DE112010005590B4

DE112010005590B4 - Elektrode für eine Funkenerosionsoberflächenbehandlung und Funkenerosionsoberflächenbehandlungsbeschichtung

Info

Publication number: DE112010005590B4
Application number: DE112010005590.4T
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Sumi; Akihiro Goto; Hiroyuki Teramoto; Yoshikazu Nakano
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2030-05-27
Also published as: DE112010005590T5; CN102906308B; JPWO2011148415A1; JP5408349B2; CN102906308A; WO2011148415A1; US20130069015A1

Abstract

Elektrode für eine Funkenerosionsoberflächenbehandlung, umfassend einen Grünling, der durch Komprimieren von Pulver eines Elektrodenmaterials gebildet ist,wobei das Pulver des Elektrodenmaterials ein gemischtes Pulver ist, das durch Mischen von 10 bis 75 Vol.-% von Si Pulver zu einem Pulver eines Hartstoffs gebildet ist,wobei das Pulver des Hartstoffs TiC ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Funkenerosionsoberflächenbehandlung, in der eine gepulste elektrische Entladung zwischen einer Elektrode und einem Basismaterial unter Verwendung eines Grünlings erzeugt wird, der durch komprimieren eines Pulvers eines Hartmaterials gebildet ist, als eine Elektrode, und durch Verwenden von Energie der elektrischen Ladung wird eine ein Elektrodenmaterial enthaltende Beschichtung oder ein Reaktionsprodukt des Elektrodenmaterials, reagiert durch die elektrische Entladungsenergie, auf einer Oberfläche des Basismaterials gebildet.
Hintergrund
WO 01/ 05 545 A1 offenbart eine praktische Elektrode für eine Funkenerosionsoberflächenbehandlung und ein Verfahren für deren Bildung.
Diese Technologie ist ein Verfahren zum Bilden einer praktischen Elektrode für eine Funkenerosionsoberflächenbehandlung, die eine geeignete Stärke und Sicherheit aufweist und einfach zerfällt. In diesem Verfahren werden ein TiC Pulver, welches ein Metallkarbidpulver ist, und ein TiH₂ Pulver, das ein Metallhydridpulver ist, gemischt, komprimiert und hitzebehandelt, so dass Wasserstoff aus dem TiH₂ entlassen wird, wodurch ein Ti Pulver hergestellt wird.
JP 2005 - 213 555 A offenbart ein Oberflächenbehandlungsverfahren für eine dichte und relativ dicke Beschichtung (in der Größenordnung von 100 µm oder größer), die eine Stärke und Schmierfähigkeit in einer Hochtemperaturumgebung benötigt.
Diese Technologie ist ein Verfahren zum Bilden einer dichten und starken Beschichtung mit hoher Haftung zwischen Pulvermaterialien durch Herstellen einer Elektrode enthaltend 1,5 Gew.-% (Gewichts-Prozent) bis 5,0 Gew.-% Si oder 1,5 Gew.-% bis 4,5 Gew.-% von B, so dass Si oder B Sauerstoffatome in der Beschichtung absorbieren, wodurch unnötige Sauerstoffatome aus der Beschichtung entfernt werden.
Als Ergebnis eines Funkenerosionsoberflächenbehandlungsexperiments unter Verwendung einer Elektrode für eine Funkenerosionsoberflächenbehandlung wie oben beschrieben, wurden die Lebensdauern von Pressformen, Revolverstanzpressen, Schneidwerkzeugen und dergleichen verlängert.
Mittlerweile weisen oberflächenbehandelte Funkenerosionsoberflächen eine Härte von 1.700 HV bis 2.500 HV auf und sind sehr hart. Ihre Rauigkeit ist jedoch recht groß wie 6 µmRz bis 12 µmRz. Aus diesem Grund ist es nötig, eine glattere Hartbeschichtung zu bilden, zum Zweck einer guten Oberflächenrauigkeit.
DE 698 37 619 T2 offenbart eine Elektrofunkenlegierungs-Technik für das Aufbringen einer verschleißbeständigen Beschichtung auf der Oberfläche eines metallischen Gegenstands unter Verwendung einer Elektrode aus gepresstem Pulver aus einem ersten Bestandteil ausgewählt aus der Gruppe aus Fe, Ca, Ni, Metallen der Gruppe 4a, 5a und 6a und Si und einem zweiten Bestandteil, der mit dem ersten Bestandteil Carbid, Nitrid, Borid, Silicid oder eine metallische Verbindung bildet.
Offenbarung der Erfindung
Zu lösende Probleme
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Probleme gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Funkenerosionsoberflächenbehandlungsverfahren bereitzustellen, das in der Lage ist, eine glatte Beschichtung mit hoher Härte zu bilden.
Mittel zum Lösen der Probleme
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Elektrode für eine Funkenerosionsoberflächenbehandlung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, sowie durch eine Funkenerosionsoberflächenbehandlungsbeschichtung gemäß Anspruch 3.
Vorteile der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine glatte Beschichtung mit hoher Härte zu bilden.
Figurenliste

1 ist ein Kennfeld, das einen Zusammenhang zwischen einem Mischungsverhältnis von Si in einer Elektrode und einer Oberflächenrauigkeit einer Beschichtung darstellt.
2 ist ein Kennfeld, das einen Zusammenhang zwischen dem Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode und einer Härte der Beschichtung darstellt.
3 ist ein Kennfeld, das einen Zusammenhang zwischen dem Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode und einer Konzentration von Si der Beschichtung darstellt.
4 ist ein REM Foto einer Oberfläche einer TiC Beschichtung, die ein vergleichbares Beispiel für eine erste Ausführungsform ist.
5 ist ein REM Foto einer Oberfläche einer Si gemischten TiC Beschichtung.
6 ist ein REM Foto einer Oberfläche einer anderen Si gemischten TiC Beschichtung.
7 ist ein REM Foto einer Oberfläche einer weiteren Si gemischten TiC Beschichtung.
8 ist ein REM Foto einer Oberfläche einer Si Beschichtung, die ein vergleichendes Beispiel für eine erste Ausführungsform ist.
9 zeigt gemessene Ergebnisse von Röntgenbeugungsmustern aus der Oberflächenrichtung der Si gemischten TiC Beschichtungen.
10 ist ein Kennfeld, das einen Zusammenhang zwischen dem Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode und einer Konzentration von Ti in der Beschichtung darstellt.
11 ist eine Ansicht, die einen Schichtbildungsmechanismus darstellt.
12 ist ein Kennfeld, das einen Zusammenhang zwischen dem Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode und einer Erosionsfestigkeit darstellt.
13 zeigt Beobachtungsergebnisse von Oberflächenzuständen von Beschichtungen nach Anwendung eines Wasserstrahls.
14 ist ein Kennfeld, das einen Zusammenhang zwischen dem Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode und einer Korrosionsfestigkeit darstellt.
15 zeigt beobachtete Ergebnisse der Oberflächenzustände von Beschichtungen nach Eintauchen in Königswasser für eine Stunde.
16 ist eine Ansicht, die einen Zusammenhang zwischen dem Mischungsverhältnis (Gewichtsverhältnis) von Si in der Elektrode und den Charakteristiken der Beschichtung darstellt.
17 ist eine Ansicht, die einen Zusammenhang zwischen dem Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode und Konzentrationen von Komponenten der Beschichtung darstellt.

Ausführungsformen
Hiernach werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die angefügten Abbildungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung wird beschrieben unter Verwendung von TiC Pulver als ein Pulver eines Hartmaterials. Elektroden für Funkenerosionsoberflächenbehandlungen werden aus gemischten Pulvern von TiC und Si hergestellt, die angefertigt werden durch Mischen von TiC Pulver und Si Pulver mit leicht verschiedenen Verhältnissen, und eine Spannung wird zwischen der Elektrode und einem Werkstück (Basismaterial) angelegt und eine elektrische Entladung wird erzeugt, wodurch eine Beschichtung auf dem Basismaterial gebildet wird. In der vorliegenden Ausführungsform werden ein TiC Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 µm oder 1,3 µm und ein Si Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 µm verwendet.
1 ist eine Ansicht, die einen Zusammenhang zwischen einem Mischungsverhältnis (Gewichts-Prozent) von Si in einer Elektrode und einer Oberflächenrauigkeit einer Beschichtung darstellt.
Als Ergebnisse von Messungen der Oberflächenrauigkeit von Beschichtungen, die erhalten werden durch Behandeln von Kohlenstoffstahl S45C durch die Elektroden aus TiC und Si, die gebildet werden, während das Mischungsverhältnis des Si Pulvers zu dem TiC Pulver geändert wird, wird die Oberflächenrauigkeit der Beschichtung reduziert, wenn sich das Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode erhöht.
In der vorliegenden Erfindung ändert sich die Oberflächenrauigkeit der Beschichtung innerhalb eines Bereichs von 2 µmRz bis 6 µmRz.
2 ist eine Ansicht, die einen Zusammenhang zwischen dem Mischungsverhältnis (Gewichts-Prozent) von Si in der Elektrode und der Härte der Beschichtung darstellt.
Als die Ergebnisse von Messungen der Härte von Beschichtungen, die erhalten werden durch Behandeln von Kohlenstoffstahl S45C durch die Elektroden aus TiC und Si, bildet, während sich das Mischungsverhältnis des Si Pulvers zu dem TiC Pulver ändert, wenn das Mischungsverhältnis von Si 60 Gew.-% oder weniger ist, wird die Härte der Beschichtung reduziert, wenn sich das Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode vergrößert.
Wenn das Mischungsverhältnis von Si 60 Gew.-% oder größer ist, ändert sich die Härte der Beschichtung nicht sonderlich.
In der vorliegenden Ausführungsform ändert sich die Härte der Beschichtung innerhalb eines Bereichs von 800 HV bis 1.700 HV.
Wie in 1 gezeigt, da die Oberflächenrauigkeit der Beschichtung sich allmählich reduziert, wenn das Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode vergrößert wird, ist es möglich, die Oberflächenrauigkeit der Beschichtung beliebig zwischen 2 µmRz bis 6 µmRz zu steuern durch Verwenden einer Elektrode, die durch beliebiges Ändern des Gewichtsverhältnisses von Si in der Elektrode erhalten wird.
Weiterhin, wie in 2 gezeigt, da die Härte der Beschichtung sich allmählich reduziert, wenn das Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode vergrößert wird, ist es möglich, die Härte der Beschichtung zwischen 800 HV bis 1.700 HV durch beliebiges Ändern der GewichtsProzente von Si in der Elektrode zu steuern.
Hierin ist ein in der vorliegenden Ausführungsform verwendetes Verfahren zum Messen der Oberflächenrauigkeit wie folgt.
Die Messung wurde durchgeführt unter Verwendung einer von Taylor Hobson hergestellten Form Talysurf als eine Messvorrichtung, eines Standardtaststift, einer Messlänge von 4,8 mm, einer Hochbandcutofflänge von 0,8 mm, einem Bandbreitenverhältnis von 100:1, und einem Gaußschen Filter als ein Filtertyp. Die gemessenen Werte basieren auf JIS B0601:2001.
Die Messung der Härte der Beschichtung wurde aus der Oberflächenrichtung der Beschichtung durchgeführt und eine gemessene Last war 10 gf. Eine Messvorrichtung ist ein Mikrohärtetester hergestellt von der Shimadzu Corporation.
Als Ergebnisse der Messung der Si Konzentrationen der Beschichtungen, die erhalten wurden durch Behandeln von Kohlenstoffstahl S45C durch die Elektroden aus TiC und Si, gebildet während sich das Mischungsverhältnis des Si Pulvers zu dem TiC Pulver ändert, ist ein Zusammenhang zwischen dem Gewichtsverhältnis von Si in den Elektroden und den Si Konzentrationen der Beschichtungen wie in 3 gezeigt. Wenn sich das Gewichts-Prozent von Si in der Elektrode vergrößert, vergrößert sich auch die Si Konzentration der Beschichtung.
Hier ist die Menge von Si ein Wert, der auf der Oberflächenrichtung der Beschichtung durch ein energiedispersives Röntgenspektroskopieverfahren (EDX) gemessen wird, und Messbedingungen sind eine Beschleunigungsspannung von 18,0 kV und ein Beleuchtungsstrom von 1,0 nA.
Wie oben beschrieben, wenn sich das Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode vergrößert, vergrößert sich die in der Beschichtung enthaltene Konzentration von Si, und deshalb kann angenommen werden, dass die Oberflächenrauigkeit der Beschichtung reduziert wird. Um diesen Mechanismus zu überprüfen, wurden Oberflächen der Beschichtungen mit einem REM beobachtet. Als ein Ergebnis wurde beobachtet, dass, wenn sich die Konzentration von Si vergrößert, Defekte, wie zum Beispiel Risse in der Beschichtung, reduziert wurden, und ein Anschwellen jeder Funkenerosionsspur wurde reduziert.
Nachstehend werden Elektroden mit verschiedenen Mischungsverhältnissen (Gewichtsverhältnissen) beschrieben, zum Beispiel wird eine Elektrode, in der ein Mischungsverhältnis des TiC Pulvers zu dem Si Pulver 8:2 ist, als eine „TiC+Si(8:2) Elektrode“ bezeichnet und eine Elektrode, in der ein Mischungsverhältnis des TiC Pulvers zu dem Si Pulver 5:5 ist, wird als „TiC+Si(5:5) Elektrode“ bezeichnet.
4 bis 8 zeigen REM Beobachtungsergebnisse einer von einer TiC Elektrode behandelten Oberfläche, einer von einer TiC+Si(8:2) Elektrode behandelten Oberfläche, einer von der TiC+Si(7:3) Elektrode behandelten Oberfläche, einer von der TiC+Si(5:5) Elektrode behandelten Oberfläche, und einer von einer Si Elektrode behandelten Oberfläche.
Aus der von der TiC Elektrode behandelten Oberfläche gezeigt in 4 kann beobachtet werden, dass es sehr viele Defekte, wie zum Beispiel Brüche (schwarze Linien in 4) gibt und ein Anschwellen jeder Funkenerosionsspur groß ist.
Aus 5 bis 7 kann jedoch beobachtet werden, dass Defekte, wie zum Beispiel Brüche, auf der behandelten Oberfläche abnehmen und Anschwellen von Funkenerosionsspuren reduziert werden, in der Reihenfolge der TiC+Si(8:2) Elektrode, der TiC+Si(7:3) Elektrode und der TiC+Si(5:5) Elektrode.
Weiterhin kann aus der durch die Si Elektrode behandelte Oberfläche, die zum Vergleich in 8 gezeigt ist, beobachtet werden, dass keine Defekte, wie zum Beispiel Brüche, gezeigt sind und ein Anschwellen jeder Funkenerosionsspur sehr klein ist.
Hier wird ein Mechanismus der Anstiege jeder Funkenerosionsspur betrachtet, der reduziert wird aufgrund eines Anstiegs der Konzentrationen von in der Beschichtung enthaltenem Si.
Si hat einen Viskositätskoeffizient (0,94 mN·s/m²) kleiner als derjenige anderer Metalle. Deshalb, falls Si gemischt wird, wenn ein durch Funkenerosion geschmolzenes Elektrodenmaterial sich auf einem Basismaterial bewegt und koaguliert, da die Konzentration von Si des geschmolzenen Teils verringert wird, wird im Ergebnis der Viskositätskoeffizient des geschmolzenen Teils reduziert und das Elektrodenmaterial koaguliert, während es sich flach ausbreitet. Deshalb kann betrachtet werden, dass Anschwellungen reduziert werden.
Eine Röntgenbeugungsmessung wurde auf den Beschichtungen durchgeführt, die durch die (TiC+Si) Elektroden behandelt wurden, die durch Mischen des TiC Pulvers und des Si Pulvers in verschiedenen Verhältnissen gebildet wurden. Als ein Ergebnis wurde ein Beugungspeak von TiC bestätigt und es wurde gesehen, dass TiC des Elektrodenmaterials als TiC in der Beschichtung existiert, sogar nach der Funkenerosionsoberflächenbehandlung.
Ein Beugungspeak von elementarem Ti wurde jedoch nicht bestätig.
9 zeigt Ergebnisse einer Röntgenbeugungsmessung von Beschichtungen, gebildet durch die TiC+Si(8:2) Elektrode, die TiC+Si(7:3) Elektrode und die Tic+Si(5:5) Elektrode, als Beispiel.
Wenn sich das Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode vergrößert, das heißt das Mischungsverhältnis von TiC in der Elektrode sich verringert, wird auch die Integralintensität aller Beugungspeaks von TiC der Beschichtungen reduziert.
10 zeigt einen Zusammenhang zwischen dem Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode und der Konzentration von Ti in der Beschichtung.
Wenn sich das Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode vergrößert, das heißt das Mischungsverhältnis von TiC in der Elektrode verringert sich, wird die Konzentration von Ti in der Beschichtung reduziert.
Da ein Peak von elementarem Ti nicht in den Röntgenbeugungsmessergebnissen gezeigt wird, kann man annehmen, dass das meiste TiC der Beschichtung intakt existiert, obwohl ein Teil des TiC einer Elektrode während der Funkenerosionsoberflächenbehandlung zersetzt werden kann.
Wie oben beschrieben, kann geschlossen werden, dass, falls das Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode sich vergrößert, das heißt das Mischungsverhältnis von TiC in der Elektrode sich reduziert, die Konzentration von TiC in der Beschichtung sich auch relativ reduziert.
Wie oben beschrieben, kann angenommen werden, dass, falls das Mischungsverhältnis Si in der Elektrode verringert wird, sich die Konzentration von hartem TiC in der Beschichtung reduziert, und dass deshalb die Härte der Beschichtung reduziert wird.
Obwohl das Element Si in einigen zehn GewichtsProzenten in der behandelten Oberfläche wie in der oben genannten quantitativen Analyse existiert, war es als Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung nicht möglich, die Beugungspeaks von Kristallen von Si in allen Beschichtungen zu bestätigen. Deshalb kann angenommen werden, dass das elementare Si eine Legierung zusammen mit den Komponenten des Basismaterials bildet oder in einem amorphen Zustand ist.
Effekte, die erhalten werden durch Mischen von Si in der Elektrode und Vergrößern der Konzentration von Si in der Beschichtung, werden in 11 zusammengefasst.
Wenn das Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode klein ist, in dem Teil (der Beschichtung), der durch die Funkenerosionsoberflächenbehandlung geschmolzen wurde, gibt es viele Defekte, wie zum Beispiel Brüche, und ein Anschwellen jeder Funkenerosionsspur ist groß.
Wenn sich das Mischungsverhältnis von Si vergrößert, werden jedoch Defekte, wie zum Bespiel Brüche, reduziert, und ein Anschwellen jeder Funkenerosionsspur wird reduziert. Betreffend die Beschichtung kann auch darauf geschlossen werden, dass das elementare Si und Komponenten des Basismaterials eine Legierung bilden oder in einem amorphen Zustand sind, und es kann darauf geschlossen werden, dass TiC darin verteilt ist.
Ein Teil der Beschichtung erstreckt sich in eine Position niedriger als die Höhe des Basismaterials.
Die den verteilten Teil enthaltende Beschichtung ist etwa 5 µm bis 20 µm.
Als nächstes wird die Erosionsfestigkeit jeder Beschichtung ausgewertet, die durch TiC+Si Elektroden behandelt wird, die durch Mischen des TiC Pulvers und des Si Pulvers mit leicht verschiedenen Verhältnissen gebildet werden.
In der Auswertung wird als Basismaterial SUS630 (H1075) verwendet.
Die Erosionsfestigkeit wird durch Beschießen der Beschichtungen mit einem Wasserstrahl ausgewertet.
Im Allgemeinen kann gesagt werden, dass die Erosionsfestigkeit starke Korrelation mit der Härte aufweist. Es ist jedoch bekannt, dass die Erosionsfestigkeit viele Punkte aufweist, die nicht nur durch die Härte erklärt werden können und durch Charakteristiken der Oberfläche verschieden von der Härte beeinflusst werden, und die Erosionsfestigkeit einer glatten Oberfläche größer ist als die einer rauen Oberfläche.
Obwohl bekannt ist, dass eine hohe Erosionsfestigkeit durch eine durch die Si Elektrode behandelte Beschichtung erhalten werden kann, begann sich eine Verbesserung in der Erosionsfestigkeit als ein Ergebnis dieser Auswertung in den Beschichtungen zu zeigen, die durch die Elektroden behandelt wurden, die gebildet wurden durch Mixen von 5 Gew.-% oder mehr von Si in TiC.
Wenn Si in etwa 5 Gew.-% enthalten war, existierten einige Defekte in der Oberfläche und deshalb wurde eine Variation in der Auswertung gesehen. Deshalb wurde herausgefunden, dass, falls das Mischungsverhältnis von Si weiter erhöht wird, es möglich ist, einen ausreichenden Effekt herbeizuführen, wenn das Mischungsverhältnis von Si 10 Gew.-% oder größer ist, und es ist zu bevorzugen, Si mit 20 Gew.-% oder mehr zu mischen.
12 ist eine Ansicht, die einen Zusammenhang zwischen dem Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode und der Erosionsfestigkeit zeigt. 12 zeigt, dass, in einem Fall von Mischen von Si bei 20 Gew.-% oder größer, die Beschichtung eine hohe Erosionsfestigkeit ohne eine Variation in der Auswertung aufweist.
Es wird überlegt, dass die Beschichtung eine hohe Erosionsfestigkeit wie oben beschrieben aufweist aufgrund von kombinierten Effekten der vorliegenden Punkte.

• Da die Beschichtung amorph ist, ist es schwierig, dass ein Brechen von Teilchengrenzen auftritt.
• Da das TiC streut, ist die Härte hoch.
• Da Si beigemischt ist, ist die Beschichtung glatt.

13 zeigt Ergebnisse einer Beobachtung der Oberflächenzustände der Beschichtungen, behandelt durch die TiC+Si(8:2) Elektrode, die TiC+Si(7:3) Elektrode und die TiC+Si(5:5) Elektrode nach dem Einspritzen eines Wasserstrahls von 80 MPa für eine Stunde, als Beispiel. 13 zeigt auch Ergebnisse einer Beobachtung nur des Basismaterials, der Beschichtung durch die TiC Elektrode und der Beschichtung durch die Si Elektrode zum Vergleich. In dem Basismaterial ohne jegliche Beschichtung trat ein Schaden auf und sogar an der mit der TiC Elektrode behandelten Oberfläche trat ein Schaden auf.
An allen Beschichtungen, die behandelt wurden mit der TiC+Si(8:2) Elektrode, der TiC+Si(7:3) Elektrode und der TiC+Si(5:5) Elektrode traten keine Schäden auf.
Als nächstes wurde die Korrosionsfestigkeit aller Beschichtungen ausgewertet. In dieser Auswertung, wurde als Basismaterial SUS316 verwendet.
Obwohl es bekannt ist, dass eine hohe Korrosionsfestigkeit in den durch die Si Elektrode behandelten Beschichtungen erhalten werden kann, weisen die Beschichtungen eine hohen Korrosionsfestigkeit auf, die durch Elektroden behandelt wurden, die gebildet wurden durch Mischen von Si mit 5 Gew.-% oder größer in TiC.
Wenn Si mit etwa 5 Gew.-% enthalten war, existierten wenige Defekte in der Oberfläche und somit konnte eine Variation in der Auswertung gesehen werden. Falls das Mischungsverhältnis von Si weiter erhöht wird, ist es deshalb möglich, einen ausreichenden Effekt zu erreichen, wenn das Mischungsverhältnis von Si 10 Gew.-% oder größer ist, und es ist bevorzugt, Si mit 20 Gew.-% oder größer zu mischen.
Wenn das Mischungsverhältnis von Si 20 Gew.-% oder größer war, konnte eine große Korrosionsfestigkeit ohne eine Variation in der Auswertung erhalten werden. 14 zeigt schematisch einen Zusammenhang zwischen dem Mischungsverhältnis von Si in der Elektrode und der Korrosionsfestigkeit.
Es wird angenommen, dass die Beschichtung eine hohe Korrosionsfestigkeit wie oben beschrieben aufweist aufgrund von kombinierten Effekten der folgenden Punkte.

• Da die Beschichtung amorph ist, ist es schwierig, dass ein Brechen von Teilchengrenzen auftritt.
• Da Si beigemischt ist, treten Defekte, wie zum Beispiel Brüche, selten auf.

15 zeigt ein Ergebnis einer Beobachtung der Oberflächenzustände der Beschichtungen, die erhalten wurden durch die TiC+Si(8:2) Elektrode, die TiC+Si(7:3) Elektrode und die TiC+Si(5:5) Elektrode, nach einem Eintauchen in Königswasser, das als eine Korrosionslösung dient, für eine Stunde, als Beispiele.
15 zeigt zum Vergleich auch Ergebnisse einer Beobachtung des Basismaterials ohne jegliche Beschichtung, und die Beschichtung durch die TiC Elektrode und die Beschichtung durch die Si Elektrode.
Das Basismaterial ohne jegliche Beschichtung korrodierte stark und die durch die TiC Elektrode behandelte Oberfläche korrodierte auch stark.
Auf allen Oberflächen, die behandelt wurden durch die TiC+Si(8:2) Elektrode, die TiC+Si(7:3) Elektrode und die TiC+Si(5:5) Elektrode, trat eine Korrosion jedoch nicht auf.
Aus den bisher erhaltenen Ergebnissen, falls das Mischungsverhältnis (Gewichtsverhältnis) von Si in der Elektrode in der Funkenerosionsoberflächenbehandlung als eine horizontale Achse genommen wird, und die Charakteristiken (die Oberflächenrauigkeit, die Härte, die Erosionsfestigkeit und die Korrosionsfestigkeit) der durch Behandlung durch die Oberfläche erhaltenen Beschichtung als eine vertikale Achse genommen werden, können Graphen wie in 16 gezeigt erhalten werden.
Das heißt, wenn das Mischungsverhältnis von Si 50 Gew.-% bis 60 Gew.-% ist, ist es möglich, eine glatte Oberfläche mit hoher Härte, hoher Erosionsfestigkeit und hoher Korrosionsfestigkeit zu bilden.
Wenn das Mischungsverhältnis von Si 5 Gew.-% oder weniger ist, ist die Oberflächenrauigkeit die gleiche wie diejenige Beschichtung durch die TiC Elektrode und ausreichende Erosionsfestigkeit und Korrosionsfestigkeit werden nicht erreicht. Wenn das Mischungsverhältnis von Si 60 Gew.-% oder größer ist, ist die Härte die gleiche wie diejenige der Beschichtung durch die Si Elektrode und die anderen Charakteristiken sind die gleichen wie diejenigen der Beschichtung durch die Si Elektrode. Speziell ist die Oberflächenrauigkeit verschlechtert.
Aus den Ergebnissen der Elementkonzentrationsmessung und Röntgenbeugung durch das EDX, werden die Konzentrationen von Si, TiC und einem Basismaterial (Fi) einer Beschichtung in 17 gezeigt, die Erhalten wird durch Behandeln von Kohlenstoffstahl S45C durch TiC+Si Elektroden, die durch Mischen des Si Pulvers mit leicht verschiedenen Verhältnissen in dem TiC Pulver gebildet werden.
Wie oben beschrieben waren die Konzentrationen von Si, TiC und der Basismaterialkomponente (Fe) einer glatten Beschichtung mit hoher Härte, hoher Erosionsfestigkeit und hoher Korrosionsfestigkeit, gebildet aus Kohlenstoffstahl S45C durch Elektroden, enthaltend Si im Mischungsverhältnis von 50 Gew.-% bis 60 Gew.-%, in dem Bereich von 1 Gew.-% bis 11 Gew.-%, 10 Gew.-% bis 75 Gew.-% bzw. 20 Gew.-% bis 90 Gew.-%.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde der Fall einer Mischung von Si in TiC beschrieben. Da gute Charakteristiken auf Grund der oben genannten Gründe erhalten werden, können jedoch anstelle von TiC Hartmaterialien verwendet werden, wie zum Beispiel Metalle, wie zum Beispiel W und Mo, und Keramiken, wie zum Beispiel Karbide enthaltend WC, VC, Cr₃C₂, MoC, SiC und TaC. Auch Nitride, wie zum Beispiel TiN und SiN und Oxide, wie zum Beispiel Al₂O₃ können verwendet werden.
Falls ein Nichtleiter verwendet wird, ist es möglich, die gleichen Effekte durch ausreichendes Mischen von Si zu erhalten, um eine elektrische Leitfähigkeit sicher zu stellen.
In dem Fall, dass andere Materialien und Si innerhalb des gleichen Volumenverhältnisbereichs wie derjenige im Fall von TiC und Si gemischt werden, können die gleichen Effekte erhalten werden. In der vorliegenden Ausführungsform wurden das Mischungsverhältnis von TiC zu Si definiert. Da die Dichte von TiC 4,93 g/cm³ ist und die Dichte von Si 2,3 g/cm³ ist, falls das Volumenverhältnis berechnet wird durch Teilen von Gewichten durch die Dichten, zum Beispiel, wenn das Gewichtsverhältnis von TiC zu Si 95(Gew.-%):5(Gew.-%) ist, ist das Volumenverhältnis von TiC zu Si 90 Vol.-% (Volumenprozent):10 Vol.-% und wenn das Gewichtsverhältnis von TiC zu Si 60 (Gew.-%):60(Gew.-%) ist, ist das Volumenverhältnis von TiC zu Si 25 Vol.-%:75 Vol.-%.
Mit anderen Worten, falls Si mit 10 Vol.-% bis 75 Vol.-% in anderen Hartstoffen gemischt ist, ist es möglich, eine glatte Beschichtung mit hoher Härte, hoher Erosionsfestigkeit und hoher Korrosions-festigkeit zu bilden.
Weiterhin wurde in der vorliegenden Ausführungsform Si als zu mischendes Material verwendet. Es ist jedoch möglich, die gleichen Effekte zu erreichen, sogar wenn Metallpulver mit einem kleineren Viskositätskoeffizienten beigemischt wird. Anstelle von Si kann ein Material mit einem kleineren Viskositätskoeffizienten verwendet werden, wie zum Beispiel K, Li, Na, Ge, Ca, Mg, Al, P, Bi, Sn oder In.
In der vorliegenden Ausführungsform werden das TiC Pulver und das Si Pulver mit vorbestimmten Gewichtsverhältnissen gemischt. Es kann jedoch ein Pulver verwendet werden, dass TiC und Si in vorbestimmtem Verhältnis im Voraus enthält, um eine Elektrode für eine Funkenerosionsoberflächenbehandlung zu bilden. Dieser Fall ist bevorzugt, da es möglich ist, TiC und Si gleichmäßig zu mischen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Fe-Basis-Material als das Basismaterial verwendet. Es ist jedoch möglich, die gleichen Effekte zu erreichen, sogar falls andere Materialien verwendet werden.
Zum Beispiel, ist es möglich, die gleichen Effekte zu erreichen, sogar falls das Basismaterial eine Ni-Basis-Legierung oder eine Co-Basis-Legierung von hitzeresistenten Legierungen sind.
In einem Fall, dass das Basismaterial Al basiert oder Cu basiert ist, weist die Beschichtung durch die TiC Elektrode eine Oberflächenrauigkeit höher als diejenige auf, in dem Fall, dass das Basismaterial Fe basiert ist. Es ist jedoch möglich, die gleichen Effekte zu erhalten, falls eine TiC+Si Elektrode verwendet wird.
Als eine Erfindung, in der Si zu einem Elektrodenmaterial hinzugefügt wird, gibt es JP S56-051 543 A . Diese Erfindung betrifft jedoch eine Elektrode für allgemeine Funkenerosionsbearbeitung, ist zum Erhöhen einer Bearbeitungsgeschwindigkeit und ist eine Erfindung in einem Gebiet verschieden von der vorliegenden Erfindung, in der eine Hartmaterialbeschichtung gebildet wird und Si beigemischt wird, so dass die Beschichtung glatt wird, wodurch ein Viskositätskoeffizient reduziert wird.
JP 2005-021 355 A offenbart ein Oberflächenbehandlungsverfahren für eine dichte und relativ dicke Beschichtung (hergestellt aus Metallmaterial im Bereich von 100 µm oder größer) ohne Leerstellen, die eine Stärke und Schmierfähigkeit in einer Hochtemperaturumgebung benötigt, und eine Elektrode für eine Funkenerosionsoberflächenbehandlung, enthaltend 1,5 Gew.-% bis 4,5 Gew.-% B (Bor) oder 1,5 Gew.-% bis 5,0 Gew.-% Si (Silikon) als ein Elektrodenmaterial zum Absorbieren von Sauerstoffatomen.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch ein Oberflächenbehandlungsverfahren einer glatten und hochharten Beschichtung eines Hartmaterials mit einer Dicke 5 µm bis 20 µm und verwendet ein Gewichtsverhältnis von gemischtem Si von 5,0 Gew.-% bis 60 Gew.-%. Deshalb ist die vorliegende Erfindung eine Erfindung in einem Gebiet verschieden von JP 2005-021 355 A .
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Elektrode für eine Funkenerosionsoberflächenbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung kann geeignet verwendet werden für eine Funkenerosionsoberflächenbehandlungsarbeit von Metallformen, Dampfturbinen und dergleichen.

Claims

Elektrode für eine Funkenerosionsoberflächenbehandlung, umfassend einen Grünling, der durch Komprimieren von Pulver eines Elektrodenmaterials gebildet ist, wobei das Pulver des Elektrodenmaterials ein gemischtes Pulver ist, das durch Mischen von 10 bis 75 Vol.-% von Si Pulver zu einem Pulver eines Hartstoffs gebildet ist, wobei das Pulver des Hartstoffs TiC ist.
Elektrode für eine Funkenerosionsoberflächenbehandlung, gebildet aus einem Grünling, der durch Komprimieren von Pulver eines Elektrodenmaterials gebildet ist, wobei das Pulver des Elektrodenmaterials ein Pulver ist, das eine Hartstoffkomponente und 10 bis 75 Vol.-% von Si enthält, wobei das Pulver des Hartmaterials TiC ist.
Funkenerosionsoberflächenbehandlungsbeschichtung, gebildet unter Verwendung einer Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Funkenerosionsoberflächenbehandlungsbeschichtung 1 bis 11 Gew.-% von Si und 10 bis 75 Gew.-% von TiC verteilt darin enthält, wenn das Basismaterial Fe basiert ist.