JP2013237899A - Discharge surface treatment method, metal part, and fan rotor blade - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属ワーク又は金属部品の被処理部に放電エネルギーを利用して耐摩耗性又は耐エロージョン性のある被膜を形成する放電表面処理方法等に関する。 The present invention relates to a discharge surface treatment method and the like for forming a wear-resistant or erosion-resistant film on a treated part of a metal workpiece or metal part using discharge energy.
近年、放電表面処理の技術の開発が活発化している。金属ワークの被処理部に耐摩耗性又は耐エロージョン性のある被膜を形成する放電表面処理方法の技術として特許文献１に示すものがある。その先行技術に係る放電表面処理方法について簡単に説明すると、次のようになる。 In recent years, the development of discharge surface treatment technology has become active. Patent Document 1 discloses a technique of a discharge surface treatment method for forming a wear-resistant or erosion-resistant film on a portion to be treated of a metal workpiece. The discharge surface treatment method according to the prior art will be briefly described as follows.
先行技術に係る放電表面処理方法の実施には、炭化チタン（ＴｉＣ）の粉末と水素化チタン（ＴｉＨ2）の粉末との混合粉末から圧縮形成したものであって、焼成処理（加熱処理）を施して水素化チタン中の水素（Ｈ2）を放出した焼結済みの圧粉体を放電電極として用いる。そして、先行技術に係る放電表面処理は、加工油中で放電電極と金属ワークの被処理部との間にパルス状の放電を発生させることにより、その放電エネルギーにより消耗した放電電極の電極材料と加工油中に含まれる炭素を反応させつつ、放電電極の電極材料又はその反応物質を金属ワークの被処理部に付着させて、炭化チタン（ＴｉＣ）からなる被膜を形成するものである。 In the implementation of the discharge surface treatment method according to the prior art, the powder is compression-formed from a mixed powder of titanium carbide (TiC) powder and titanium hydride (TiH 2 ) powder. A sintered green compact that has been applied to release hydrogen (H 2 ) in titanium hydride is used as a discharge electrode. Then, the discharge surface treatment according to the prior art generates a pulsed discharge between the discharge electrode and the treated part of the metal workpiece in the processing oil, and the electrode material of the discharge electrode consumed by the discharge energy While reacting the carbon contained in the processing oil, the electrode material of the discharge electrode or the reactant thereof is attached to the treated portion of the metal workpiece to form a coating made of titanium carbide (TiC).
ところで、本願の発明者が先行技術に係る放電表面処理方法によって試験基材の表面に炭化チタンからなる被膜を形成したところ、その被膜の表面にヘアクラック（クラック）が発生することが判明した（後述の実施例参照）。また、金属ワーク又は金属部品の被処理部に形成された被膜の表面にヘアクラックが発生している場合に、金属ワーク又は金属部品が摩耗又はエロージョン環境（摩耗又はエロージョンを受ける環境）下に長時間置かれると、被膜と金属ワーク又は金属部品の母材との密着強度が急激に低下して、被膜の剥離を招くことになる。つまり、金属ワーク又は金属部品の被処理部に先行技術に係る放電表面処理方法によって耐摩耗性又は耐エロージョン性のある被膜が形成されても、金属ワーク又は金属部品が高いレベルの耐摩耗性又は耐エロージョン性を長時間に亘って確保することが困難であるという問題がある。 By the way, when the inventor of the present application formed a coating made of titanium carbide on the surface of the test substrate by the discharge surface treatment method according to the prior art, it was found that hair cracks (cracks) occur on the surface of the coating ( (See Examples below). In addition, when hair cracks occur on the surface of the coating formed on the metal workpiece or metal part to be treated, the metal workpiece or metal part is subject to wear or erosion (an environment subject to wear or erosion). If the time is set, the adhesion strength between the coating and the metal workpiece or the base material of the metal part is rapidly reduced, and the coating is peeled off. In other words, even if a wear-resistant or erosion-resistant film is formed on the treated part of the metal workpiece or metal part by the discharge surface treatment method according to the prior art, the metal workpiece or metal part has a high level of wear resistance or There is a problem that it is difficult to ensure erosion resistance for a long time.
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の放電表面処理方法等を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a discharge surface treatment method having a novel configuration that can solve the above-described problems.
本発明の発明者は、前述の問題を解決するために、多数種の放電電極を用いて、多数種の構成材料からなる試験基板に対して放電表面処理試験を行った結果、試験基材がチタン（Ｔｉ）又はチタン合金（Ｔｉ合金）からなる場合に、加工油中で、固体シリコン（固体Ｓｉ）からなる放電電極と試験基材の表面との間にパルス状の放電を発生させると、その放電エネルギーにより試験基材の母材と加工油中に含まれる炭素（Ｃ）を反応させつつ、試験基材の表面を改質して、試験基材の表面に炭化チタン（ＴｉＣ）からなる被膜を表面にヘアクラックが無い状態で形成することができるという（後述の実施例参照）、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。なお、固体シリコンからなる放電電極を用いているため、試験基材の表面には炭化シリコン（ＳｉＣ）からなる被膜が形成されると予想していたが、試験基板の表面に炭化チタンからなる被膜が形成されたことは予想外の結果であった。 In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention conducted a discharge surface treatment test on a test substrate made of many kinds of constituent materials using many kinds of discharge electrodes. In the case of titanium (Ti) or a titanium alloy (Ti alloy), in the processing oil, when a pulsed discharge is generated between the discharge electrode made of solid silicon (solid Si) and the surface of the test substrate, The surface of the test base material is modified with titanium carbide (TiC) on the surface of the test base material while reacting the base material of the test base material with carbon (C) contained in the processing oil by the discharge energy. A novel finding that the film can be formed without hair cracks on the surface (see Examples described later) has been completed, and the present invention has been completed. Since a discharge electrode made of solid silicon was used, it was expected that a film made of silicon carbide (SiC) would be formed on the surface of the test substrate, but a film made of titanium carbide on the surface of the test substrate. The formation of was an unexpected result.
本発明の第１の特徴は、金属部品の被処理部又は金属ワークの被処理部に放電エネルギーを利用して耐摩耗性又は耐エロージョン性のある被膜を形成する放電表面処理方法において、前記金属ワーク又は前記金属部品はチタン又はチタン合金からなるものであって、固体シリコンからなる放電電極を用い、加工油中で前記放電電極と前記金属ワーク又は前記金属部品の被処理部との間にパルス状の放電を発生させることにより、その放電エネルギーにより前記金属ワーク又は前記金属部品の母材と前記加工油中に含まれる炭素を反応させつつ、前記金属ワーク又は前記金属部品の被処理部の表面を改質して、前記金属ワーク又は前記金属部品の被処理部に前記被膜を形成することを要旨とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a discharge surface treatment method for forming a wear-resistant or erosion-resistant film on a treated part of a metal part or a treated part of a metal workpiece by using discharge energy. The workpiece or the metal part is made of titanium or a titanium alloy, and a discharge electrode made of solid silicon is used, and a pulse is generated between the discharge electrode and the metal workpiece or the processed part of the metal part in processing oil. The surface of the metal workpiece or the metal part to be treated is caused to react with the carbon contained in the processing oil and the base material of the metal workpiece or the metal part by the discharge energy. The gist is to form the coating on the metal workpiece or the treated part of the metal part.
なお、耐摩耗性又は耐エロージョン性のある被膜とは、当然の如く、耐摩耗性及び耐エロージョン性のある被膜を含む意である。 In addition, the coating film with wear resistance or erosion resistance naturally includes a coating film with wear resistance and erosion resistance.
第１の特徴によると、前記金属ワーク又は前記金属部品はチタン又はチタン合金からなるものであって、固体シリコンからなる放電電極を用い、前記放電電極と前記金属ワーク又は前記金属部品の被処理部との間にパルス状の放電を発生させているため、前述の新規な知見を適用すると、前記金属ワーク又は前記金属部品の被処理部に炭化チタンからなる前記被膜を表面にヘアクラックが無い状態で形成することができる。 According to the first feature, the metal work or the metal part is made of titanium or a titanium alloy, and a discharge electrode made of solid silicon is used, and the discharge electrode and the metal workpiece or the part to be processed of the metal part When the above-mentioned novel knowledge is applied, the coating made of titanium carbide is not cracked on the surface of the metal workpiece or the metal part to be treated. Can be formed.
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に加えて、前記放電電極を構成する固体シリコンは、Ｎ型又はＰ型の単結晶の固体シリコンであることを要旨とする。 The second feature of the present invention is summarized in that, in addition to the first feature of the present invention, the solid silicon constituting the discharge electrode is N-type or P-type single crystal solid silicon.
本発明の第３の特徴は、金属部品において、被処理部に本発明の第１の特徴又は第２の特徴からなる放電表面処理方法によって耐摩耗性又は耐エロージョン性のある被膜が形成されていることを要旨とする。 A third feature of the present invention is that, in a metal part, a coating having wear resistance or erosion resistance is formed on a portion to be treated by the discharge surface treatment method comprising the first feature or the second feature of the present invention. It is a summary.
ここで、金属部品とは、ジェットエンジンに用いられるエンジン部品だけでなく、相手部品との相対的な摺動によって摩耗を受ける金属部品、固体粒子を含むガス、固体粒子を含む液体、又は液体そのものによってエロージョンを受ける金属部品を含む意である。 Here, the metal part is not only an engine part used for a jet engine, but also a metal part that is worn by relative sliding with a counterpart part, a gas containing solid particles, a liquid containing solid particles, or the liquid itself. This includes metal parts that are subject to erosion.
本発明の第４の特徴は、ジェットエンジンに用いられるファン動翼において、被処理部としての前縁部に第１の特徴又は第２の特徴からなる放電表面処理方法によって耐摩耗性又は耐エロージョン性のある被膜が形成されていることを要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in a fan rotor blade used in a jet engine, wear resistance or erosion resistance is achieved by a discharge surface treatment method comprising the first feature or the second feature on a front edge portion as a treated portion. The gist is that a characteristic film is formed.
ここで、ファン動翼とは、ジェットエンジンのエンジンケース内に空気を取入れる１段目の圧縮機動翼を含む意である。 Here, the fan rotor blade includes the first-stage compressor rotor blade that takes air into the engine case of the jet engine.
本発明によれば、前記金属ワーク又は前記金属部品の被処理部に炭化チタンからなる前記被膜を表面にヘアクラックが無い状態で形成できるため、前記金属ワーク又は前記金属部品の耐摩耗性又は耐エロージョン性を高いレベルで長時間に亘って十分に確保することができる。 According to the present invention, since the coating made of titanium carbide can be formed on the surface of the metal workpiece or the metal part without a hair crack on the surface, the wear resistance or resistance of the metal workpiece or the metal part can be formed. The erosion property can be sufficiently secured for a long time at a high level.
本発明の実施形態に係る放電表面処理方法の処理対象であるファン動翼、本発明の実施形態に係る放電表面処理方法の実施に使用する放電表面処理装置と放電電極、及び本発明の実施形態に係る放電表面処理方法の構成等について、順次図面を参照しつつ説明する。なお、図面中、「ＦＦ」は、前方向を、「ＦＲ」は、後方向、「Ｌ」は、左方向、「Ｒ」は、右方向、「Ｕ」は、上方向、「Ｄ」は、下方向をそれぞれ指してある。 Embodiments of the present invention include a fan rotor blade that is a processing target of a discharge surface treatment method according to an embodiment of the present invention, a discharge surface treatment apparatus and a discharge electrode that are used to perform a discharge surface treatment method according to an embodiment of the present invention, and an embodiment of the present invention. The structure of the discharge surface treatment method according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, “FF” is the forward direction, “FR” is the backward direction, “L” is the left direction, “R” is the right direction, “U” is the upward direction, and “D” is the upward direction. , Pointing downward.
図１（ａ）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の処理対象であるファン動翼１は、ジェットエンジンに用いられ、チタン合金からなるものである。また、ファン動翼１は、動翼本体３を備えており、この動翼本体３の基端側には、プラットホーム５が一体形成されており、このプラットホーム５は、空気の流路面５ｆを有している。更に、プラットホーム５には、シャンク７が一体形成されており、このシャンク７には、ダブテール９が一体形成されており、このダブテール９は、ジェットエンジンにおけるファンディスク（図示省略）の嵌合溝（図示省略）に嵌合可能である。ここで、本発明の実施形態にあっては、動翼本体３の前縁部３ａ（前縁部３ａのチップ側部分）が被処理部になる。 As shown to Fig.1 (a), the fan rotor blade 1 which is a process target of the discharge surface treatment method which concerns on embodiment of this invention is used for a jet engine, and consists of a titanium alloy. The fan rotor blade 1 includes a rotor blade body 3, and a platform 5 is integrally formed on the base end side of the rotor blade body 3, and the platform 5 has an air flow path surface 5f. doing. Further, a shank 7 is integrally formed on the platform 5, and a dovetail 9 is integrally formed on the shank 7, and this dovetail 9 is a fitting groove (not shown) of a fan disk in a jet engine (not shown). (Not shown). Here, in the embodiment of the present invention, the front edge portion 3a (the tip side portion of the front edge portion 3a) of the rotor blade main body 3 is a processing target portion.
図２に示すように、本発明の実施形態に係る放電表面処理装置１１は、Ｘ軸方向（換言すれば、左右方向）及びＹ軸方向（換言すれば、前後方向）へ延びたベッド１３を備えており、このベッド１３には、Ｚ軸方向（換言すれば、上下方向）へ延びたコラム１５が立設されている。また、ベッド１３には、可動フレーム（可動テーブル）１７が設けられてあって、この可動フレーム１７は、Ｘ軸サーボモータ（図示省略）の駆動によりＸ軸方向へ移動可能であって、Ｙ軸サーボモータ（図示省略）の駆動によりＹ軸方向へ移動可能である。更に、可動フレーム１７には、加工油１９を貯留可能な加工槽２１が設けられており、この加工槽２１内には、ファン動翼１をセット可能な治具２３が設けられている。 As shown in FIG. 2, the discharge surface treatment apparatus 11 according to the embodiment of the present invention includes a bed 13 that extends in the X-axis direction (in other words, the left-right direction) and the Y-axis direction (in other words, the front-rear direction). The bed 13 is provided with a column 15 extending in the Z-axis direction (in other words, the vertical direction). The bed 13 is provided with a movable frame (movable table) 17, and this movable frame 17 can be moved in the X-axis direction by driving an X-axis servomotor (not shown). It can be moved in the Y-axis direction by driving a servo motor (not shown). Further, the movable frame 17 is provided with a processing tank 21 capable of storing the processing oil 19, and a jig 23 in which the fan rotor blade 1 can be set is provided in the processing tank 21.
コラム１５には、処理ヘッド２５が設けられており、この処理ヘッド２５は、Ｚ軸サーボモータ（図示省略）の駆動によりＺ軸方向へ移動可能である。また、処理ヘッド２５には、棒状の放電電極２７に保持する電極ホルダ２９が設けられており、放電電極２７及び電極ホルダ２９は、Ｘ軸サーボモータ及びＹ軸サーボモータの駆動により可動フレーム１７及び加工槽２１に対して相対的にＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動可能である。ここで、放電電極２７は、Ｎ型又はＰ型の単結晶の固体シリコン（Ｓｉ）からなるものである。なお、放電電極２７の構成材料としての固体シリコンは、前述のように、単結晶であるが、多結晶であっても構わない。 The column 15 is provided with a processing head 25. The processing head 25 is movable in the Z-axis direction by driving a Z-axis servo motor (not shown). The processing head 25 is provided with an electrode holder 29 that is held by a rod-shaped discharge electrode 27. The discharge electrode 27 and the electrode holder 29 are driven by the X-axis servo motor and the Y-axis servo motor, It is movable relative to the processing tank 21 in the X-axis direction and the Y-axis direction. Here, the discharge electrode 27 is made of N-type or P-type single crystal solid silicon (Si). The solid silicon as the constituent material of the discharge electrode 27 is a single crystal as described above, but may be a polycrystal.
続いて、本発明の実施形態に係る放電表面処理方法の構成について説明する。 Then, the structure of the discharge surface treatment method which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.
図２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、ファン動翼１の被処理部としての動翼本体３の前縁部３ａに放電エネルギーを利用して耐摩耗性又は耐エロージョン性のある被膜３１を形成する方法である。 As shown in FIG. 2, the discharge surface treatment method according to the embodiment of the present invention uses the discharge energy to the front edge portion 3 a of the blade main body 3 as the portion to be processed of the fan blade 1 to provide wear resistance or This is a method of forming a coating 31 having erosion resistance.
ファン動翼１の動翼本体３の前縁部３ａが上を向くようにファン動翼１を治具２３にセットする。また、Ｘ軸サーボモータ及びＹ軸サーボモータの駆動により加工槽２１をＸ軸方向及びＹ軸方向へ可動フレーム１７と一体的に移動させて、換言すれば、放電電極２７を可動フレーム１７及び加工槽２１に対して相対的にＸ軸方向へ移動させて、棒状の放電電極２７の先端部を動翼本体３の前縁部３ａの先端部分に対向させる。 The fan rotor blade 1 is set on the jig 23 so that the front edge 3a of the rotor blade body 3 of the fan rotor blade 1 faces upward. Further, the machining tank 21 is moved integrally with the movable frame 17 in the X-axis direction and the Y-axis direction by driving the X-axis servo motor and the Y-axis servo motor, in other words, the discharge electrode 27 is moved to the movable frame 17 and the machining frame. The tip of the rod-shaped discharge electrode 27 is opposed to the tip of the front edge 3 a of the rotor blade body 3 by moving in the X-axis direction relative to the tank 21.
そして、Ｘ軸サーボモータ及びＹ軸サーボモータの駆動により放電電極２７をファン動翼１の動翼本体３の前縁部３ａに沿って可動フレーム１７及び加工槽２１に対して相対的に移動させつつ、放電電極２７とファン動翼１の動翼本体３の前縁部３ａとの間にパルス状の放電を発生させる。これにより、その放電エネルギーによりファン動翼１の母材と加工油１９中に含まれる炭素（Ｃ）を反応させつつ、ファン動翼１の動翼本体３の前縁部３ａの表面を改質して、ファン動翼１の動翼本体３の前縁部３ａに被膜３１を形成する。換言すれば、図１（ｂ）に示すように、動翼本体３の前縁部３ａに本発明の実施形態に係る放電表面処理方法によって被膜３１が形成されたファン動翼１Ａに仕上げることができる。なお、被膜３１の形成中、Ｚ軸サーボモータの駆動により放電電極２７を処理ヘッド２５と一体的にＺ軸方向へ微小移動させて、放電電極２７とファン動翼１の動翼本体３の前縁部３ａとのギャップを所定のギャップに維持する。 The discharge electrode 27 is moved relative to the movable frame 17 and the processing tank 21 along the front edge 3a of the rotor blade body 3 of the fan rotor blade 1 by driving the X-axis servo motor and the Y-axis servo motor. Meanwhile, a pulsed discharge is generated between the discharge electrode 27 and the front edge 3a of the rotor blade body 3 of the fan rotor blade 1. As a result, the surface of the front edge portion 3a of the blade main body 3 of the fan blade 1 is modified while the base material of the fan blade 1 and the carbon (C) contained in the processing oil 19 are reacted by the discharge energy. Then, the coating 31 is formed on the front edge 3 a of the rotor blade body 3 of the fan rotor blade 1. In other words, as shown in FIG. 1B, the fan blade 1A having the coating 31 formed on the front edge 3a of the blade body 3 by the discharge surface treatment method according to the embodiment of the present invention can be finished. it can. During the formation of the coating 31, the discharge electrode 27 is moved minutely in the Z-axis direction integrally with the processing head 25 by driving the Z-axis servo motor, and the discharge electrode 27 and the front surface of the rotor blade body 3 of the fan rotor blade 1 are moved. The gap with the edge 3a is maintained at a predetermined gap.
ここで、図３（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の放電条件は、放電電極２７とファン動翼１の動翼本体３の前縁部３ａ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ｐ（０Ａ、３０Ａ、４０Ａ）、中期以降部分のピーク電流値ｉｅ（１Ａ、２Ａ、４.５Ａ、５.５Ａ、１０Ａ、２５Ａ）である。また、放電パルス電流のパルス幅ｔｅは２〜３０μｓであって、休止時間ｔｏは６４μｓである。 Here, as shown in FIGS. 3A and 3B, the discharge conditions of the discharge surface treatment method according to the embodiment of the present invention are the discharge electrode 27 and the leading edge 3a of the rotor blade body 3 of the fan rotor blade 1. The peak current p (0A, 30A, 40A) in the initial part of the waveform of the discharge pulse current supplied between and the peak current value ie (1A, 2A, 4.5A, 5.5A, 10A, 25A) in the middle and subsequent parts ). The pulse width te of the discharge pulse current is 2 to 30 μs, and the rest time to is 64 μs.
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。 Then, the effect | action and effect of embodiment of this invention are demonstrated.
ファン動翼１がチタン合金からなるものであって、Ｎ型又はＰ型の固体シリコンからなる放電電極２７を用い、放電電極２７とファン動翼１の動翼本体３の前縁部３ａとの間にパルス状の放電を発生させているため、前述の新規な知見を適用すると、ファン動翼１の動翼本体３の前縁部３ａに炭化チタン（ＴｉＣ）からなる被膜３１を表面にヘアクラックが無い状態で形成することができる。 The fan rotor blade 1 is made of a titanium alloy, and a discharge electrode 27 made of N-type or P-type solid silicon is used, and the discharge electrode 27 and the front edge 3a of the rotor blade body 3 of the fan rotor blade 1 are formed. Since a pulsed discharge is generated between them, when the above-described novel knowledge is applied, a coating 31 made of titanium carbide (TiC) is applied to the front edge 3a of the rotor blade body 3 of the fan rotor blade 1 on the surface. It can be formed without cracks.
焼結済みの圧粉体を放電電極として用いることなく、Ｎ型又はＰ型の固体シリコンからなる放電電極２７を用いて、炭化チタンからなる被膜３１を形成することができるため、放電電極２７の一連の製造工程から焼成工程（熱処理工程）を省略することができる。 The coating 31 made of titanium carbide can be formed by using the discharge electrode 27 made of N-type or P-type solid silicon without using the sintered compact as the discharge electrode. From the series of manufacturing steps, the firing step (heat treatment step) can be omitted.
従って、本発明の実施形態によれば、ファン動翼１の動翼本体３の前縁部３ａに炭化チタン（ＴｉＣ）からなる被膜３１を表面にヘアクラックが無い状態で形成できるため、ファン動翼１の耐摩耗性又は耐エロージョン性を高いレベルで長時間に亘って十分に確保することができ、ファン動翼１の寿命を向上させることができる。 Therefore, according to the embodiment of the present invention, the coating 31 made of titanium carbide (TiC) can be formed on the front edge portion 3a of the rotor blade body 3 of the fan rotor blade 1 with no hair cracks on the surface. The wear resistance or erosion resistance of the blade 1 can be sufficiently secured for a long time at a high level, and the life of the fan rotor blade 1 can be improved.
放電電極２７の一連の製造工程から焼成工程（熱処理工程）を省略できるため、放電電極２７の製造コスト、換言すれば、放電表面処理の処理コストを大幅に低減することができる。 Since the firing step (heat treatment step) can be omitted from a series of manufacturing steps of the discharge electrode 27, the manufacturing cost of the discharge electrode 27, in other words, the processing cost of the discharge surface treatment can be significantly reduced.
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、本発明の実施形態に係る放電表面処理方法によって例えばファン動翼１の動翼本体３の前縁部３ａに耐摩耗性又は耐エロージョン性のある被膜３１を形成する代わりに、ファン動翼１以外の金属部品（図示省略）又は金属ワーク（図示省略）の被処理部（図示省略）に耐摩耗性又は耐エロージョン性のある被膜（図示省略）を形成する等、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、動翼本体３の前縁部３ａに耐摩耗性又は耐エロージョン性のある被膜３１が形成されたファン動翼１Ａ等、被処理部に耐摩耗性又は耐エロージョン性のある被膜が形成された金属部品にも及ぶものであり、本発明の実施形態に限定されないものである。 The present invention is not limited to the description of the above-described embodiment. For example, the front edge portion 3a of the rotor blade body 3 of the fan rotor blade 1 is subjected to wear resistance by the discharge surface treatment method according to the embodiment of the present invention. Alternatively, instead of forming the coating 31 having erosion resistance, wear resistance or erosion resistance is applied to a metal part (not shown) other than the fan rotor blade 1 or to-be-treated portion (not shown) of a metal workpiece (not shown). The present invention can be implemented in various other forms such as forming a coating (not shown). In addition, the scope of rights encompassed by the present invention includes a fan blade 1A in which a coating 31 having wear resistance or erosion resistance is formed on the leading edge portion 3a of the blade body 3, and the wear resistance of the portion to be treated. Or it extends to the metal part in which the coating film having erosion resistance is formed, and is not limited to the embodiment of the present invention.
本発明の実施例について図４（ａ）（ｂ）から図６を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b) to FIG.
リンのドープによるＰ型の単結晶の固体シリコンからなる実施例に係る放電電極（電極断面：５×１０ｍｍ）及びチタン合金（Ｔｉ６Ａ１４Ｖ）からなる試験基材を用い、実施例に係る放電電極を２ｍｍ／ｍｉｍの速度で試験基材に対して相対的に移動させつつ、加工油中で実施例に係る放電電極と試験基材との間にパルス状の放電を発生させることにより、実施例に係る放電表面処理によって試験基材の表面に被膜を形成した。そして、走査電子顕微鏡（加速電圧：１５ｋＶ）によって被膜を表面観察及び断面観察すると、図４（ａ）及び図５に示すように、被膜の表面にヘアクラックが無いこと、及び被膜の厚みが２〜３μｍであることが確認された。また、実施例に係る放電表面処理によって試験基材の表面に形成した被膜は、Ｘ線回折によって炭化チタンからなるものであることが確認された。 A discharge electrode according to an example (electrode cross section: 5 × 10 mm) made of P-type single crystal solid silicon doped with phosphorus and a test substrate made of a titanium alloy (Ti6A14V) were used, and the discharge electrode according to the example was 2 mm. By generating a pulsed discharge between the discharge electrode according to the embodiment and the test substrate in the processing oil while moving relative to the test substrate at a speed of / mim. A coating was formed on the surface of the test substrate by discharge surface treatment. And when surface observation and cross-sectional observation of a film are carried out with a scanning electron microscope (acceleration voltage: 15 kV), as shown to Fig.4 (a) and FIG. It was confirmed to be ˜3 μm. Moreover, it was confirmed that the film formed on the surface of the test substrate by the discharge surface treatment according to the example is made of titanium carbide by X-ray diffraction.
なお、図示は省略するが、Ｐ型の単結晶の固体シリコンに代えてＮ型の単結晶の固体シリコンからなる実施例に係る放電電極（電極断面：５×１０ｍｍ）を用いた場合、及びチタン合金からなる試験基材に代えてチタンからなる試験基材を用いた場合にも、同様の結果を得ることができた。 In addition, although illustration is abbreviate | omitted, it replaces with a P type single crystal solid silicon, and the case where the discharge electrode (electrode cross section: 5 * 10 mm) which concerns on the Example which consists of an N type single crystal solid silicon is used, and titanium Similar results could be obtained when a test substrate made of titanium was used instead of the alloy test substrate.
一方、炭化チタンの粉末と水素化チタンの粉末との混合粉末から圧縮形成した焼結済みの圧粉体からなる比較例に係る放電電極（電極断面：５×１０ｍｍ）及びチタン合金（Ｔｉ６Ａ１４Ｖ）からなる試験基材を用い、比較例に係る放電電極を２ｍｍ／ｍｉｍの速度で試験基材に対して相対的に移動させつつ、加工油中で比較例に係る放電電極と試験基材との間にパルス状の放電を発生させることにより、比較例に係る放電表面処理によって試験基材の表面に被膜を形成した。そして、走査電子顕微鏡（加速電圧：１５ｋＶ）によって被膜を表面観察すると、図４（ｂ）に示すように、被膜の表面にヘアクラックが存在していることが確認された。また、比較例に係る放電表面処理によって試験基材の表面に形成した被膜は、Ｘ線回折によって炭化チタンからなるものであることが確認された。 On the other hand, from a discharge electrode (electrode cross section: 5 × 10 mm) and a titanium alloy (Ti6A14V) according to a comparative example made of a sintered green compact formed by compression from a mixed powder of titanium carbide powder and titanium hydride powder. The discharge electrode according to the comparative example is moved relative to the test substrate at a speed of 2 mm / mim using the test base material, and between the discharge electrode according to the comparative example and the test base material in the processing oil. By generating a pulsed discharge, a coating was formed on the surface of the test substrate by the discharge surface treatment according to the comparative example. When the surface of the coating was observed with a scanning electron microscope (acceleration voltage: 15 kV), it was confirmed that hair cracks existed on the surface of the coating as shown in FIG. Moreover, it was confirmed that the film formed on the surface of the test base material by the discharge surface treatment according to the comparative example is made of titanium carbide by X-ray diffraction.
続いて、実施例に係る放電表面処理によって表面に被膜が形成された試験基材を発明品、比較例に係る放電表面処理によって表面に被膜が形成された試験基材を比較品を用意し、一定の強さ（２５０ＭＰａの噴射圧）のウォータージェットを発明品及び試験品に向かって噴射することによりエロージョン試験を行った。そして、その結果をまとめると、図６に示すようになる。つまり、比較品の場合には、試験時間が６０秒を経過すると、ウォータージェットによる減肉量（摩耗量）が急激に増加するのに対して、発明品の場合には、試験時間が１００秒を超えても、ウォータージェットによる減肉量が大きく増加することがないことが確認された。なお、ウォータージェットによる減肉量は、ウォータージェットによる被膜の窪みの深さを表している。 Subsequently, a test substrate having a coating film formed on the surface by the discharge surface treatment according to the example is an invention product, a test substrate having a coating film formed on the surface by the discharge surface treatment according to the comparative example is prepared as a comparative product, An erosion test was performed by injecting a water jet having a constant strength (injection pressure of 250 MPa) toward the invention and the test product. The results are summarized as shown in FIG. That is, in the case of the comparative product, when the test time passes 60 seconds, the amount of thinning (wear) due to the water jet increases rapidly, whereas in the case of the invention product, the test time is 100 seconds. It was confirmed that the amount of thinning by the water jet does not increase greatly even if the value exceeds. In addition, the amount of thickness reduction by a water jet represents the depth of the hollow of the film by a water jet.
１ ファン動翼
１Ａ ファン動翼
３ 動翼本体
３ａ 動翼本体の前縁部
５ プラットホーム
５ｆ プラットホームの流路面
７ シャンク
９ ダブテール
１１ 放電表面処理装置
１３ ベッド
１５ コラム
１７ 可動フレーム
１９ 加工油
２１ 加工槽
２３ 治具
２５ 処理ヘッド
２７ 放電電極
２９ 電極ホルダ
３１ 被膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fan rotor blade 1A Fan rotor blade 3 Rotor blade main body 3a Front edge part of rotor blade main body 5 Platform 5f Platform flow path surface 7 Shank 9 Dovetail 11 Discharge surface treatment device 13 Bed 15 Column 17 Movable frame 19 Processing oil 21 Processing tank 23 Jig 25 Processing head 27 Discharge electrode 29 Electrode holder 31 Coating
Claims (4)
前記金属ワーク又は前記金属部品はチタン又はチタン合金からなるものであって、
固体シリコンからなる放電電極を用い、加工油中で前記放電電極と前記金属ワーク又は前記金属部品の被処理部との間にパルス状の放電を発生させることにより、その放電エネルギーにより前記金属ワーク又は前記金属部品の母材と前記加工油中に含まれる炭素を反応させつつ、前記金属ワーク又は前記金属部品の被処理部の表面を改質して、前記金属ワーク又は前記金属部品の被処理部に前記被膜を形成することを特徴とする放電表面処理方法。 In a discharge surface treatment method for forming a wear-resistant or erosion-resistant film using discharge energy on a treated part of a metal workpiece or metal part,
The metal workpiece or the metal part is made of titanium or a titanium alloy,
By using a discharge electrode made of solid silicon and generating a pulsed discharge between the discharge electrode and the metal workpiece or a part to be processed of the metal part in processing oil, the metal work or While reacting the base metal of the metal part and the carbon contained in the processing oil, the surface of the metal workpiece or the part to be processed of the metal part is modified to process the part of the metal workpiece or the metal part. The discharge surface treatment method is characterized in that the film is formed on the surface.
被処理部に請求項１又は請求項２に記載の放電表面処理方法によって耐摩耗性又は耐エロージョン性のある被膜が形成されていることを特徴とする金属部品。 In metal parts,
A metal part, characterized in that a coating having abrasion resistance or erosion resistance is formed on a portion to be treated by the discharge surface treatment method according to claim 1 or 2.
被処理部としての前縁部に請求項１又は請求項２に記載の放電表面処理方法によって耐摩耗性又は耐エロージョン性のある被膜が形成されていることを特徴とするファン動翼。 In fan blades used in jet engines,
A fan blade having a wear-resistant or erosion-resistant coating formed by the discharge surface treatment method according to claim 1 or 2 on a front edge as a treated portion.
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| JPN6015050039; 塚原 秀和、南 久、増井 清徳、出水 敬、曽根 匠: '「放電加工による高融点金属の表面改質 -Ｔｉの改質処理-」' 電気加工学会全国大会（１９９６）講演論文集 １９９６年, 19961128, ｐ．１１５-１１８, 社団法人 電気加工学会 * |
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