein Zn-Film mit einer Oberflächenrauheit Ra von 1 μm oder weniger und mit einer Härte seiner Oberfläche von 200 HV oder größer gebildet werden. Wenn der Film, der die obigen Eigenschaften hat, in einem Schmiermittel, das Phosphor oder Schwefel enthält, verwendet wird, kann ein Reaktionsfilm gebildet werden, so daß das Gegenwerkstück kaum abgerieben wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben wurde, hat ein Film gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Abriebbeständigkeit und schuppt daher kaum ab. Darüber hinaus kann der Film als Phosphid- oder Sulfid-Reaktionsfilm in einem Schmiermittel, das Phosphor oder Schwefel enthält, fungieren, während er verschiedene Oberflächenhärten hat. Somit ist der Film für eine Anwendung auf einem Gleitteil in einem Grenzschmierbereich besonders geeignet.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Elektrode, die für eine Entladungsoberflächenbehandlung verwendet wird, bei der mit einem Preßteil, geformt aus Metallpulvern, oder einem Preßteil, erhalten durch Erhitzen des geformten Preßteils, als Elektrode eine gepulste elektrische Entladung zwischen der Elektrode und einem Werkstück unter Bildung eines Films aus einem Elektrodenmaterial oder eines Films einer Substanz, die mit dem Elektrodenmaterial reagiert, an einer Oberfläche des Werkstücks erzeugt wird. Die Elektrode enthält 90 Gew.-% oder mehr Zinkpulver, Zinnpulver oder Nickelpulver. Beim Reiben bzw. Gleiten im Schmiermittel, das Phosphor oder Schwefel enthält, reagiert der mit der Elektrode gebildete Film mit Phosphor oder Schwefel und bildet einen Phosphid- oder Sulfid-Reaktionsfilm.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 07-70761 [0007, 0008, 0009, 0012, 0015]
- WO 2004/108990 [0011, 0012, 0016, 0067]

Claims

Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung, die ein Preßteil, geformt aus Metallpulvern, oder ein Preßteil, erhalten durch Erhitzen des aus Metallpulvern geformten Preßteils, ist, zwischen der und einem Werkstück gepulste elektrische Entladung unter Bildung eines Films aus einem Elektrodenmaterial oder eines Films aus Substanz, die mit dem Elektrodenmaterial reagiert, an einer Oberfläche des Werkstücks durch Entladungsenergie erzeugt wird, wobei die Elektrode 90 Gew.-% oder mehr von einem von Zn-Pulvern, Sn-Pulvern und Ni-Pulvern enthält.
Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung nach Anspruch 1, wobei der Oberflächenwiderstand der Elektrode, der durch ein Vier-Sonden-Verfahren, spezifiziert durch JIS K7194, gemessen wird, im Bereich von 0,002 Ω bis 4 Ω liegt.
Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrode aus Zn-Pulvern oder Sn-Pulvern, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 15 μm oder weniger haben, hergestellt ist.
Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrode aus Ni-Pulvern, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 4 μm oder weniger haben, hergestellt ist.
Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin 10 Gew.-% oder weniger Keramikpulver, zum Beispiel TiC, Cr₃C₂ oder WC, als Elektrodenmaterial zu einem von Zn-Pulvern, Sn-Pulvern und Ni-Pulvern gemischt sind.
Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung, die für eine Entladungsoberflächenbehandlung eingesetzt wird, um mit einem Preßteil, hergestellt aus Metallpulvern oder einem Preßteil, erzeugt durch Erhitzen aus Metallpulvern hergestellten Preßteils, eine gepulste elektrische Entladung zwischen einer Elektrode und dem Werkstück zu erzeugen und einen Film, bestehend aus einem Elektrodenmaterial, oder einen Film, hergestellt aus einer Substanz, erzeugt durch Reaktion des Elektrodenmaterials, an der Oberfläche eines Werkstücks durch Entladungsenergie zu bilden, wobei die Elektrode für eine Endladungsoberflächenbehandlung ein Preßteil, hergestellt aus Zn-Pulvern oder Sn-Pulvern, die einen Partikeldurchmesser von 15 μm oder weniger haben, oder ein Preßteil, erzeugt durch Erhitzen des aus den Zn-Pulvern oder den Sn-Pulvern hergestellten Preßteils, ist und einen Oberflächenwiderstand, gemessen durch ein Vier-Sonden-Verfahren, spezifiziert durch JIS K7194, im Bereich von 0,002 Ω bis 4 Ω hat.
Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung, die ein Preßteil, geformt aus Metallpulvern, oder ein Preßteil, erhalten durch Erhitzen des aus Metallpulvern geformten Preßteils, ist, zwischen der und einem Werkstück eine gepulste elektrische Entladung erzeugt wird, um einen Film aus einem Elektrodenmaterial oder einen Film aus einer Substanz, die mit dem Elektrodenmaterial reagiert, an einer Oberfläche des Werkstücks durch Entladungsenergie zu bilden, wobei die Elektrode 90 Gew.-% oder mehr Cr-Pulver enthält und einen Oberflächenwiderstand, gemessen durch ein Vier-Sonden-Verfahren, spezifiziert durch JIS K7194, im Bereich von 0,002 Ω bis 4 Ω hat.
Elektrode für eine Entladungsoberflächenbehandlung nach Anspruch 7, die ein Preßteil, geformt aus Metallpulvern, oder ein Preßteil, erhalten durch Erhitzen des aus Metallpulvern geformten Preßteils, ist, zwischen der und einem Werkstück eine gepulste elektrische Entladung erzeugt wird, um einen Film aus einem Elektrodenmaterial oder einen Film aus Substanz, die mit dem Elektrodenmaterial reagiert, an einer Oberfläche des Werkstücks durch Entladungsenergie zu bilden, wobei die Elektrode 90 Gew.-% oder mehr Cr-Pulver und 10 Gew.-% oder weniger Keramikpulver, zum Beispiel TiC, Cr₃C₂ oder WC, als Elektrodenmaterial enthält.
Entladungsoberflächenbehandlungsverfahren, das für eine Entladungsoberflächenbehandlung eingesetzt wird, bei dem mit einem Preßteil, geformt aus Metallpulvern, oder einem Preßteil, erhalten durch Erhitzen des aus Metallpulvern geformten Preßteils, als Elektrode eine gepulste elektrische Entladung zwischen der Elektrode und einem Werkstück erzeugt wird, um einen Film aus einem Elektrodenmaterial oder einen Film aus einer Substanz, die mit dem Elektrodenmaterial reagiert, an einer Oberfläche des Werkstücks durch Entladungsenergie zu bilden, wobei die Elektrode 90 Gew.-% oder mehr eines von Zn-Pulvern, Sn-Pulvern, Cr-Pulvern und Ni-Pulvern enthält, und eine Entladungsoberflächenbehandlung zwischen der Elektrode und dem Werkstück durch eine gepulste elektrische Entladung mit einem Spitzenstrom in einem Bereich von 1 A bis 10 A für eine Entladungszeit in einem Bereich von 0,1 μs bis 1 μs durchgeführt wird.
Entladungsoberflächenbehandlungsverfahren, das für eine Entladungsoberflächenbehandlung eingesetzt wird, bei dem mit einem Preßteil, geformt aus Metallpulvern, oder einem Preßteil, erhalten durch Erhitzen des aus Metallpulvern geformten Preßteils, als Elektrode eine gepulste elektrische Entladung zwischen der Elektrode und einem Werkstück erzeugt wird, um einen Film aus einem Elektrodenmaterial oder einen Film aus einer Substanz, die mit dem Elektrodenmaterial reagiert, an einer Oberfläche des Werkstücks durch Entladungsenergie zu bilden, wobei die Elektrode eine Zn-Elektrode ist, die aus Zn-Pulvern hergestellt ist, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 15 μm oder kleiner haben, der Oberflächenwiderstand der Zn-Elektrode, gemessen durch ein Vier-Sonden-Verfahren, spezifiziert durch JIS K7194, in einem Bereich von 0,002 Ohm bis 4 Ohm liegt, und und eine Entladungsoberflächenbehandlung zwischen der Zn-Elektrode und dem Werkstück durch eine gepulste elektrische Entladung mit einem Spitzenstrom in einem Bereich von 1 A bis 10 A für eine Entladungszeit in einem Bereich von 0,1 μs bis 1 μs durchgeführt wird, um einen von einem Zn-Film und einem Sn-Film zu bilden, der, wenn mit einem Gegenwerkstück in einem Schmiermittel, das Phosphor oder Schwefel enthält, gerieben wird, mit Phosphor oder Schwefel in dem Schmiermittel reagiert und einen Phosphid-Reaktionsfilm oder Sulfid-Reaktionsfilm auf dem Werkstück bildet.
Entladungsoberflächenbehandlungsverfahren zur Bildung eines Films, der, wenn er mit einem Gegenwerkstück in Schmiermittel, das Phosphor oder Schwefel enthält, gerieben wird, mit Phosphor oder Schwefel in dem Schmiermittel reagiert und einen Phosphid-Reaktionsfilm oder Sulfid-Reaktionsfilm bildet, wobei eine gemischte Schicht durch Schmelzen der Zn-Komponente, Sn-Komponente oder Ni-Komponente als Elektrodenkomponente in Material eines Werkstücks durch Energie einer gepulsten elektrischen Entladung, die zwischen einer Elektrode und dem Werkstück erzeugt wurde, gebildet wird, wobei die Elektrode ein Preßteil, geformt aus 90 Gew.-% oder mehr eines von Zn-Pulvern, Sn-Pulvern und Ni-Pulvern, oder ein Preßteil, erhalten durch Erhitzen des Preßteils, ist.
Entladungsoberflächenbehandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die für die Entladungsoberflächenbehandlung verwendete Elektrode 10 Gew.-% oder weniger Keramikpulver, zum Beispiel TiC, Cr₃C₂ oder WC, als Elektrodenmaterial vermischt mit einem von Zn-Pulvern, Sn-Pulvern und Ni-Pulvern, enthält.
Entladungsoberflächenbehandlungsverfahren, das durchgeführt wird, um einen Film zu bilden, der, wenn er mit einem Gegenwerkstück in Schmiermittel, das Phosphor oder Schwefel enthält, gerieben wird, mit Phosphor oder Schwefel in dem Schmiermittel reagiert und einen Phosphid-Reaktionsfilm oder Sulfid-Reaktionsfilm bildet, wobei eine gemischte Schicht gebildet wird, indem Cr-Komponente als Elektrodenkomponente in Material eines Werkstücks durch die Energie einer gepulsten elektrischen Entladung, die zwischen einer Elektrode und dem Werkstück erzeugt wird, geschmolzen wird, wobei die Elektrode ein Preßteil, geformt aus 90 Gew.-% oder mehr Cr-Metallpulvern vermischt mit 10 Gew.-% oder weniger Keramikpulvern, zum Beispiel TiC, Cr₃C₂ oder WC, als Elektrodenmaterial, ist.
Entladungsoberflächenbehandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei mit einer festen Metallelektrode, hergestellt aus Material der Elektrode, durch welche die Entladungsoberflächenbehandlung durchgeführt wurde, eine Entladung an der Oberfläche durchgeführt wird, die der Entladungsoberflächenbehandlung unterzogen wird, um einen vorstehenden Teil, der durch die Entladungsoberflächenbehandlung gebildet wurde, zu entfernen.
Entladungsoberflächenbehandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei ein Polieren oder Strahlreinigen auf die Oberfläche, die der Entladungsoberflächenbehandlung unterzogen wurde, angewendet wird, um einen vorstehenden Teil von der Oberfläche zu entfernen.
Entladungsoberflächenbehandlungsverfahren, das für eine Entladungsoberflächenbehandlung verwendet wird, bei dem eine gepulste elektrische Entladung mit einem Preßteil, geformt aus Metallpulvern, oder einem Preßteil, erhalten durch Erhitzen des aus Metallpulvern geformten Preßteils, als Elektrode zwischen der Elektrode und einem Werkstück erzeugt wird, um einen Film aus einem Elektrodenmaterial oder einen Film aus Substanz, die mit dem Elektrodenmaterial reagiert, an einer Oberfläche des Werkstücks durch Entladungsenergie zu bilden, wobei das Entladungsoberflächenbehandlungsverfahren umfaßt: Durchführen einer Entladungsoberflächenbehandlung zwischen der Elektrode und dem Werkstück und Erzeugen einer gepulsten elektrischen Entladung mit einem Spitzenstrom in einem Bereich von 4 A bis 12 A für eine Entladungszeit in einem Bereich von 2 μs bis 8 μs, wobei die Elektrode 90 Gew.-% oder mehr eines von Zn-Pulvern, Sn-Pulvern, Cr-Pulvern und Ni-Pulvern enthält; und Entfernen eines vorstehenden Teils von der Oberfläche, die der Entladungsoberflächenbehandlung unterzogen wurde, indem eine Entladung an der Oberfläche unter Verwendung einer festen Metallelektrode, hergestellt aus Material der Elektrode, die für die Entladungsoberflächenbehandlung verwendet wird, durchgeführt wird oder indem ein Polieren oder eine Strahlbehandlung auf die Oberfläche angewendet wird.
Film der durch Entladungsoberflächenbehandlung gebildet wird, umfassend eine gemischte Schicht, die durch Schmelzen einer Zn-Komponente, Sn-Komponente oder Ni-Komponente als Elektrodenkomponente in Material eines Werkstücks durch die Energie einer gepulsten elektrischen Entladung, die zwischen einer Elektrode und dem Werkstück erzeugt wird, geschmolzen wird, wobei die Elektrode ein Preßteil, geformt aus 90 Gew.-% oder mehr eines von Zn-Pulvern, Sn-Pulvern, Cr-Pulvern und Ni-Pulvern, oder ein Preßteil, erhalten durch Erhitzen des Preßteils, ist.
Film, der wenn er mit einem Gegenwerkstück in Schmiermittel, das Phosphor oder Schwefel enthält, gerieben wird, mit Phosphor oder Schwefel in dem Schmiermittel reagiert und einen Phosphid-Reaktionsfilm oder Sulfid-Reaktionsfilm auf dem Werkstück bildet, wobei eine gemischte Schicht gebildet wird, indem Zn-Komponente, Sn-Komponente oder Ni-Komponente als Elektrodenkomponente in Material eines Werkstücks durch die Energie einer gepulsten elektrischen Entladung, die zwischen einer Elektrode und dem Werkstück erzeugt wird, geschmolzen wird, wobei die Elektrode ein Preßteil, geformt aus 90 Gew.-% oder mehr eines von Zn-Pulvern, Sn-Pulvern und Ni-Pulvern, oder ein Preßteil, erhalten durch Erhitzen des Preßteil, ist.
Film, der eine gemischte Schicht umfaßt, in der eines von Zn, Sn, Cr und Ni und Werkstück miteinander verschmolzen sind, und einen Reaktionsfilm, der durch Reaktion zwischen einem von Zn, Cr und Ni und Phosphor oder Schwefel in Schmiermittel in einer Umgebung, in der ein Gegenwerkstück und der Film miteinander in dem Schmiermittel, das Phosphor oder Schwefel enthält, reiben, gebildet wird.
Film nach Anspruch 17 oder 19, wobei die Oberflächenhärte des Films 200 HV oder härter ist.
Film nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die Oberflächenrauheit Ra des Film 1 μm oder weniger ist.
Film nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei die Dicke der gemischten Schicht 10 μm oder dünner ist.
Film, der durch Entladungsoberflächenbehandlung gebildet wird, umfassend eine gemischte Schicht, die gebildet wird, indem Cr-Komponente als Elektrodenkomponente in Material eines Werkstücks durch die Energie einer gepulsten elektrischen Entladung, die zwischen einer Elektrode und dem Werkstück erzeugt wird, geschmolzen wird, wobei die Elektrode ein Preßteil, geformt aus 90 Gew.-% oder mehr Cr-Pulver, oder ein Preßteil, erhalten durch Erhitzen des aus Cr-Pulvern geformten Preßteils, ist, und die gemischte Schicht eine Oberflächenhärte von 200 HV oder mehr hat, eine Oberflächenrauheit von 1 μm oder weniger und eine Dicke von 10 μm oder dünner hat.
Verfahren zur Bildung eines Films, umfassend: Formen einer gemischten Schicht, in der eines von Zn, Cr und Ni und ein Werkstück durch eine gepulste elektrische Entladung, die zwischen einer Elektrode, die 90 Gew.-% oder mehr Zn-Pulver, Sn-Pulver, Cr-Pulver und Ni-Pulver enthält, und dem Werkstück erzeugt wird, miteinander geschmolzen werden; und Bilden eines Reaktionsfilmes durch Reaktion zwischen einem von Zn, Cr und Ni in der gemischten Schicht und Phosphor oder Schwefel in Schmiermittel durch Reiben des Werkstücks, auf dem die gemischte Schicht ausgebildet ist, mit einem Gegenwerkstück in dem Schmiermittel, das Phosphor oder Schwefel enthält.