DE112009004783T5

DE112009004783T5 - Verfahren zum Bilden einer Oberflächenschicht, Verfahren zumBilden einer erosionsbeständigen Komponente undDampfturbinenschaufel

Info

Publication number: DE112009004783T5
Application number: DE112009004783T
Authority: DE
Inventors: Akihiro Goto; Hiroyuki Teramoto; Nobuyuki Sumi; Yoshikazu Nakano
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2012-08-02
Also published as: CN102439198A; JPWO2010134129A1; US20120057983A1; WO2010134129A1; CN102439198B

Abstract

Verfahren zum Bilden einer Oberflächenschicht, wobei das Verfahren enthält: Anordnen eines Bauteils (3) in einem Bearbeitungsfluid (3); und Bilden einer Oberflächenschicht mit Silizium durch Zwischenraum-Anordnen einer Siliziumelektrode (1) mit einer vorbestimmten Distanz zu dem Bauteil und durch Zuführen einer Siliziumkomponente von der Siliziumelektrode (1) zu der Bauteilseite durch Anlegen einer vorbestimmten Spannung und Erzeugen einer elektrischen Entladung, wobei ein Bauteil mit einem spezifischen Widerstand von 0,005 Ωcm oder weniger als die Siliziumelektrode (1) ausgewählt wird, wobei ein Wert eines Erfassungspegels der elektrischen Entladung gesetzt wird, gleich oder größer als ein Wert zu sein, der erhalten worden ist durch Addieren einer Spannungsabsenkung bei der Siliziumelektrode zu einem Bogenpotential während der elektrischen Entladung, und wobei die Oberflächenschicht mit Silizium gebildet wird auf einer Oberfläche des Bauteils durch wiederholtes Durchführen (4, 7, 8) von einem Erfassen der zwischen der Siliziumelektrode (1) und dem Bauteil (2) erzeugten elektrisls, der niedriger als der Erfassungspegel der elektrischen Entladung ist, Stoppen des Anlegens der Spannung für eine vorbestimmte Zeit, nachdem die elektrische Entladung erzeugt wird, und erneutem Anlegen der Spannung nach einer vorbestimmten Ausschaltzeit.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft erosionsbeständige Komponenten und ein Bildungsverfahren dafür.
Hintergrundtechnik
Erosion, so wie wenn ein Bauteil durch den Zusammenstoß mit Wasserdampf mit Wassertröpfchen mit einer hohen Geschwindigkeit erodiert bzw. verschlissen wird, ist eine kritische Angelegenheit in einer Dampfturbinenschaufel, Rohrleitungen einer Pumpe und Fluideinspritzungskomponenten, und vielfältige Bemühungen gegen die Erosion sind gemacht worden.
JP-A-2006-124830 offenbart, dass eine Erosionsbeständigkeits-Performance erhalten wird durch Bilden einer Schutzstruktur, die aus einem Material so wie eine α-β-Titanlegierung, eine Near-β-Titanlegierung oder eine β-Titanlegierung hergestellt ist, auf Turbinenkomponenten, mit Bezug zu einer erosionsbeständigen Struktur mit Verwendung eines Beschichtungsfilms oder eines Überzugs, der hergestellt ist aus einer konventionellen Legierung auf Kobaltbasis so wie Stellit (eingetragene Marke) und Haynes 25 (eingetragene Marke) (Patentliteratur 1).
Außerdem offenbart das japanische Patent Nr. 3001592 , dass als eine Erosionsbeständigkeitsmaßnahme für eine Dampfturbine Cr₃C₂ mit nicht rostendem Pulver als Bindemittel in die Turbinenkomponenten gesprüht bzw. gespritzt wird (Patentliteratur 2).
Außerdem offenbart JP-A-2006-70297 ein Verfahren zum Verbessern der Erosionsbeständigkeit, in dem eine Oberfläche eines Karbid-Beschichtungsfilms durch eine Wärmequelle mit einer hohen Energiedichte, so wie ein Laser oder Elektronenstrahlschweißen (EBW), geschmolzen wird, um einen Versiegelungsprozess durchzuführen, nachdem der Karbid-Beschichtungsfilm auf einem Dampfturbinenbauteil durch Flammspritzen mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit gebildet wird (Patentliteratur 3).
Zitierungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP-A-2006-124830
Patentliteratur 2: Japanisches Patent Nr. 3001592
Patentliteratur 3: JP-A-2006-70297

Inhaltsangabe der Erfindung
Technisches Problem
Wie oben beschrieben, sind vielfältige Verfahren als Erosionsbeständigkeitsmaßnahme unternommen worden. In der Patentliteratur 1 ist jedoch bei der Bildung der Struktur ein schwieriges Verfahren erforderlich, in dem die Struktur in Richtung zu einem Bauteil mit hoher Temperatur und hohem Druck geschoben wird, um Diffusionsschweißen durchzuführen. Weil in Patentliteratur 2 eine große Anzahl von Fehlstellen in dem gebildeten Beschichtungsfilm existiert, ist die Erosionsbeständigkeit unzureichend. Ferner wird die Performance-Verschlechterung für die Dampfturbine, die der Existenz der Fehlstellen zuschreibbar ist, nicht berücksichtigt. In Patentliteratur 3 tritt ein Problem auf, dass die Oberfläche geschmolzen wird mittels eines Verfahrens mit Verwendung einer hohen Energiedichte, so wie ein Laser, wodurch Hitzeeinfluss zurückbleibt und Spannungen in dem Bauteil zurückbleiben.
Das heißt, dass in dem Verfahren zum Anbringen eines anderen Materials an dem Bauteil, so wie Schweißen oder Löten, eine übermäßige Wärmemenge in das Bauteil eingebracht wird. Deshalb können eine Verformung des Bauteils und eine Verschlechterung der Beanspruchbarkeit nicht verhindert werden. Diese Verfahren werden manuell durchgeführt und erfordern Fachkönnen. Die Erosionsbeständigkeits-Performance kann nicht zufriedenstellend erhalten werden. Es treten diese Probleme auf.
Außerdem sind als die für die Erosionsbeständigkeit geeignete Materialien vielfältige Materialien ausprobiert worden, wie in der oben erwähnten Patentliteratur offenbart. Unter den existierenden Umständen ist jedoch kein Material gefunden worden, das hinlänglich zufriedenstellend ist.
Dafür sind zwei Gründe überschlägig vorstellbar.
Ein erster Grund ist, dass das für die Erosionsbeständigkeit geeignete Material in der Theorie noch nicht verdeutlicht worden ist. Erosion wird durch den Zusammenstoß bzw. die Kollision mit Wassertröpfchen oder einem Fremdmaterial als die Hauptursache erzeugt. Jedoch ist ein härteres Material nicht immer exzellent in der Erosionsbeständigkeit. Vielfältige Materialien sind einem Versuchs- und Irrtumsprozess unterzogen worden, und unter den existierenden Umständen hat ein Material so wie Stellit (eingetragene Marke) weite Verwendung gefunden.
Ein zweiter Grund ist, dass, selbst wenn es ein bezüglich der Erosionsbeständigkeit exzellentes Material gibt, es sehr häufig schwierig ist, das Material auf ein zu bearbeitendes Bauteil aufzubringen.
Derzeit sind vielfältige Beschichtungs-Technologien entwickelt worden, so dass selbst ein hartes Material auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Bauteils aufgebracht werden kann. Jedoch ist die Bearbeitung selbst häufig beschränkt. Beispielsweise ist es in dem Fall eines großen Bauteils, so wie die Dampfturbinenschaufel, industriell extrem schwierig, das Bauteil selbst in eine Vakuumvorrichtung einzusetzen und das Bauteil Stück für Stück zu bearbeiten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen exzellenten erosionsbeständigen Beschichtungsfilm zu bilden, der die obigen Probleme löst. Im Besonderen für den Zweck der Vermeidung einer übermäßigen Wärmezufuhr und Reduzierung einer beim Anbringen eines Materials an einem Bauteil zu verwendenden Energieeinheit wird eine Hitzeeinwirkung auf das Bauteil mit Verwendung einer feinen Impulsentladung reduziert, was darin resultiert, dass die Verformung und Verschlechterung der Beanspruchbarkeit soweit wie möglich reduziert werden können.
Außerdem wird ein Verfahren bereitgestellt, das eine mechanische und automatische Bearbeitung des Bauteils ohne Abhängigkeit von dem Fachkönnen realisieren kann.
Technische Lösung
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Ein Verfahren zum Bilden einer Oberflächenschicht der vorliegenden Erfindung enthält: Anordnen eines Bauteils in einem Bearbeitungsfluid; und Bilden einer Oberflächenschicht mit Silizium durch Zwischenraum-Anordnen einer Siliziumelektrode mit einer vorbestimmten Distanz zu dem Bauteil und durch Zuführen einer Siliziumkomponente von der Siliziumelektrode zu der Bauteilseite durch Anlegen einer vorbestimmten Spannung und Erzeugen einer elektrischen Entladung, und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauteil mit einem spezifischen Widerstand von 0,005 Ωcm oder weniger als die Siliziumelektrode ausgewählt wird, ein Wert eines Erfassungspegels der elektrischen Entladung gesetzt wird, gleich oder größer als ein Wert zu sein, der erhalten worden ist durch Addieren einer Spannungsabsenkung bei der Siliziumelektrode zu einem Bogenpotential während der elektrischen Entladung, und dass die Oberflächenschicht mit Silizium auf einer Oberfläche des Bauteils gebildet wird durch wiederholtes Durchführen von Erfassen der zwischen der Siliziumelektrode und dem Bauteil erzeugten elektrischen Entladung durch Erfassen eines Spannungsabfalls, der niedriger als der Erfassungspegel der elektrischen Entladung zu sein hat, Stoppen des Anlegens der Spannung für eine vorbestimmte Zeit, nachdem die elektrische Entladung erzeugt wird, und erneutem Anlegen der Spannung nach einer vorbestimmten Ausschaltzeit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann mittels einer elektrischen Entladung mit Verwendung einer Si-Elektrode ein hochwertiger Beschichtungsfilm stabil auf dem Bauteil gebildet werden und kann eine Oberflächenschicht gebildet werden, die eine hohe Erosionsbeständigkeit ausübt.
Außerdem kann eine Verbesserung der Erosionsbeständigkeit der Dampfturbinenschaufel, von Rohrleitungskomponenten oder den Fluideinspritzungskomponenten durchgeführt werden, ohne sich auf Arbeitskraft zu stützen und ohne Streuung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein veranschaulichendes Diagramm eines Systems für eine Oberflächenbearbeitung mit elektrischer Entladung.
2 ist ein Diagramm, das Spannungs- und Stromwellenformen in einer Oberflächenbearbeitung mit elektrischer Entladung veranschaulicht.
3 ist ein Diagramm, das ein Phänomen einer elektrischen Entladung veranschaulicht.
4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung eines Widerstandswertes R, eines spezifischen Widerstands ρ einer Fläche S und einer Länge L veranschaulicht.
5 ist ein Diagramm, das eine Stromwellenform veranschaulicht, wenn eine elektrische Entladung nicht erfasst werden kann.
6 ist ein Querschnittsfoto einer Oberflächenschicht mit Si gemäß der Ausführungsform.
7 ist ein Oberflächenfoto der Oberflächenschicht, die unter einer Bearbeitungsbedingung bearbeitet worden ist, in der eine Impulsbreite ungefähr 130 μs ist.
8 ist ein Diagramm, das ein Analyseergebnis der Oberflächenschicht mit Si veranschaulicht.
9 ist ein schematisches Diagramm eines Evaluierungstestes der Erosionsbeständigkeit.
10 ist ein Diagramm, das ein Evaluierungstestergebnis eines Materials auf rostfreier Basis zeigt.
11 ist ein Diagramm, das ein Evaluierungstestergebnis von Stellit veranschaulicht.
12 ist ein Diagramm, das ein Evaluierungstestergebnis eines TiC-Beschichtungsfilms veranschaulicht.
13 ist ein Diagramm, das ein Evaluierungstestergebnis einer Oberflächenschicht von Si veranschaulicht.
14 ist ein Diagramm, das ein anderes Evaluierungstestergebnis der Oberflächenschicht von Si veranschaulicht.
15 ist ein Diagramm, das eine Aufmachung veranschaulicht, in der eine Si-Oberflächenschicht auf einer Dampfturbinenrotorschaufel gebildet ist.
16 ist ein Diagramm, das eine Aufmachung veranschaulicht, in der die Si-Oberflächenschicht auf der Dampfturbinenrotorschaufel gebildet ist.
17 ist ein Diagramm, das eine Aufmachung veranschaulicht, in der die Si-Oberflächenschicht auf der Dampfturbinenrotorschaufel gebildet ist.
Ausführungsformen der Erfindung
Hier werden im Nachfolgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben werden.
Erste Ausführungsform
1 veranschaulicht einen Umriss eines Verfahrens für die Oberflächenbearbeitung mit elektrischer Entladung, in dem eine gepulste elektrische Entladung zwischen einer Si-Elektrode und einem Bauteil erzeugt wird und eine Textur mit einer Erosionsbeständigkeitsfunktion auf einer Oberfläche des Bauteils gebildet wird.
In der Figur ist Bezugszeichen 1 eine massive Metall-Silizium-(Si)Elektrode, ist 2 ein zu bearbeitendes Bauteil, so wie eine Dampfturbinenschaufel, ist 3 ein Öl, das ein Bearbeitungsfluid ist, ist 4 eine Gleichstrom-Energieversorgung, ist 5 ein Schaltelement zum Anlegen (oder Stoppen) einer Spannung der Gleichstrom-Energieversorgung 4 zwischen der Si-Elektrode 1 und dem Bauteil 2, ist 6 ein Strombegrenzungswiderstand zum Steuern eines Stromwertes, ist 7 ein Steuerschaltkreis zum Steuern einer An/Aus-Operation des Schaltelementes 5, und ist 8 ein Detektorschaltkreis für eine elektrische Entladung zum Erfassen der Spannung zwischen der Si-Elektrode 1 und dem Bauteil 2, um die Erzeugung der elektrischen Entladung zu erfassen.
Anschließend wird die Operation mit Verweis auf 2 beschrieben werden, die Spannungs- und Stromwellenformen veranschaulicht.
Wenn das Schaltelement 5 durch den Steuerschaltkreis 7 angeschaltet wird, wird eine Spannung zwischen der Si-Elektrode 1 und dem Bauteil 2 angelegt. Mit einem Elektrodenzuführmechanismus, der nicht gezeigt ist, wird eine interpolare Distanz zwischen der Si-Elektrode 1 und dem Bauteil 2 auf eine zweckgemäße Distanz (eine Distanz, die es ermöglicht, dass eine elektrische Entladung erzeugt wird) gesteuert, und nach einer kurzen Zeit wird die elektrische Entladung zwischen der Si-Elektrode 1 und dem Bauteil 2 erzeugt. Ein Stromwert ie eines Strompulses, ein Puls mit te (Dauer der elektrischen Entladung) und eine Ausschaltzeit bzw. Unterbrechungszeit der elektrischen Entladung t0 (eine Zeit, während der keine Spannung angelegt wird) werden im Voraus gesetzt und bestimmt gemäß dem Steuerschaltkreis 7 und dem Strombegrenzungswiderstand 6.
Wenn die elektrische Entladung erzeugt wird, erfasst der Detektorschaltkreis für die elektrische Entladung 8 die Erzeugung der elektrischen Entladung gemäß einer Verringerung der Spannung zwischen der Si-Elektrode 1 und dem Bauteil 2 und das Timing, und der Steuerschaltkreis 7 schaltet das Schaltelement 5 eine vorbestimmte Zeit (Impulsbreite te) aus, nachdem die elektrische Entladung erfasst wird.
Der Steuerschaltkreis 7 schaltet das Schaltelement 5 erneut eine vorbestimmte Zeit (Ausschaltzeit t0) an, nachdem das Schaltelement 5 ausschaltet.
Die obige Operation wird wiederholt durchgeführt, so dass die elektrische Entladung einer kontinuierlich gesetzten Stromwelle erzeugt werden kann.
In 1 ist das Schaltelement als ein Transistor veranschaulicht. Jedoch kann ein anderes Element verwendet werden, wenn das Element das Anlegen einer Spannung steuern kann. Außerdem wird der Stromwert durch den Widerstand gesteuert. Selbstverständlich kann jedoch ein anderes Element verwendet werden, wenn das Element den Stromwert steuern kann.
Außerdem ist in der Veranschaulichung von 1 die Wellenform des Strompulses eine Rechteckwelle. Jedoch kann eine andere Wellenform verwendet werden. Eine große Menge von Si-Material kann zugeführt werden durch Erhöhen des Verbrauchs der Elektrode, oder das Material kann wirksam verwendet werdet durch Reduzieren des Verbrauchs der Elektrode, in Abhängigkeit von der Form des Strompulses. Jedoch wird dieses nicht im Detail in der vorliegenden Beschreibung diskutiert werden.
Wie oben beschrieben, kann eine Schicht, die darin eine große Menge von Si enthält, auf einer Oberfläche des Bauteils 2 gebildet werden durch kontinuierliches Erzeugen einer elektrischen Entladung zwischen der Si-Elektrode 1 und dem Bauteil 2. Um die hochwertige Si enthaltende Schicht stabil zu bilden, können jedoch nicht alle Si-Arten verwendet werden. Außerdem gibt es in dem Schaltkreis von 1 eine erforderliche Bedingung. Die Bedingung wird später im Detail beschrieben werden.
Vor der Beschreibung der Bedingungen der Si-Elektrode und des Schaltkreises wird zuerst, um Unterschiede der Oberflächenbearbeitung mit elektrischer Entladung zwischen der konventionellen Technik und dieser Ausführungsform zu verdeutlichen, eine Beschichtungsfilm-Bildungstechnologie, die die Bearbeitung mit elektrischer Entladung verwendet, beschrieben werden. JP-B-5-13765 offenbart eine Technik, in welcher mit der Verwendung von Silizium als eine Elektrode der Bearbeitung mit elektrischer Entladung eine amorphe Legierungsschicht oder eine Oberflächenschicht mit hohen Korrosionsbeständigkeitseigenschaften und hohen Wärmebeständigkeitseigenschaften mit einer feinen Kristallstruktur auf einer Oberfläche eines Werkstücks gebildet wird.
Die Bearbeitung mit elektrischer Entladung durch die in dieser Veröffentlichung offenbarte Si-Elektrode wird durchgeführt durch eine Technik, in der eine Energie mit einem Spitzenwert Ip von 1 A durch ein Schaltkreissystem geliefert wird, das eine Spannung periodisch mit einer auf 3 μs fixierten Spannungsanlegungszeit und einer auf 2 μs fixierten Auschaltzeit an/ausschaltet. Aus diesem Grund ist in einer Periode von 3 μs, während welcher die Spannung angelegt wird, jeder von dem Spannungsimpuls zum Erzeugen einer jeweiligen elektrischen Entladung voneinander unterschiedlich ist, und die Stromimpulsbreite, die eine echte Dauer einer elektrischen Entladung ist, wo ein Strom fließt, wird sukzessiv geändert, und die stabile Beschichtungsfilmbildung ist schwierig.
Beispielsweise werden, wie beispielhaft in 3 dargestellt, in einer Energieversorgung eines Schaltkreissystems, in dem die Spannung periodisch an- und ausschaltet, eine Spannungswellenform und eine Stromwellenform geändert, und ein Phänomen tritt auf, dass die Energie für jeden Puls unterschiedlich ist. Außerdem werden die Si-Menge, die ein Elektrodenmaterial ist, die an das Bauteil zu liefern ist, und die Energie zum Schmelzen der Oberfläche des Bauteils, um die Oberflächenschicht zu bilden, variiert. Deshalb ist eine stabile Bearbeitung schwierig.
In der Zeichnung ist eine Spannung der elektrischen Entladung konstant, und ein Strom davon ist auch konstant. Tatsächlich schwankt die Spannung jedoch, und auch der Strom schwankt. Wenn die Elektrode aus einem Material mit hohem Widerstand, so wie Si, hergestellt wird, ist die Spannung hoch, weil eine Si zuschreibbare Spannungsabsenkung auch in der Spannung enthalten ist, und die Schwankung wird auch groß.
Anschließend wird ein Grund dafür, dass die Spannung in der oben beschriebenen Veröffentlichung periodisch an- und ausgeschaltet werden muss, beschrieben werden.
In der Veröffentlichung wird eine Bedingung eines sehr kleinen Stromimpulses mit der Verwendung von Silizium getätigt, das ein Material mit hohem Widerstand mit einem spezifischen Widerstand von ungefähr 0,01 Ωcm ist.
Aus diesem Grund wird in dem konventionellen Steuerungssystem, das ein Bogenpotential einer elektrischen Entladung erfasst, um die Erzeugung einer elektrischen Entladung zu erfassen, in dem Fall, wo eine elektrische Entladung erzeugt wird, wenn die Elektrode aus dem Material mit hohem Widerstand hergestellt ist, ein Wert erfasst, in dem eine Spannung der Spannungsabsenkung, wenn ein Strom in der Si-Elektrode fließt, zu dem Bogenpotential addiert bzw. hinzugefügt wird. Wenn die Spannung der Spannungsabsenkung hoch ist, kann der Schaltkreis trotz der Erzeugung der elektrischen Entladung nicht erkennen, dass die elektrische Entladung erzeugt wird.
Außerdem leidet der durch die konventionelle Bearbeitung mit elektrischer Entladung produzierte Beschichtungsfilm an einem Problem, dass die Bearbeitung zum großen Teil variiert wird und nicht stabil durchgeführt werden kann. Dieses Problem ist auch einer Tatsache zuzuschreiben, dass Si einen hohen Widerstand hat.
Wenn beispielsweise angenommen wird, dass ein Widerstandswert R ist, ein spezifischer Widerstand ρ ist, eine Fläche S ist und ein Länge L ist, wie in 9 veranschaulicht, wird ein Widerstandswert R der Elektrode dargestellt durch R = ρ·L/S.
Wenn jedoch ρ groß ist, wird ein Wert von R in hohem Maße variiert gemäß einem Verfahren zum Zuführen von Elektrizität zu der Elektrode, das heißt einem Elektrodenhalteverfahren.
In der konventionellen Technik wird Silizium mit ρ = 0,01 Ωcm als die Elektrode verwendet. In dem Fall, dass das Material solch einen hohen Widerstand hat, kann jedoch die Bearbeitung nicht ohne irgendeine Bedingung durchgeführt werden. Wenn z. B. die Si-Elektrode lang ist, Elektrizität der Elektrode zugeführt wird, während ein Ende der Elektrode gehalten wird, ist der Widerstand der Elektrode höher, wenn die Elektrode länger ist, und wird der Widerstand niedriger, wenn die Länge kürzer ist. Wenn die Elektrode lang ist und der Widerstand hoch ist, kann eine elektrische Entladung wie oben beschrieben nicht erfasst werden, und eine Wahrscheinlichkeit, dass ein abnormaler Impuls erzeugt wird, ist auch hoch. Selbst wenn keine Abnormalität auftritt, weil der Widerstand hoch ist, wird ein Stromwert der elektrischen Entladung niedrig.
Durch die Forschung der vorliegenden Erfinder wurde festgestellt, dass, wenn Silizium mit einem Widerstandswert von ungefähr ρ = 0,01 Ωcm als die Elektrode verwendet wird, wenn die elektrische Entladung erzeugt wird, wenn eine Elektrodenlänge ungefähr einige zehn mm oder höher wird, die Spannungsabsenkung bei der Elektrode, die einem Strom zuschreibbar ist, groß wird, eine abnormale elektrische Entladung erzeugt wird, und die Bildung der Oberflächenschicht schwierig wird.
Es ist außerdem festgestellt worden, dass eine Bedingung, unter welcher solch eine abnormale elektrische Entladung erzeugt wird, gemäß einer Elektrizitätszuführposition und einer Position der elektrischen Entladung, das ist eine Länge der Elektrode, bestimmt wird, und eine Fläche (Dicke) der Elektrode dafür unrelevant ist.
Es kann angenommen werden, dass dieses so ist, weil, wenn ein Strom in der Elektrode fließt, der Strom nicht gleichmäßig über den gesamten Querschnitt der Elektrode fließt, sondern in einem gewissen dünnen Kanal fließt. Selbst wenn Silizium mit einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ωcm oder mehr als die Elektrode verwendet wird, kann, wenn eine Position, wo die elektrische Entladung erzeugt wird, und ein Elektrizitätszufuhrpunkt dichter aneinander gebracht werden, demgemäß eine geeignete elektrische Entladung erzeugt werden. Wenn plattenartiges Silizium von zum Beispiel ungefähr 1 mm mit einem Metall zum Elektrizitätszuführen verbunden ist, wird eine stabile elektrische Entladung ermöglicht, selbst wenn der Widerstandswert ungefähr 0,05 Ωm ist. Wenn sogar die Elektrode von 0,01 Ωcm eine Länge von ungefähr einigen zehn mm oder mehr hat, zum Beispiel ungefähr 100 mm, kann jedoch eine abnormale elektrische Entladung erzeugt werden, und eine stabile Bearbeitung ist schwierig.
Die folgenden Tatsachen haben sich aus den Experimenten der vorliegenden Erfinder wie oben erläutert erwiesen.
Um die Oberflächenschicht mit Si auf der Oberfläche des Bauteils durch die Verwendung einer Impulsentladung in Öl mit Silizium als die Elektrode, mit einer Dicke von ungefähr 10 μm, um einer industriellen Verwendung standzuhalten, mit einer hohen Geschwindigkeit zu bilden, wird Si mit einem niedrigen Widerstand verwendet, und ein Schaltkreis eines Systems, der Impulsbreiten (Stromimpulse der elektrischen Entladung) der elektrischen Entladung, wie in 1 und 2 veranschaulicht, steuert (im Wesentlichen die Impulsbreiten gleich macht), muss verwendet werden.
Um die Oberflächenschicht von ungefähr 10 μm oder mehr auf der Bauteiloberfläche mit Silizium als die Elektrode zu bilden, ist ein niedrigerer Widerstandswert (spezifischer Widerstand) vorzuziehen. Wenn angenommen wird, dass die Elektrode mit einer Länge von ungefähr 100 mm oder höher verwendet wird, von dem Standpunkt einer tatsächlichen industriellen Verwendung, ist es vorzuziehen, dass ρ 0,005 Ωcm oder niedriger ist. Um den Widerstandswert von Si zu verringern, kann die Konzentration einer sogenannten Störstelle bzw. von Fremdmaterial (Engl.: impurity) erhöht werden, so dass Si mit anderen Elementen dotiert wird.
Wenn der Elektrizitätszuführpunkt und die Position der elektrischen Entladung näher zueinander gebracht werden, kann eine stabile Bearbeitung durchgeführt werden, selbst wenn ρ 0,005 Ωcm oder mehr ist. Ein Index in dieser Situation kann wie folgt bereitgestellt werden, einschließlich eines Falls, in dem ρ 0,005 Ωcm oder niedriger ist.
Es wird erkannt, dass eine elektrische Entladung erzeugt wird, durch eine Verringerung in einer zwischen Polen angelegten Spannung. Eine Energieversorgung ermöglicht, dass das Anlegen der Spannung eine vorbestimmte Zeit (Impulsbreite te) gestoppt wird (d. h., dass die elektrische Entladung gestoppt wird), nachdem erkannt wird, dass die elektrische Entladung erzeugt wird. Mit dieser Energieversorgung kann beim Bilden der Oberflächenschicht mit Si auf der Oberfläche des Bauteils mit Si als die Elektrode die Bearbeitung in einem Zustand durchgeführt werden, wo eine Zwischenpolspannung mit einer Spannungsabsenkung bei der Si-Elektrode, die ein Widerstandskörper ist, wenn eine elektrische Entladung erzeugt wird, niedriger als ein Erfassungspegel der elektrischen Entladung wird.
Im Allgemeinen ist ein Potential des Bogens ungefähr 25 v bis 30 V. Eine Spannung des Erfassungspegels der elektrischen Entladung kann gesetzt sein, niedriger als die Versorgungsspannung und höher als das Potential des Bogens zu sein. Wenn der Erfassungspegel der elektrischen Entladung gesetzt ist, niedrig zu sein, kann jedoch, sofern der Widerstandswert von Si nicht verringert wird, die Erzeugung der elektrischen Entladung nicht erkannt werden, selbst wenn die elektrische Entladung erzeugt wird. Als ein Ergebnis nimmt die Gefahr zu, dass ein abnormal langer Impuls erzeugt wird, wie in 5 veranschaulicht.
Wenn der Erfassungspegel der elektrischen Entladung gesetzt ist, hoch zu sein, ist die Zwischenpolspannung anfällig dafür, unter den Erfassungspegel der elektrischen Entladung zu fallen, wenn die elektrische Entladung erzeugt wird, selbst wenn der Widerstand von Si geringfügig hoch ist. Das heißt, dass, wenn der Widerstandswert von Si niedrig ist, die Elektrode lang sein kann. Wenn der Widerstandswert von Si hoch ist, wird die Länge von Si gekürzt, so dass die Zwischenpolspannung, wenn eine elektrische Entladung erzeugt wird, niedriger als der Erfassungspegel der elektrischen Entladung wird. Obwohl der Erfassungspegel der elektrischen Entladung gesetzt sein kann, niedriger als die Versorgungsspannung und höher als das Potential des Bogens zu sein, ist es gemäß der obigen Beschreibung vorzuziehen, dass der Erfassungspegel der elektrischen Entladung auf einen Pegel geringfügig niedriger als die Versorgungsspannung gesetzt ist.
Durch das Experiment der vorliegenden Erfinder ist festgestellt worden, dass das Setzen des Erfassungspegels der elektrischen Entladung auf einen Wert niedriger als die Versorgungsspannung um ungefähr 10 bis 30 V die höchste Vielseitigkeit bei der praktischen Verwendung hat. Genauer genommen gibt es durch das Setzen des Erfassungspegels der elektrischen Entladung auf einen Wert niedriger als die Versorgungsspannung um ungefähr 10 bis 20 V einen weiten Bereich der Si-Arten, die verwendet, werden können.
Wenn die obigen Bedingungen erfüllt sind, kann ein flexibler elektrischer Entladungsimpuls mit der Verwendung von Si, welches ein Material mit hohem Widerstand ist, als die Elektrode stabil erzeugt werden, und die Oberfläche mit Si kann auf dem Bauteil gebildet werden.
6 ist ein Querschnittsfoto einer gemäß der vorliegenden Erfindung gebildeten Oberflächenschicht mit Si.
Die Oberflächenschicht wird gebildet mit der Impulsbreite te = 16 μs und dem Stromspitzenwert ie = 10 A.
Der Spitzenstromwert ie ist in einem Bereich von 1 bis 40 A getestet worden. Ob der Beschichtungsfilm gebildet werden kann oder nicht, hängt nicht besonders von einer Größe des Spitzenstromwertes ie ab. Wenn der Spitzenstromwert ie größer ist, gibt es vorteilhafter Weise eine Tendenz, dass die Bearbeitungszeit kurz ist. Andererseits nimmt nachteilhafter Weise der Elektrodenverbrauch zu und ist anfällig, verschwenderisch zu sein. Obwohl die Elektrodenverbrauchzunahme nachteilhaft ist, ist es jedoch in einem angewendeten Beispiel, in dem es erwünscht ist, dass die Elektrode schnell mit einer Form des Werkstücks übereinstimmt, wünschenswert, die Elektrode so schnell wie möglich zu verbrauchen. In dieser Situation ist ein Anstieg des Elektrodenverbrauchs vorteilhaft.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Entladung erfasst, wenn der Erfassungspegel der elektrischen Entladung ein Wert niedriger als die Versorgungsspannung um ungefähr 10 bis 30 V wird, und die Impulsbreite, nachdem die elektrische Entladung erfasst worden ist, kann auf einen beliebigen Wert stabilisiert werden. Deshalb können der längere Impuls und der kürzere Impuls verwendet werden. Wenn der kürzere Impuls verwendet wird, wird die Dicke der gebildeten Oberflächenschicht dünner gemacht, und wenn der längere Impuls verwendet wird, wird die Dicke dicker gemacht.
Wenn der Impuls zu lang ist, ist jedoch die Oberfläche anfällig dafür, rissig zu sein. Deshalb wird die Impulsbreite te gesetzt, wünschenswerter Weise 100 μs zu sein, und noch wünschenswerter ungefähr 60 μs oder niedriger. Wenn die Impulsbreite te kürzer ist, wird umgekehrt die Bearbeitungszeit kurz. Deshalb ist ein Impuls von 4 μs oder höher bei der praktischen Verwendung wünschenswert. Der Beschichtungsfilm kann gebildet werden, selbst wenn die Impulsbreite te 2 bis 3 μs ist. Jedoch beansprucht es extrem viel Zeit, und die Beschichtungsfilmbildung ist schwierig bei der praktischen Verwendung mit Ausnahme kleiner Komponenten.
7 ist ein Oberflächenfoto der Oberflächenschicht, die unter einer Bedingung gebildet wird, in der eine Impulsbreite ungefähr 130 μs ist. Es wird festgestellt, dass es dort viele Risse gibt.
Die relativ dicke Oberflächenschicht mit Si kann wie oben beschrieben gebildet werden, und als ein Ergebnis der Untersuchung der Eigenschaften sind die folgenden Eigenschaften festgestellt worden.
8 veranschaulicht ein Analyseergebnis der Oberflächenschicht mit Si.
Es wird festgestellt, dass eine Si-Schicht so ausgestaltet ist, dass Si nicht auf die Oberfläche des Bauteils gegeben wird, sondern eine Si-Mischschicht, in der das Material des Bauteils mit Si vermischt ist, auf der Oberfläche des Bauteils gebildet wird.
Aus diesem Ergebnis wird festgestellt, dass die Oberflächenschicht einen gewissen Dickengrad hat, und dass Si mit einem Basismaterial eingebettet wird, um eine Oberflächenschicht mit hoher Adhäsion bereitzustellen. Als ein Ergebnis der Untersuchung der Oberflächenschicht ist herausgefunden worden, dass die Oberflächenschicht eine extrem hohe Erosionsbeständigkeit hat. Die Erosion ist ein Phänomen, dass ein Bauteil durch Wasserkollision mit dem Bauteil erodiert bzw. verschlissen wird, was einen Defekt von Rohrleitungskomponenten, durch die Wasser oder Dampf passiert, oder der Rotorschaufel der Dampfturbine verursacht. Als Technologien für die Erosionsbeständigkeit gibt es wie oben beschrieben einen umfangreichen Stand der Technik. Jedoch gibt es in dem jeweiligen Stand der Technik Probleme.
Bezüglich der Erosionsbeständigkeits-Performance gemäß dieser Ausführungsform werden die Testergebnisse unten beschrieben werden.
9 veranschaulicht einen Umriss von Tests, in denen ein Wasserstrahl auf Teststücke aufgebracht wird, um das jeweilige Erosionsauftreten miteinander als die Evaluierung der Erosionsbeständigkeit zu vergleichen.
Der Wasserstrahl wird mit einem Druck von 200 MPa aufgebracht. Die verwendeten Teststücke enthalten vier Arten von 1) Material mit rostfreier Basis, 2) Stellit (für Erosionsbeständigkeit beabsichtigtes Material), 3) einem TiC-Beschichtungsfilm mittels elektrischer Entladung und 4) einer Oberflächenschicht mit einer großen Menge von Si gemäß der vorliegenden Erfindung, was auf rostfreiem Stahl gebildet ist.
Der Beschichtungsfilm von 3) ist ein TiC-Film, der durch ein in WO 01/005545 offenbartes Verfahren gebildet worden ist, der eine hohe Härte hat.
Der Wasserstrahl wird auf die jeweiligen Teststücke für 10 Sekunden aufgebracht, und die Erosion der Teststücke wird mit einem Lasermikroskop gemessen.
10 veranschaulicht ein Ergebnis von 1), 11 veranschaulicht ein Ergebnis von 2), 12 veranschaulicht ein Ergebnis von 3) und 13 veranschaulicht ein Ergebnis von 4), das heißt in dem Fall der Oberflächenschicht gemäß dieser Ausführungsform.
Wie in 10 veranschaulicht, wird das Material mit rostfreier Basis bis zu einer Tiefe von ungefähr 100 μm erodiert, wenn der Wasserstrahl auf das Material mit rostfreier Basis für 10 Sekunden aufgebracht wird.
Obwohl das Auftreten der Erosion unterschiedlich ist, ist hingegen in dem Stellit-Material, wie in 11 veranschaulicht, die Tiefe ungefähr 60 bis 70 μm, und die Erosionsbeständigkeit des Stellit-Materials wird zu einem gewissen Ausmaß bestätigt.
12 veranschaulicht das Ergebnis des TiC-Beschichtungsfilms, der eine sehr hohe Härte hat. Der TiC-Beschichtungsfilm wird bis zu der Tiefe von ungefähr 100 μm erodiert, und aus diesem Ergebnis wird herausgefunden, dass die Erosion nicht nur durch die Härte der Oberfläche bewirkt wird.
13 veranschaulicht andererseits das Ergebnis in dem Fall der Si-Oberflächenschicht gemäß dieser Ausführungsform. Es wird herausgefunden, dass die Oberflächenschicht kaum erodiert wird.
Die Härte der Oberflächenschicht ist ungefähr 800 HV (weil die Dicke der Oberflächenschicht dünn ist, wird die Härte mit einem Mikro-Vickers-Härtemessgerät mit einer Last von 10 g gemessen. Ein Härtebereich ist ungefähr von 600 bis 900 HV.). Diese Härte ist höher als die des Materials mit rostfreier Basis (ungefähr 350 HV), die in 1) veranschaulicht ist, oder des Stellit-Materials (ungefähr 420 HV), die in 2) veranschaulicht ist, aber niedriger als die des TiC-Films (ungefähr 1500 HV), die in 3) veranschaulicht ist.
Das heißt, dass festgestellt wird, dass die Erosionsbeständigkeit ein Mehrfach-Effekt ist, der nicht nur einen Bezug zu der Härte sondern auch zu anderen Eigenschaften hat.
In 12 hat es den Anschein, dass der Beschichtungsfilm ungeachtet des harten Beschichtungsfilms ausgehöhlt bzw. vertieft ist. Deshalb wird gemutmaßt, dass, selbst wenn nur die Oberfläche hart ist, wenn die Oberfläche nicht widerstandsfähig ist und der Beschichtungsfilm dünn ist, der Beschichtungsfilm durch den Aufprall des Wasserstrahls zerstört wird.
Andererseits ist gemäß einem anderen Test der Beschichtungsfilm von 4) gemäß dieser Ausführungsform widerstandsfähig und hat eine Oberfläche, die einer Verformung standhält. Es wird gemutmaßt, dass dieses eine hohe Erosionsbeständigkeit bewirkt. Versuchsweise werden der TiC-Beschichtungsfilm und die Si-Oberflächenschicht auf einer Oberfläche einer dünnen Platte gebildet. Wenn ein Biegetest durchgeführt wird, reißt der TiC-Beschichtungsfilm sofort, aber die Si-Oberflächenschicht reißt kaum.
Die Oberflächenschicht von 4) wird mit einer Dicke von ungefähr 5 μm getestet. Wenn der Beschichtungsfilm dünn ist, wird jedoch bestätigt, dass die Stärke nicht zufriedenstellend ist, und der Film anfällig dafür ist, erodiert zu werden.
In JP-B-5-13765 , das Stand der Technik ist, wird der Si-Beschichtungsfilm untersucht, und obwohl eine hohe Korrosionsbeständigkeit gezeigt wird, kann die Erosionsbeständigkeit nicht festgestellt werden. Es kann gemutmaßt werden, dass einer der Hauptgründe, dass die Erosion nicht festgestellt werden kann, ist, dass die Oberflächenschicht nicht verdickt werden kann.
In dem Fall der Erosionsbeständigkeit, obwohl abhängig von einer Kollisionsgeschwindigkeit eines Materials, so wie Wasser, was Erosion verursacht, ist es wünschenswert, dass die Oberflächenschicht 5 μm oder mehr ist. Wenn die Geschwindigkeit des kollidierenden Materials niedrig ist, kann der Effekt zufriedenstellend zur Geltung gebracht werden, wenn die Oberflächenschicht 2 bis 3 μm oder mehr ist.
In dem Test auf der Si-Oberflächenschicht, in 4) veranschaulicht, kann eine Erosion kaum erkannt werden. Deshalb wird der Test auf der Si-Oberflächenschicht erweitert, und der Wasserstrahl wird kontinuierlich auf die Oberflächenschicht für 60 Sekunden aufgebracht. Dieses Ergebnis ist in 14 veranschaulicht.
Eine Fläche, auf die der Wasserstrahl aufgebracht wird, wird geringfügig poliert und kann unterschieden werden. Es wird jedoch festgestellt, dass die Fläche kaum abgeschliffen bzw. abgeschürft ist.
Als ein Ergebnis kann die hohe Erosionsbeständigkeit der Oberflächenschicht gemäß dieser Ausführungsform bestätigt werden.
Es versteht sich, dass die Oberflächenschicht mit hoher Erosionsbeständigkeit gemäß dieser Ausführungsform erhalten wird. Die wirkliche Anwendungstechnologie wird beschrieben werden.
In der folgenden Anwendungstechnologie wird eine Technologie, in der die oben beschriebene Basistechnologie auf einen realen beabsichtigten Zweck angewendet wird, beschrieben werden. Deshalb wird in der folgenden Beschreibung angenommen, dass die oben beschriebene Technologie verwendet wird, und dieselbe Beschreibung wird nicht wiederholt.
15 veranschaulicht eine Aufmachung, in der die Si-Oberflächenschicht der vorliegenden Erfindung auf einer Dampfturbinen-Rotorschaufel gebildet wird, wo die Erosion häufig problematisch ist.
In der Figur ist Bezugszeichen 11 eine Si-Elektrode, ist 12 eine Dampfturbinen-Rotorschaufel, die ein zu bearbeitendes Bauteil ist, und ist 13 eine Oberflächenschicht mit Si, die auf der Oberfläche der Dampfturbinen-Rotorschaufel 12 gebildet ist. Die Dampfturbinen-Rotorschaufel 12 wird durch ein nicht gezeigtes Montagegestell positioniert und fixiert. Wenn bei einer tatsächlichen Bearbeitung ein Rutschstellenteil einer Basis fixiert wird, kann die Dampfturbinen-Rotorschaufel stabil fixiert werden.
Bei der Oberflächenschichtbildung mittels elektrischer Entladung gibt es einen Bedarf, ein Elektrische-Entladung-Teil in Öl einzutauchen. Deshalb ist es komfortabel, das nicht gezeigte Montagegestell in einem Arbeitstank zu installieren, um das Öl bei der praktischen Verwendung zu sparen.
In dem Fall der Dampfturbine tritt Erosion an einer Stirnseite (Engl.: front edge) der Rotorschaufel auf, wie in den oben erwähnten Patentliteraturwerken beschrieben.
In der Figur wird die Si-Elektrode erschaffen, die mit einer Form einer Seite, die die Erosionsbeständigkeit erfordert, übereinstimmt bzw. daran angepasst ist, und es wird ihr ermöglicht, der Dampfturbinen-Rotorschaufel in dem nicht gezeigten Öl gegenüber zu stehen.
Si beschädigt ein anderes Bauteil (Turbinenrotorschaufel) nicht, selbst wenn eine elektrische Entladung für eine lange Zeit fortgesetzt wird, und deshalb kann der Form mittels elektrischer Entladung gefolgt werden. Bei der Bearbeitung zum Anbringen eines anderen Materials durch das konventionelle Schweißen, thermisches Spritzen oder Löten, ist die Wärmeeinbringung groß, und das Bauteil wird verformt. In dem Verfahren der Oberflächenbearbeitung mit elektrischer Entladung kann andererseits, weil das Bauteil kaum verformt wird, wenn die Elektrode in Übereinstimmung mit der Form des Bauteils gebildet wird, es ohne Änderung mehrfach verwendet werden.
Obwohl das konventionelle Verfahren menschliches Fachkönnen erforderte, kann somit in dieser Ausführungsform eine stabile Bearbeitung unabhängig von einer Person durchgeführt werden, weil die Arbeit von einer Maschine durchgeführt wird.
Durch das obige Verfahren kann die Oberflächenschicht mit der hohen Erosionsbeständigkeit automatisch auf der Dampfturbinen-Rotorschaufel gebildet werden. Jedoch kann es mühsam sein, eine Elektrode mit einer großen Fläche zu bilden.
In diesem Fall wird eine dünne Elektrode produziert, wie in 16 veranschaulicht, und die Elektrode wird gemäß einem Bearbeitungsfortschritt abgetastet (Engl.: scanned), wodurch der gesamte erforderliche Teil bearbeitet werden kann.
Weil eine Stirnseite der Dampfturbinen-Rotorschaufel gebogen ist, obwohl die Elektrodenform nicht mit der Form des Rotorschaufelquerschnitts nur durch Abtasten (Engl.: scanning) der Elektrode mit derselben Form übereinstimmt, wird die Dicke der Elektrode dünner gemacht, um den Verbrauch der Elektrode zu fördern, wodurch es für die Elektrode einfacher gemacht wird, mit der Form des Bauteils übereinzustimmen bzw. sich dieser anzugleichen.
Durch das obige Verfahren kann die Oberflächenschicht mit der hohen Erosionsbeständigkeit automatisch auf der Dampfturbinen-Rotorschaufel gebildet werden. Jedoch tritt ein derartiges Problem auf, dass es eine lange Bearbeitungszeit erfordert, wenn die Bearbeitungsfläche groß ist. In diesem Fall wird die Elektrode in Stücke aufgeteilt, und Elektrizität wird den jeweiligen Stücken unabhängig zugeführt, so dass die Bearbeitungszeit reduziert werden kann.
Eine Lücke zwischen den Elektroden wird bearbeitet, während die Elektroden geringfügig für eine Distanz größer als die Lücke bewegt werden, wodurch der Beschichtungsfilm ohne irgendeine Lücke gebildet werden kann.
In dieser Ausführungsform ist ein Fall beschrieben worden, in dem die erosionsbeständige Komponente auf die Rotorschaufel der Dampfturbine aufgebracht wird. Es braucht jedoch nicht erwähnt zu werden, dass dieselbe auf andere erosionsbeständige Komponenten mit einem die Erosionsbeständigkeit erfordernden Verwendungszweck aufgebracht werden kann.
Beispielsweise können ein innerer Teil einer Rohrleitung, die kräftig mit einem Fluid kollidiert, und ein Teil einer Form, die anfällig für das Auftreten einer Kavitation ist, auf dieselbe Weise bearbeitet werden. Solch ein Verwendungszweck beinhaltet eine Kraftstoffeinspritzungskomponente.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Es ist nützlich, das Oberflächenschicht-Bildungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auf erosionsbeständige Komponenten anzuwenden.
Bezugszeichenliste

1, Si-Elektrode; 2, Bauteil; 3, Bearbeitungsfluid; 4, Gleichstrom-Energieversorgung; 5, Schaltelement; 6, Strombegrenzungswiderstand; 7, Steuerschaltkreis; 8, Erfassungsschaltkreis für eine elektrische Entladung; 11, Si-Elektrode; 12, Dampfturbinen-Rotorschaufel; und 13, Oberflächenschicht mit Si.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2006-124830 A [0003]
JP 3001592 [0004]
JP 2006-70297 A [0005]
JP 5-13765 B [0047, 0095]
WO 01/005545 [0083]

Claims

Verfahren zum Bilden einer Oberflächenschicht, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen eines Bauteils in einem Bearbeitungsfluid; und Bilden einer Oberflächenschicht mit Silizium durch Zwischenraum-Anordnen einer Siliziumelektrode mit einer vorbestimmten Distanz. zu dem Bauteil und durch Zuführen einer Siliziumkomponente von der Siliziumelektrode zu der Bauteilseite durch Anlegen einer vorbestimmten Spannung und Erzeugen einer elektrischen Entladung, wobei das Verfahren zum Bilden einer Oberflächenschicht mit Silizium dadurch gekennzeichnet ist, dass: ein Wert eines Erfassungspegels einer elektrischen Entladung, der ausgebildet ist zum Erkennen, dass die elektrische Entladung erzeugt wird, wenn die zwischen den Elektroden angelegte Spannung niedriger als der Wert wird, gleich oder größer als ein Wert gesetzt wird, der erhalten worden ist durch Addieren einer Spannungsabsenkung bei der Siliziumelektrode zu einem Bogenpotential während der elektrischen Entladung, und die Oberflächenschicht mit Silizium gebildet wird auf einer Oberfläche des Bauteils durch wiederholtes Durchführen, nachdem die Spannung angelegt ist, eines Erfassens der zwischen der Siliziumelektrode und dem Bauteil erzeugten elektrischen Entladung durch Erfassen eines Spannungsabfalls, der niedriger als der Erfassungspegel der elektrischen Entladung ist, eines Stoppens des Anlegens der Spannung für eine vorbestimmte Zeit, nachdem die elektrische Entladung erzeugt wird, und einem erneuten Anlegen der Spannung nach einer vorbestimmte Ausschaltzeit.
Verfahren zum Bilden einer Oberflächenschicht mit Silizium gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauteil mit einem spezifischen Widerstand von 0,005 Ωcm oder niedriger als die Siliziumelektrode ausgewählt wird.
Verfahren zum Bilden einer Oberflächenschicht mit Silizium gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannung des Erfassungspegels der elektrischen Entladung, erhalten durch Addieren der Spannungsabsenkung bei der Siliziumelektrode zu dem Potential des Bogens während der elektrischen Entladung, um 10 bis 30 V niedriger als die angelegte Spannung ist.
Verfahren zum Bilden einer Oberflächenschicht mit Silizium gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromwert, der zwischen der Siliziumelektrode und dem Bauteil angelegt wird, wenn die elektrische Entladung erzeugt wird, 4 bis 100 μs in der Impulsbreite und 1 bis 40 A im Spitzenstromwert ist, um eine Bearbeitung zum Bilden der Oberflächenschicht mit Silizium auf der Bauteiloberfläche durchzuführen.
Verfahren zum Bilden einer erosionsbeständigen Komponente, wobei das Verfahren umfasst: Zwischenraum-Anordnen einer Siliziumelektrode, die in einer Form eines zu bearbeitenden Abschnitts der erosionsbeständigen Komponente gebildet ist, mit einer vorbestimmten Distanz zu dem zu bearbeitenden Abschnitt der erosionsbeständigen Komponente; und Bilden einer Oberflächenschicht mit Silizium auf einer Oberfläche der erosionsbeständigen Komponente durch eine Oberflächenbehandlung mit elektrischer Entladung mittels wiederholten Durchführens von Anlegen einer vorbestimmten Spannung zwischen der erosionsbeständigen Komponente und der Siliziumelektrode, Erfassen der zwischen der Siliziumelektrode und dem Bauteil erzeugten elektrischen Entladung durch Erfassen eines Spannungsabfalls, der niedriger als ein Erfassungspegel der elektrischen Entladung ist, der gleich oder größer als ein Wert ist, der erhalten worden ist durch Addieren einer Spannungsabsenkung bei der Siliziumelektrode zu einem Bogenpotential, während die angelegte Spannung elektrisch entladen wird, Fortsetzen der elektrischen Entladung für eine vorbestimmte Zeit und Stoppen des Spannungsanlegens für eine Ausschaltzeit nach dem Fortsetzen der elektrischen Entladung.
Verfahren zum Bilden einer erosionsbeständigen Komponente gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauteil mit einem spezifischen Widerstand von 0,005 Ωcm oder weniger als die Siliziumelektrode ausgewählt wird.
Verfahren zum Bilden einer erosionsbeständigen Komponente gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht mit Silizium gebildet wird auf der Oberfläche der erosionsbeständigen Komponente durch Bringen der Siliziumelektrode in die gleiche Form mit dem zu bearbeitenden Abschnitt der erosionsbeständigen Komponente und durch Durchführen eines Prozesses einer Oberflächenbearbeitung mit elektrischer Entladung während eines Abtastens der Siliziumelektrode.
Verfahren zum Bilden einer erosionsbeständigen Komponente gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumelektrode eine Vielzahl von Elektroden enthält, durch welche der zu bearbeitende Abschnitt der erosionsbeständigen Komponente aufgeteilt wird, und die Oberflächenschicht mit Silizium gebildet wird auf der Oberfläche der erosionsbeständigen Komponente durch Anlegen der Spannung an die jeweilige Vielzahl von Elektroden, unabhängig und mittels Durchführen der Bearbeitung, während die Siliziumelektrode geringfügig bewegt wird.
Verfahren zum Bilden einer erosionsbeständigen Komponente gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht, die gebildet wird, eine Siliziumfilmschicht enthält, die eine Dicke von 5 μm oder größer und eine Härte innerhalb eines Bereiches von 600 bis 900 HV hat.
Dampfturbinenschaufel, dadurch gekennzeichnet, dass eine Siliziumfilmschicht, die eine Dicke von 5 μm oder größer und eine Härte innerhalb eines Bereiches von 600 bis 900 HV hat, auf einer Stirnseite der Schaufel, die ein zu bearbeitender Abschnitt ist, durch eine Oberflächenbearbeitung mit elektrischer Entladung gebildet ist.
Dampfturbinenschaufel gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Oberflächenbearbeitung mit elektrischer Entladung eine Erosionsbeständigkeits-Oberflächenstruktur mit Silizium gebildet wird durch wiederholtes Erzeugen einer gepulsten elektrischen Entladung zwischen der Schaufel und der Siliziumelektrode in einem Bearbeitungsfluid.