JP2008240067A - Discharge surface treatment method - Google Patents

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Nobuhiko Yunoki
伸彦 柚木
Satoshi Kurita
聡 栗田
Koji Nezaki
孝二 根崎
Takashi Yoshida
吉田  隆
Masanobu Hasegawa
雅信 長谷川
Mitsutoshi Watanabe
光敏 渡辺
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a thin film having excellent adhesive strength and uniformity on the surface of a base materials made of aluminum or an aluminum alloy. <P>SOLUTION: Regarding the discharge surface treatment method where a formed body obtained by subjecting metal powder or the like to compression molding is used as an electrode 11, pulsatile discharge is generated between the surface of a base material S made of aluminum or an aluminum alloy and the electrode 11, and, while locally melting the surface of the base material S by the discharge energy, the material of the electrode 11 or the reactant of the material is stuck to the melted part Sa of the base material, so as to form a film on the surface of the base material S, in the waveform of the discharge pulse current fed between the electrode 11 and the base material S, the peak current value in the initial stage part is higher than the peak current value in the part on and after the middle stage, and the peak current value in the part on and after the middle stage in the waveform part of the discharge pulse current is <10 A. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、表面処理方法の一つであって、放電エネルギーにより基材の表面に例えば耐摩耗性を有した被膜を形成する放電表面処理方法に関する。   The present invention is one of surface treatment methods, and relates to a discharge surface treatment method for forming a film having, for example, wear resistance on the surface of a substrate by discharge energy.

基材の表面に被膜を形成する表面処理方法について様々な技術が開発されており、近年、放電エネルギーを利用した放電表面処理方法(特許文献1、特許文献2参照)の開発が盛んになってきる。   Various techniques have been developed for surface treatment methods for forming a coating on the surface of a substrate. In recent years, development of discharge surface treatment methods using discharge energy (see Patent Document 1 and Patent Document 2) has become active. The

この放電表面処理方法では、金属の粉末等を圧縮成形した成形体を電極として用い、電気絶縁性のある液中において、綱、コバルト合金、又はニッケル合金からなる基材の表面と電極との間にパルス状の放電を発生させる。これによって、その放電エネルギーにより、基材の表面を局所的に溶融させつつ、電極の材料又は該材料の反応物質を基材の溶融部に付着させて、基材の表面を被膜を形成することができる。
特開平8−300227号公報 特開2005−213554号公報
In this discharge surface treatment method, a compact obtained by compression-molding a metal powder or the like is used as an electrode, and in an electrically insulating liquid, between the surface of the base material made of steel, cobalt alloy, or nickel alloy and the electrode. To generate a pulsed discharge. By this, while the surface of the substrate is locally melted by the discharge energy, the electrode material or the reactant of the material is adhered to the melted portion of the substrate to form a film on the surface of the substrate. Can do.
JP-A-8-300287 JP 2005-213554 A

ところで、軽量でかつ耐久性に優れたアルミ又はアルミ合金は、種々の分野に利用されており、近年、綱、コバルト合金、又はニッケル合金からなる基材だけでなく、アルミ又はアルミ合金からなる基材に対しても放電表面処理によって被膜を形成することの要請が急速に高まってきている。   By the way, aluminum or aluminum alloy that is lightweight and excellent in durability is used in various fields. In recent years, not only base materials made of steel, cobalt alloy, or nickel alloy but also base materials made of aluminum or aluminum alloy. The demand for forming a coating film on a material by discharge surface treatment is rapidly increasing.

しかしながら、アルミ又はアルミ合金は、綱等に比べて、熱伝導率が非常に高いために、アルミ又はアルミ合金からなる基材を放電エネルギーにより局所的に溶融させても、基材の溶融部の温度が急速に低下して、電極の材料又は該材料の反応物質が基材の溶融部に付着し難く、基材に密着性(密着強度)に優れた被膜を形成することができない。また、アルミ又はアルミ合金は、綱等に比べて、融点が非常に低いために、基材の溶融部の温度低下を考慮して、放電エネルギーを大きくすると、基材の表面自体が放電加工されてしまう。そのため、アルミ又はアルミ合金からなる基材に対して放電表面処理の技術を有効に利用することができず、放電表面処理の技術の利用範囲を様々な分野に拡げることができないという問題がある。   However, since aluminum or aluminum alloy has a much higher thermal conductivity than steel, etc., even if a base material made of aluminum or aluminum alloy is locally melted by discharge energy, The temperature rapidly decreases, and the electrode material or the reactant of the material hardly adheres to the molten portion of the base material, and a film having excellent adhesion (adhesion strength) cannot be formed on the base material. In addition, since aluminum or aluminum alloy has a very low melting point compared to steel, etc., if the discharge energy is increased in consideration of the temperature drop in the molten part of the base material, the surface of the base material itself is subjected to electrical discharge machining. End up. Therefore, there is a problem that the discharge surface treatment technique cannot be effectively used for a base material made of aluminum or an aluminum alloy, and the range of use of the discharge surface treatment technique cannot be expanded to various fields.

そこで、本発明は、前述の問題を解決するため、アルミ又はアルミ合金からなる基材の表面に密着強度及び均一性に優れた被膜を形成することができる、新規な構成の放電表面処理方法を提供することを目的とする。   Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a discharge surface treatment method having a novel configuration capable of forming a coating having excellent adhesion strength and uniformity on the surface of a substrate made of aluminum or an aluminum alloy. The purpose is to provide.

本発明の発明は、前述の問題を解決するために、アルミ又はアルミ合金からなる基材に対して放電条件を変更しつつ放電表面処理に関しての実験を行った結果、電極と前記基材との間に供給する放電パルス電流の波形における初期部分のピーク電流値が中期以降部分のピーク電流値よりも高いこと、放電パルス電流の波形における中期以降部分のピーク電流値が10A未満であることの2つ条件を満足することによって、アルミ又はアルミ合金からなる基材の表面に被膜の密着性(密着強度)及び均一性に優れた被膜を形成できるという、新規な知見を得ることができ、本発明を完成するに至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention of the present invention has conducted an experiment on discharge surface treatment while changing discharge conditions for a substrate made of aluminum or an aluminum alloy. The peak current value of the initial part in the waveform of the discharge pulse current supplied between them is higher than the peak current value of the part after the middle period, and the peak current value of the part after the middle part in the waveform of the discharge pulse current is less than 10A. By satisfying these conditions, a novel finding that a film excellent in adhesion (adhesion strength) and uniformity of the film can be formed on the surface of the base material made of aluminum or aluminum alloy can be obtained. It came to complete.

本発明の第1の特徴(請求項1から請求項3、請求項8に記載の発明の特徴)は、金属の粉末、金属の化合物の粉末、又はセラミックスの粉末を圧縮成形した成形体を電極として用い、電気絶縁性のある液中又は気中において、アルミ又はアルミ合金からなる基材の表面と前記電極との間にパルス状の放電を発生させて、その放電エネルギーにより、前記基材の表面を局所的に溶融させつつ、前記電極の材料又は該材料の反応物質を前記基材の溶融部に付着させて、前記基材の表面に被膜を形成する放電表面処理方法であって、前記電極と前記基材との間に供給する放電パルス電流の波形は、初期部分のピーク電流値が中期以降部分のピーク電流値よりも高くなっており、前記放電パルス電流の波形における前記中期以降部分のピーク電流値は、10A未満であることを要旨とする。   The first feature of the present invention (features of the invention described in claims 1 to 3 and claim 8) is that a molded body obtained by compression molding a metal powder, a metal compound powder, or a ceramic powder is used as an electrode. In a liquid or air having electrical insulation properties, a pulsed discharge is generated between the surface of the substrate made of aluminum or aluminum alloy and the electrode, and the discharge energy of the substrate A discharge surface treatment method for forming a film on the surface of the base material by locally melting the surface and adhering the material of the electrode or a reactant of the material to the melted portion of the base material, The waveform of the discharge pulse current supplied between the electrode and the substrate is such that the peak current value of the initial part is higher than the peak current value of the part after the middle period, and the part after the middle period in the waveform of the discharge pulse current Peak current value , And summarized in that less than 10A.

第1の特徴によると、前記放電パルス電流の波形における前記初期部分のピーク電流値が前記中期以降部分のピーク電流値よりも高くなっており、前記放電パルス電流の波形における前記中期以降部分のピーク電流値が10A未満であるため、前述の新規な知見を考慮すると、アルミ又はアルミ合金からなる前記基材の表面に密着性及び均一性に優れた前記被膜を形成することができる。   According to the first feature, the peak current value of the initial part in the waveform of the discharge pulse current is higher than the peak current value of the part after the middle period, and the peak of the part after the middle part in the waveform of the discharge pulse current. Since the current value is less than 10 A, in consideration of the above-described novel findings, the coating film excellent in adhesion and uniformity can be formed on the surface of the base material made of aluminum or aluminum alloy.

本発明の第2の特徴(請求項4から請求項8に記載の発明の特徴)は、金属の粉末、金属の化合物の粉末、又はセラミックスの粉末を圧縮成形した成形体を電極として用い、電気絶縁性のある液中又は気中において、アルミ又はアルミ合金からなる基材の表面と前記電極との間にパルス状の放電を発生させて、その放電エネルギーにより、前記基材の表面を局所的に溶融させつつ、前記電極の材料又は該材料の反応物質を前記基材の溶融部に付着させて、前記基材の表面に薄い被膜を形成する第1処理工程と、前記第1処理工程の終了後に、続けて、電気絶縁性のある液中又は気中において、前記基材の表面と前記電極との間にパルス状の放電を発生させて、その放電エネルギーにより、前記第1処理工程において形成された前記薄い被膜の表面を局所的に溶融させつつ、前記電極の材料又は該材料の反応物質を前記薄い被膜の溶融部に付着させて、前記薄い被膜を前記厚い被膜に成長させる第2処理工程と、を備えなる放電表面処理方法であって、前記第1処理工程において、前記電極と前記基材との間に供給する放電パルス電流の波形は、初期部分のピーク電流値が中期以降部分のピーク電流値よりも高くなっており、前記放電パルス電流の波形における前記中期以降部分のピーク電流値は、10A未満であって、前記第2処理工程における単位面積当たりの成膜速度は、前記第1処理工程における単位面積あたりの成膜速度よりも速くなっていることを要旨とする。   The second feature of the present invention (the feature of the invention described in claims 4 to 8) is that a molded body obtained by compression molding a metal powder, a metal compound powder, or a ceramic powder is used as an electrode. In an insulating liquid or in the air, a pulsed discharge is generated between the surface of the substrate made of aluminum or aluminum alloy and the electrode, and the surface of the substrate is locally localized by the discharge energy. A first treatment step of forming a thin film on the surface of the base material by adhering the electrode material or a reactant of the material to the melted portion of the base material, After completion, in the first treatment step, a pulsed discharge is generated between the surface of the base material and the electrode in the electrically insulating liquid or air, and the discharge energy is used in the first treatment step. Of the thin film formed A second processing step of causing the thin film to grow into the thick film by locally melting the surface and adhering the material of the electrode or a reactant of the material to the melted portion of the thin film. In the discharge surface treatment method, in the first treatment step, the waveform of the discharge pulse current supplied between the electrode and the substrate is such that the peak current value in the initial part is higher than the peak current value in the middle and subsequent parts. In the waveform of the discharge pulse current, the peak current value after the middle period is less than 10 A, and the deposition rate per unit area in the second processing step is the unit in the first processing step. The gist is that it is faster than the deposition rate per area.

第2の特徴によると、前記第1処理工程において、前記放電パルス電流の波形における前記初期部分のピーク電流値が前記中期以降部分のピーク電流値よりも高くなっており、前記放電パルス電流の波形における前記中期以降部分のピーク電流値が10A未満であるため、 前述の新規な知見を考慮すると、前記第1処理工程において、アルミ又はアルミ合金からなる前記基材の表面に密着性及び均一性に優れた前記薄い被膜を形成することができる。   According to the second feature, in the first processing step, the peak current value of the initial part in the waveform of the discharge pulse current is higher than the peak current value of the part after the middle period, and the waveform of the discharge pulse current In the first treatment step, in the first treatment step, the peak current value of the portion after the middle stage in the middle stage is less than 10 A. In the first treatment step, the surface of the base material made of aluminum or aluminum alloy is improved in adhesion and uniformity. An excellent thin film can be formed.

また、前記第2処理工程においては、前記薄い被膜を厚い被膜に成長させてあって、換言すれば、前記第1処理工程で形成された前記薄い被膜の表面に重ねて被膜を形成してあって、前記第2処理工程における単位面積当たりの成膜速度が前記第1処理工程における単位面積あたりの成膜速度よりも速くなっているため、アルミ又はアルミ合金からなる前記基材の表面との密着性を十分に確保しつつ、前記基材の表面に短時間で前記厚い被膜を形成することができる。   In the second treatment step, the thin film is grown into a thick film. In other words, the thin film is formed on the surface of the thin film formed in the first treatment step. Since the film formation rate per unit area in the second treatment step is higher than the film formation rate per unit area in the first treatment step, the surface of the substrate made of aluminum or aluminum alloy The thick film can be formed on the surface of the base material in a short time while ensuring sufficient adhesion.

請求項1から請求項8のうちのいずれかの請求項に記載の発明によれば、アルミ又はアルミ合金からなる前記基材の表面に密着強度及び均一性に優れた前記被膜(又は前記薄い被膜)を形成できるため、アルミ又はアルミ合金からなる前記基材に対して放電表面処理の技術を有効に利用することができ、放電表面処理の技術の利用範囲を様々な分野に拡げることができる。   According to the invention of any one of claims 1 to 8, the coating film (or the thin coating film) excellent in adhesion strength and uniformity on the surface of the base material made of aluminum or an aluminum alloy. ) Can be used effectively for the base material made of aluminum or an aluminum alloy, and the range of use of the discharge surface treatment technique can be expanded to various fields.

また、請求項4から請求項8のうちのいずれかの請求項に記載の発明によれば、アルミ又はアルミ合金からなる前記基材の表面との密着性を十分に確保しつつ、前記基材の表面に短時間で前記厚い被膜を形成することができるため、アルミ又はアルミ合金からなる前記基材に対する放電表面処理の作業性(作業能率)を高めることができる。   In addition, according to the invention of any one of claims 4 to 8, the base material is sufficiently secured while sufficiently adhering to the surface of the base material made of aluminum or an aluminum alloy. Therefore, the workability (working efficiency) of the discharge surface treatment for the substrate made of aluminum or aluminum alloy can be improved.

(I)本発明の実施形態に係る放電表面処理方法を説明する前に、放電表面処理に用いられる放電加工装置、及び本発明の実施形態に係る放電表面処理方法の前提となる新規な知見について図2及び図3を参照して説明する。ここで、図2は、基材の表面と電極との間にパルス状の放電を発生させる際における放電パルス電流の波形及び放電パルス電圧の波形を示す図、図3は、放電表面処理に用いられる放電加工装置の模式的な図である。 (I) Before explaining the discharge surface treatment method according to the embodiment of the present invention, regarding the electrical discharge machining apparatus used for the discharge surface treatment and the new knowledge that is the premise of the discharge surface treatment method according to the embodiment of the present invention This will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 2 is a diagram showing the waveform of the discharge pulse current and the waveform of the discharge pulse voltage when generating a pulsed discharge between the surface of the substrate and the electrode, and FIG. 3 is used for the discharge surface treatment. It is a schematic diagram of an electric discharge machining apparatus.

図3に示すように、放電表面処理に用いられる放電加工装置1は、ベッド3を備えており、このベッド3には、テーブル5が設けられている。また、テーブル5には、油等の電気絶縁性のある液Lを貯留する液槽7が設けられており、この液槽7内には、アルミ又はアルミ合金からなる基材Sをセット可能な基材治具9が設けられている。   As shown in FIG. 3, the electric discharge machining apparatus 1 used for the electric discharge surface treatment includes a bed 3, and the bed 3 is provided with a table 5. Further, the table 5 is provided with a liquid tank 7 for storing an electrically insulating liquid L such as oil, and a base material S made of aluminum or an aluminum alloy can be set in the liquid tank 7. A substrate jig 9 is provided.

テーブル5の上方には、電極11を保持する電極ホルダ13がX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向へ移動可能に設けられており、この電極ホルダ13は、Z軸を回転軸として回転可能になっている。また、電極11は、ステライト金属の粉末又はステライト金属を主成分とした金属の粉末を圧縮成形した成形体である。なお、金属の粉末を圧縮成形した成形体の代わりに、金属の化合物の粉末又はセラミックスの粉末を圧縮成形した成形体を用いても構わない。   Above the table 5, an electrode holder 13 that holds the electrode 11 is provided so as to be movable in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. The electrode holder 13 rotates about the Z axis as a rotation axis. It is possible. The electrode 11 is a molded body obtained by compression molding a powder of stellite metal or a metal powder mainly composed of stellite metal. Instead of a molded product obtained by compression molding a metal powder, a molded product obtained by compression molding a metal compound powder or ceramic powder may be used.

基材治具及び電極ホルダには、放電電源装置が電気的に接続されており、この放電電源装置は、例えば特開2005−213554号公報(図4、図5、及び図7等)に示すような公知の放電電源装置であって、第2の電源、コンデンサ、スイッチング素子、抵抗器等を備えている。   A discharge power supply device is electrically connected to the base material jig and the electrode holder, and this discharge power supply device is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-213554 (FIGS. 4, 5, and 7, etc.). Such a known discharge power supply device includes a second power supply, a capacitor, a switching element, a resistor, and the like.

図2及び図3に示すように、本発明の発明者は、本発明の実施形態に係る放電表面処理方法の前提となる新規な知見を得る前に、放電加工装置1を用いて、アルミ又はアルミ合金からなる基材Sに対して放電条件を変更しつつ放電表面処理に関しての実験を行った。ここで、変更した放電条件は、電極11と基材Sとの間に供給する放電パルス電流の波形の初期部分のピーク電流値lp(0A、30A、40A)、中期以降部分のピーク電流値ie(1A、2A、4.5A、5.5A、10A)である。なお、放電パルス電流のパルス幅teは8μsであって、休止時間toは64μsである。   As shown in FIGS. 2 and 3, the inventor of the present invention uses an electric discharge machining apparatus 1 to obtain aluminum or aluminum before obtaining new knowledge that is a premise of the electric discharge surface treatment method according to the embodiment of the present invention. Experiments on the discharge surface treatment were performed on the base material S made of an aluminum alloy while changing the discharge conditions. Here, the changed discharge conditions are the peak current value lp (0A, 30A, 40A) in the initial part of the waveform of the discharge pulse current supplied between the electrode 11 and the substrate S, and the peak current value ie in the middle and subsequent parts. (1A, 2A, 4.5A, 5.5A, 10A). The pulse width te of the discharge pulse current is 8 μs, and the pause time to is 64 μs.

放電表面処理に関する実験結果をまとめると、後記の表1に示すようになる。

Figure 2008240067
The experimental results relating to the discharge surface treatment are summarized as shown in Table 1 below.
Figure 2008240067

ここで、表1における「被膜形成の有無」の項目の段に記載された「○」は、被膜が形成されたこと示しており、「被膜形成の有無」の項目の段に記載された「×」は、被膜が形成できなかったことを示している。また、表1における「被膜の均一性」の項目の段に記載された「○」は、被膜の均一性が良好であることを示しており、表1における「被膜の均一性」の項目の段に記載された「×」は、被膜の均一性が不良であることを示している。更に、表1における「被膜の密着性」の項目の段に記載された「◎」は、基材Sとの被膜の密着強度が極めて高いことを示しており、表1における「被膜の密着性」の項目の段に記載された「○」は、基材Sとの密着強度が高いことを示しており、表1における「被膜の密着性」の項目の段に記載された「×」は、基材Sとの密着強度が低いことを示している。なお、被膜の均一性については、外観目視によって判断し、被膜の密着性について引張式の密着力試験器によって検出された引張強度によって判断したものである。   Here, “◯” described in the column of “Presence / absence of film formation” in Table 1 indicates that a film has been formed, and is described in the column of “Presence / absence of film formation”. “X” indicates that the film could not be formed. In addition, “◯” described in the column “Uniformity of coating” in Table 1 indicates that the uniformity of the coating is good, and “Uniformity of coating” in Table 1 The “x” described in the column indicates that the uniformity of the coating is poor. Furthermore, “◎” described in the column of “Coating adhesion” in Table 1 indicates that the adhesion strength of the coating with the substrate S is extremely high. "○" described in the column of "" indicates that the adhesion strength with the substrate S is high, and "x" described in the column of "Coating adhesion" in Table 1 It shows that the adhesion strength with the substrate S is low. The uniformity of the coating is determined by visual inspection, and the adhesion of the coating is determined by the tensile strength detected by a tensile adhesion tester.

表1に示すように、放電パルス電流の波形における初期部分のピーク電流値lpが中期以降部分のピーク電流値ieよりも高くなっていること、放電パルス電流の波形における中期以降部分のピーク電流値ieが10A未満になっていることの2つ条件を満足することによって、アルミ又はアルミ合金からなる基材Sの表面に密着性(密着強度)及び均一性に優れた被膜を形成することができるという、新規な第1の知見を得ることができた。特に、放電パルス電流の波形における初期部分のピーク電流値lpが30Aであると、被膜の密着性がより向上するという、新規な第2の知見を得ることができた。   As shown in Table 1, the peak current value lp in the initial part in the waveform of the discharge pulse current is higher than the peak current value ie in the part after the middle period, and the peak current value in the part after the middle part in the waveform of the discharge pulse current. By satisfying the two conditions that ie is less than 10 A, a film excellent in adhesion (adhesion strength) and uniformity can be formed on the surface of the substrate S made of aluminum or aluminum alloy. A new first finding was obtained. In particular, when the peak current value lp at the initial portion in the waveform of the discharge pulse current is 30 A, it was possible to obtain a new second finding that the adhesion of the film was further improved.

(II)本発明の実施形態に係る放電表面処理方法について図1(a)(b)、図2、及び図3を参照して説明する。 (II) A discharge surface treatment method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a), 1 (b), 2, and 3. FIG.

ここで、図1(a)は、本発明の実施形態に係る放電表面処理方法における第1処理工程を示す図、図1(b)は、本発明の実施形態に係る放電表面処理方法における第2処理工程を示す図である。   Here, FIG. 1A is a diagram showing a first treatment step in the discharge surface treatment method according to the embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing the first treatment step in the discharge surface treatment method according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows 2 process steps.

図1(a)(b)に示すように、本発明の実施形態に係る放電表面処理方法は、放電エネルギーにより、アルミ又はアルミ合金からなる基材Sの表面に厚い被膜CHを形成する放電表面処理方法であって、第1処理工程と第2処理工程とを備えている。   As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), a discharge surface treatment method according to an embodiment of the present invention uses a discharge energy to form a thick coating CH on the surface of a substrate S made of aluminum or an aluminum alloy. A processing method comprising a first processing step and a second processing step.

第1処理工程
図3に示すように、アルミ又はアルミ合金からなる基材Sを基材治具9にセットし、電極ホルダ13をX軸方向及び/又はY軸方向へ移動させることにより、基材Sを電極11に対して位置決めする。そして、電極ホルダ13と一体的に電極11をZ軸方向へ往復移動させつつ、電気絶縁性のある液L中において、放電電源装置15によってアルミ又はアルミ合金からなる基材Sの表面と電極11との間にパルス状の放電を発生させる。これによって、図1(a)に示すように、その放電エネルギーにより、基材Sの表面を局所的に溶融させつつ、電極11の材料又は該材料の反応物質を基材Sの溶融部Saに付着させて、基材Sの表面に薄い被膜Cを形成する。
First treatment step As shown in FIG. 3, the base S made of aluminum or aluminum alloy is set on the base jig 9, and the electrode holder 13 is moved in the X-axis direction and / or the Y-axis direction. The material S is positioned with respect to the electrode 11. Then, the electrode 11 is moved back and forth in the Z-axis direction integrally with the electrode holder 13, and the surface of the base material S made of aluminum or aluminum alloy and the electrode 11 in the electrically insulating liquid L by the discharge power source device 15. A pulsed discharge is generated between the two. As a result, as shown in FIG. 1A, the material of the electrode 11 or the reactant of the material is transferred to the melting portion Sa of the substrate S while locally melting the surface of the substrate S by the discharge energy. A thin film C is formed on the surface of the substrate S by adhering.

ここで、第1処理工程において、電極11と基材Sとの間に供給する放電パルス電流の波形は、初期部分のピーク電流値lpが中期以降部分のピーク電流値ieよりも高くなっており、放電パルス電流の波形における中期以降部分のピーク電流値ieは10A未満である(図2参照)。また、放電パルス電流の波形における初期部分のピーク電流値lpは、30Aである。なお、放電パルス電流の波形における初期部分のピーク電流値lpは、30Aに限るものではなく、基材Sを構成するアルミ合金の種類の変更、電極11の材料、要求仕様等に応じて、20〜35Aの範囲で適宜に変更することが可能である。   Here, in the first treatment step, in the waveform of the discharge pulse current supplied between the electrode 11 and the substrate S, the peak current value lp in the initial part is higher than the peak current value ie in the middle and subsequent parts. The peak current value ie after the middle period in the waveform of the discharge pulse current is less than 10 A (see FIG. 2). Further, the peak current value lp in the initial part of the waveform of the discharge pulse current is 30A. The peak current value lp at the initial portion in the waveform of the discharge pulse current is not limited to 30 A, and 20 according to the change in the type of the aluminum alloy constituting the substrate S, the material of the electrode 11, the required specifications, etc. It can be appropriately changed within the range of ˜35A.

第1処理工程において形成される薄い被膜Cの厚さtは、10μm以上であって、より具体的には、10〜50μmである。ここで、第1処理工程において形成される薄い被膜Cの厚さtを10μm以上としたのは、薄い被膜Cの厚さtが10μmに満たないと、第2処理工程において薄い被膜Cの表面が溶融して、薄い被膜Cから基材Sの表面が露出するおそれがあるからである。   The thickness t of the thin coating C formed in the first treatment step is 10 μm or more, and more specifically 10 to 50 μm. Here, the thickness t of the thin coating C formed in the first processing step is set to 10 μm or more because the thickness t of the thin coating C is less than 10 μm and the surface of the thin coating C in the second processing step. This is because the surface of the substrate S may be exposed from the thin coating C by melting.

第1処理工程における放電パルス電流のパルス幅は、8μs以下であって、より具体的には、2〜8μsである。ここで、第1処理工程における放電パルス電流のパルス幅を8μs以下としたのは、放電パルス電流のパルス幅が8μsを超えると、薄い被膜Cの密着性をより十分に高めることが困難になるからである。   The pulse width of the discharge pulse current in the first treatment step is 8 μs or less, more specifically 2 to 8 μs. Here, the pulse width of the discharge pulse current in the first treatment step is set to 8 μs or less. If the pulse width of the discharge pulse current exceeds 8 μs, it becomes difficult to sufficiently improve the adhesion of the thin film C. Because.

第1処理工程における単位面積あたりの成膜速度は、10〜30μ・cm2/minである。 The film formation rate per unit area in the first treatment step is 10 to 30 μ · cm 2 / min.

第2処理工程
前記第1処理工程の終了後に、図3に示すように、続けて、電極11をZ軸方向へ往復移動させつつ、電気絶縁性のある液L中において、放電電源装置15によって、基材Sの表面と電極11との間にパルス状の放電を発生させる。これによって、図1(b)に示すように、その放電エネルギーにより、第1処理工程において形成された薄い被膜Cの表面を局所的に溶融させつつ、電極11の材料又は該材料の反応物質を薄い被膜Cの溶融部Caに付着させて、薄い被膜Cを厚い被膜CHに成長させる。
Second Treatment Step After the completion of the first treatment step, as shown in FIG. 3, the discharge power supply device 15 continues the electrode 11 in the electrically insulating liquid L while reciprocating the electrode 11 in the Z-axis direction. A pulsed discharge is generated between the surface of the substrate S and the electrode 11. As a result, as shown in FIG. 1B, the surface of the thin film C formed in the first processing step is locally melted by the discharge energy, and the material of the electrode 11 or the reactant of the material is changed. The thin film C is grown on the thick film CH by being attached to the melted portion Ca of the thin film C.

ここで、第2処理工程における単位面積当たりの成膜速度は、第1処理工程における単位面積あたりの成膜速度よりも大きくなっており、より具体的には、第2処理工程における単位面積当たりの成膜速度は、80〜100μ・cm2/minである。 Here, the film forming rate per unit area in the second processing step is larger than the film forming rate per unit area in the first processing step, and more specifically, per unit area in the second processing step. The film formation speed of the film is 80 to 100 μ · cm 2 / min.

第2処理工程において、放電パルス電流の波形における初期部分のピーク電流値lpは、35〜50Aであって、放電パルス電流の波形における中期以降部分のピーク電流値ieは、1〜10Aである(図2参照)。また、第2処理工程における放電パルス電流のパルス幅は、2〜8μsである。   In the second processing step, the peak current value lp in the initial part of the waveform of the discharge pulse current is 35 to 50 A, and the peak current value ie in the middle part and later in the waveform of the discharge pulse current is 1 to 10 A ( (See FIG. 2). The pulse width of the discharge pulse current in the second processing step is 2 to 8 μs.

次に、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。   Next, the operation and effect of the embodiment of the present invention will be described.

第1処理工程において、放電パルス電流の波形における初期部分のピーク電流値lpが中期以降部分のピーク電流値ieよりも高くなっており、放電パルス電流の波形における中期以降部分のピーク電流値ieが10A未満になっているため、 前述の新規な第1の知見を考慮すると、第1処理工程において、アルミ又はアルミ合金からなる基材Sの表面に密着性及び均一性に優れた薄い被膜Cを形成することができる。特に、放電パルス電流の波形における初期部分のピーク電流値lpが30Aであるため、前述の新規な第2の知見を考慮すると、薄い被膜Cの密着性をより向上させることができる。   In the first processing step, the peak current value lp of the initial part in the waveform of the discharge pulse current is higher than the peak current value ie of the part after the middle period, and the peak current value ie of the part after the middle part of the waveform of the discharge pulse current is In view of the above-mentioned new first knowledge, in the first treatment step, a thin coating C having excellent adhesion and uniformity is formed on the surface of the base material S made of aluminum or an aluminum alloy. Can be formed. In particular, since the peak current value lp of the initial portion in the waveform of the discharge pulse current is 30 A, the adhesiveness of the thin film C can be further improved in consideration of the above-described new second knowledge.

また、第2処理工程においては、薄い被膜Cを厚い被膜CHに成長させてあって、換言すれば、第1処理工程で形成された薄い被膜Cの表面に重ねて被膜を形成してあって、第2処理工程における単位面積当たりの成膜速度が第1処理工程における単位面積あたりの成膜速度よりも速くなっているため、アルミ又はアルミ合金からなる基材Sの表面との密着性を十分に確保しつつ、基材Sの表面に短時間で厚い被膜CHを形成することができる。   In the second processing step, the thin film C is grown into a thick film CH, in other words, a film is formed on the surface of the thin film C formed in the first processing step. Since the film formation rate per unit area in the second treatment step is higher than the film formation rate per unit area in the first treatment step, the adhesion with the surface of the substrate S made of aluminum or aluminum alloy is improved. A thick coating CH can be formed on the surface of the substrate S in a short time while ensuring sufficient.

以上の如き、本発明の実施形態によれば、アルミ又はアルミ合金からなる基材Sの表面に密着強度及び均一性に優れた薄い被膜Cを形成できるため、アルミ又はアルミ合金からなる基材Sに対して放電表面処理の技術を有効に利用することができ、放電表面処理の技術の利用範囲を様々な分野に拡げることができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, since the thin coating C having excellent adhesion strength and uniformity can be formed on the surface of the base material S made of aluminum or aluminum alloy, the base material S made of aluminum or aluminum alloy. In contrast, the discharge surface treatment technology can be effectively used, and the range of use of the discharge surface treatment technology can be expanded to various fields.

また、アルミ又はアルミ合金からなる基材Sの表面との密着性を十分に確保しつつ、基材Sの表面に短時間で厚い被膜CHを形成することができるため、アルミ又はアルミ合金からなる基材Sに対する放電表面処理の作業性(作業能率)を高めることができる。   In addition, since the thick coating CH can be formed on the surface of the base material S in a short time while sufficiently securing the adhesion with the surface of the base material S made of aluminum or aluminum alloy, it is made of aluminum or aluminum alloy. The workability (working efficiency) of the discharge surface treatment for the substrate S can be enhanced.

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。   In addition, this invention is not restricted to description of the above-mentioned embodiment, In addition, it can implement in a various aspect. Further, the scope of rights encompassed by the present invention is not limited to these embodiments.

図1(a)は、本発明の実施形態に係る放電表面処理方法における第1処理工程を示す図、図1(b)は、本発明の実施形態に係る放電表面処理方法における第2処理工程を示す図である。FIG. 1A is a diagram showing a first treatment process in the discharge surface treatment method according to the embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a second treatment process in the discharge surface treatment method according to the embodiment of the present invention. FIG. 基材の表面と電極との間にパルス状の放電を発生させる際における放電パルス電流の波形及び放電パルス電圧の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the discharge pulse current at the time of generating a pulse-form discharge between the surface of a base material, and an electrode, and the waveform of a discharge pulse voltage. 放電表面処理に用いられる放電加工装置の模式的な図である。It is a typical figure of the electric discharge machining apparatus used for electric discharge surface treatment.

符号の説明Explanation of symbols

S 基材
C 薄い被膜
CH 厚い被膜
1 放電加工装置
7 液槽
11 電極
13 電極ホルダ
15 放電電源装置
S Substrate C Thin coating CH Thick coating 1 Electric discharge machining device 7 Liquid tank 11 Electrode 13 Electrode holder 15 Discharge power supply device

Claims (8)

金属の粉末、金属の化合物の粉末、又はセラミックスの粉末を圧縮成形した成形体を電極として用い、電気絶縁性のある液中又は気中において、アルミ又はアルミ合金からなる基材の表面と前記電極との間にパルス状の放電を発生させて、その放電エネルギーにより、前記基材の表面を局所的に溶融させつつ、前記電極の材料又は該材料の反応物質を前記基材の溶融部に付着させて、前記基材の表面に被膜を形成する放電表面処理方法であって、
前記電極と前記基材との間に供給する放電パルス電流の波形は、初期部分のピーク電流値が中期以降部分のピーク電流値よりも高くなっており、前記放電パルス電流の波形における前記中期以降部分のピーク電流値は、10A未満であることを特徴とする放電表面処理方法。
The surface of the base material made of aluminum or aluminum alloy and the electrode in a liquid or air having an electrical insulation property, using a compact formed by compression molding a metal powder, a metal compound powder, or a ceramic powder as an electrode A pulsed discharge is generated between the electrode material and the surface of the base material is locally melted by the discharge energy, and the electrode material or the reactant of the material is attached to the melting portion of the base material. And a discharge surface treatment method for forming a film on the surface of the substrate,
The waveform of the discharge pulse current supplied between the electrode and the substrate is such that the peak current value of the initial part is higher than the peak current value of the part after the middle period, and after the middle period in the waveform of the discharge pulse current. The discharge surface treatment method, wherein the peak current value of the portion is less than 10 A.
前記放電パルス電流の波形における前記初期部分のピーク電流値は、30Aであることを特徴とする請求項1に記載の放電表面処理方法。   The discharge surface treatment method according to claim 1, wherein a peak current value of the initial portion in the waveform of the discharge pulse current is 30 A. 前記放電パルス電流のパルス幅は、8μs以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の放電表面処理方法。   The discharge surface treatment method according to claim 1, wherein a pulse width of the discharge pulse current is 8 μs or less. 金属の粉末、金属の化合物の粉末、又はセラミックスの粉末を圧縮成形した成形体を電極として用い、電気絶縁性のある液中又は気中において、アルミ又はアルミ合金からなる基材の表面と前記電極との間にパルス状の放電を発生させて、その放電エネルギーにより、前記基材の表面を局所的に溶融させつつ、前記電極の材料又は該材料の反応物質を前記基材の溶融部に付着させて、前記基材の表面に薄い被膜を形成する第1処理工程と、
前記第1処理工程の終了後に、続けて、電気絶縁性のある液中又は気中において、前記基材の表面と前記電極との間にパルス状の放電を発生させて、その放電エネルギーにより、前記第1処理工程において形成された前記薄い被膜の表面を局所的に溶融させつつ、前記電極の材料又は該材料の反応物質を前記薄い被膜の溶融部に付着させて、前記薄い被膜を厚い被膜に成長させる第2処理工程と、を備えなる放電表面処理方法であって、
前記第1処理工程において、前記電極と前記基材との間に供給する放電パルス電流の波形は、初期部分のピーク電流値が中期以降部分のピーク電流値よりも高くなっており、前記放電パルス電流の波形における前記中期以降部分のピーク電流値は、10A未満であって、
前記第2処理工程における単位面積当たりの成膜速度は、前記第1処理工程における単位面積あたりの成膜速度よりも速くなっていることを特徴とする放電表面処理方法。
The surface of the base material made of aluminum or aluminum alloy and the electrode in a liquid or air having an electrical insulation property, using a compact formed by compression molding a metal powder, a metal compound powder, or a ceramic powder as an electrode A pulsed discharge is generated between the electrode material and the surface of the base material is locally melted by the discharge energy, and the electrode material or the reactant of the material is attached to the melting portion of the base material. A first treatment step of forming a thin film on the surface of the substrate;
After the end of the first treatment step, in a liquid or air having electrical insulation, a pulsed discharge is generated between the surface of the substrate and the electrode, and the discharge energy is used. While the surface of the thin film formed in the first treatment step is locally melted, the material of the electrode or the reactant of the material is adhered to the melted portion of the thin film, and the thin film is thickened. A discharge surface treatment method comprising:
In the first treatment step, the waveform of the discharge pulse current supplied between the electrode and the substrate is such that the peak current value in the initial portion is higher than the peak current value in the middle and subsequent portions, and the discharge pulse The peak current value of the middle and subsequent parts in the current waveform is less than 10A,
The discharge surface treatment method, wherein a film formation rate per unit area in the second treatment step is higher than a film formation rate per unit area in the first treatment step.
前記第1処理工程において形成される前記薄い被膜の厚さは、10μm以上であることを特徴とする請求項4に記載の放電表面処理方法。   The discharge surface treatment method according to claim 4, wherein a thickness of the thin film formed in the first treatment step is 10 μm or more. 前記第1処理工程において、前記放電パルス電流の波形における前記初期部分のピーク電流値は、30Aであることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の放電表面処理方法。   6. The discharge surface treatment method according to claim 4, wherein in the first treatment step, the peak current value of the initial portion in the waveform of the discharge pulse current is 30 A. 6. 前記第1処理工程における前記放電パルス電流のパルス幅は、8μs以下であることを特徴とする請求項4から請求項6のうちのいずれかの請求項に記載の放電表面処理方法。   7. The discharge surface treatment method according to claim 4, wherein a pulse width of the discharge pulse current in the first treatment step is 8 μs or less. 8. 前記金属の粉末は、ステライト金属の粉末又はステライト金属を主成分とした金属の粉末であることを特徴とする請求項1から請求項7のうちのいずれかの請求項に記載の放電表面処理方法。   The discharge surface treatment method according to any one of claims 1 to 7, wherein the metal powder is a powder of stellite metal or a metal powder mainly composed of stellite metal. .
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