JP2577107B2 - 浸食を回避した電解加工 - Google Patents

浸食を回避した電解加工

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JP2577107B2
JP2577107B2 JP2027349A JP2734990A JP2577107B2 JP 2577107 B2 JP2577107 B2 JP 2577107B2 JP 2027349 A JP2027349 A JP 2027349A JP 2734990 A JP2734990 A JP 2734990A JP 2577107 B2 JP2577107 B2 JP 2577107B2
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電解加工に関するものであって、更に詳しく
言えば、電解加工時における加工物の点食や腐食を抑制
する技術に関する。
電解加工（以後は「ECM」と呼ぶことがある）は公知
の金属加工方法である。この方法においては、加工物が
陽極として電解槽内に配置される一方、陰極として銅の
ごとき導電性金属が使用され、かつ電解液として高度に
電離した水溶液が使用される。かかる電解槽を通して電
流を流すと、所望のパターンに従って加工物から金属が
溶解する。その場合、電解槽の構成および陰極の位置を
適宜に設計することにより、多種多様の形状を持った加
工品を製造することができる。
実際上、ECM操作については幾つかの要求条件が存在
する。たとえば、効率的な加工を行うためには、電流密
度が極めて高いことが必要であって、通例は約10〜500A
/cm2の範囲内の値が使用される。このような事実がもた
らす直接の結果として、加工物と陰極との間には非常に
小さい空隙（通例約0.1〜2.0mmの空隙）を維持しなけれ
ばならない。加工の進行に伴い、このような空隙を維持
するために陰極を移動させることが必要となる。その
上、ECM操作には極めて多量の熱の放出、気泡の発生お
よび沈殿の生成が伴う。このような要因から生じること
のある問題を回避するには、加工物と陰極との間の空隙
を通して電解液を急速に供給すればよい。そのために
は、毎秒150リットルまでの供給速度が通例使用され
る。
また、電解液を通って漂遊電流（決められた経路以外
の場所を流れ、電解液と接触する金属に電気化学的腐食
をひき起こす可能性のある電流）が流れることがしばし
ば見出される。かかる漂遊電流は、陰極から離隔した区
域（しばしば陰極からかなり遠去かった区域）内におい
て点食および（または）腐食による加工物の浸食をもた
らすことがある。加工物の性質および用途によっては、
そのような浸食の痕跡を取除くために手動バフ磨きのよ
うに面倒で経費のかかる操作を施すことが必要な場合も
ある。かかるバフ磨きをやり過ぎると、ある種の精密製
品は廃棄しなければならないこともあって、大きな損失
となる。
漂遊電流を最小限に抑えることによって加工操作を加
工物の所望区域内に局限するような電解液を選択するこ
とにより、浸食を抑制することが可能な場合もある。し
かしながら、電解液の選択による点食の抑制は常に可能
とは限らないのであって、特に加工物がチタン、アルミ
ニウムまたはそれらの合金のごとき金属から成る場合に
は不可能である。それらの金属は酸化して不動態の酸化
被膜を生成するが、その被膜が絶縁層として作用してEC
Mを妨害するのである。ECM操作を成功させるためには、
加工すべき区域内の不動態被膜を除去することが必要と
なる。高度の極性を示す電解液（通例はアルカリ金属塩
水溶液）はかかる不動態被膜を除去することができ、従
ってそれらの金属に関するECM操作において普通に使用
される。しかしながら、このような高度の導電性を有す
る液体は良好な漂遊電流媒体でもある。その結果、不要
の区域内において加工物の激しい浸食が起こることが多
い。それ故、不動態の酸化被膜の代りに形成されて加工
を要しない区域を保護するために役立つ被膜が得られれ
ば望ましいわけである。
加工物の酸化に競合する反応としては、電解液中のハ
ロゲンイオンおよび（または）水が酸化して元素状ハロ
ゲン（通例は塩素または臭素）および元素状酸素をそれ
ぞれ生成する反応が挙げられる。ECM槽のうちで実際の
加工操作が所望されない区域内においては、そのような
競合反応を促進し、それによって保護被膜中に微細な欠
陥が存在していても浸食が抑制されるようにすることも
また望ましい。
一部のECM槽では、加工物の実際の加工部位に近接し
た区域内において補助陽極が使用される。このような補
助陽極は、上記のごとき漂遊電流を吸収して中和するた
め、加工物の電位に等しいか、あるいはそれよりも高い
電位に維持される。かかる補助陽極が使用される場合、
それら自体も浸食を受ける。また、系内の他の陽極要素
においても同様なことが起こる。その実例としては、金
属（通例は黄銅、青銅またはステンレス鋼）から成る加
工物用保持具（たとえばクランプ）が挙げられる。かか
る保持具はしばしば絶縁層で被覆されているが、その絶
縁層中に欠陥が生じることがある。その結果として浸食
が起こると、大きな故障を招く可能性もある。
本発明は、特定の貴金属の塩を使用することによって
ECM槽内の陽極要素上に導電性の保護被膜を形成し得る
という発見に基づいている。かかる被膜は、多くの場合
において実際に加工すべき区域から容易に除去し得る一
方、その他の区域内にはそのまま存続する。かかる被膜
はまた、電解液中のハロゲンイオンおよび水の酸化を促
進し、それによって被膜中の欠陥の近傍において浸食が
起こることを実質的に防止する。
本発明の一側面に従えば、少なくとも１個の陽極とし
ての金属化合物、陽極、および電解液としてのアルカリ
金属塩水溶液を含む電解槽内において前記加工物に直流
電流を印加することから成る金属加工物の電解加工方法
が提供される。かかる方法は、ルテニウム、ロジウム、
パラジウム、イリジウムおよび白金から成る群より選ば
れた少なくとも１種の貴金属の化合物から成る密着性か
つ導電性の保護被膜が少なくとも１個の陽極要素上に設
置され、かつ上記の電流が加工物を加工するのに十分な
時間にわたって印加されることを特徴とするものであ
る。
以下、部分的には添付の図面を参照しながら、本発明
を一層詳しく説明しよう。
本発明は任意の金属から成る加工物に関して実施され
るECM操作に対して適用し得るものであるが、適当な金
属は鋼、チタン、ニッケル、コバルト、アルミニウムお
よびそれらの合金である。特に、大部分がチタンまたは
アルミニウムから成る加工物、とりわけ主としてチタン
から成る加工物に関して本発明は有利である。
ECM槽内には、当業界において認められている任意の
陰極材料および当業界において公知の電解液である任意
のアルカリ金属塩水溶液を使用することができる。典型
的な電解液としては、アルカリ金属（好ましくはナトリ
ウム）の塩化物、臭化物、ヨウ化物、硝酸塩、塩素酸
塩、過塩素酸塩および硫酸塩の少なくとも１種を通例約
５〜25％（w/v）程度の濃度で含有する水溶液が挙げら
れる。なお、有効性および価格の点から見てナトリウム
ハロゲン化物（特に塩化ナトリウムおよび臭化ナトリウ
ム）が好適である場合が多い。また、通常の添加剤を使
用することも可能である。
本発明の本質的な特徴は、特定の群から選ばれた１種
以上の貴金属化合物を用いてECM槽内の少なくとも１個
の陽極要素上に保護被膜を形成することにある。ここで
言う「陽極要素」とは、陽極として役立つようなECM槽
内の任意の導電性要素、すなわち陰極に対して正の電位
を有するような任意の導電性要素を意味する。その中に
は、加工物それ自体、加工物用のクランプまたはその他
の保持具、および補助陽極が含まれる。一般に、加工物
それ自体を保護することは最も重要である。それ故、本
発明の特に好適な実施の態様においては加工物の被覆が
行われる。
上記のごとき被膜を形成するためには、通例、貴金属
の塩を適当な溶媒に溶解して成る溶液が加工物上に塗布
される。実際に使用される貴金属の種類は、多少とも情
況に依存する。
加工物それ自体を被覆するためには、一般にパラジウ
ム塩が好適である。なぜなら、ECM槽内においてアルカ
リ金属塩化物および（または）フッ化物の電解液に暴露
された場合、パラジウム塩から形成された被膜は高電流
密度の区域（とりわけ実際に加工を受ける区域）内にお
いてはひとりでに除去されて金属表面を露出させること
が多いからである。他方、陰極から遠く離れた低電流密
度の区域内においては被膜の除去が起こらない。その結
果、パラジウム塩の被膜は加工を受けない区域内におい
ては保護目的のために有効であると共に、加工すべき区
域内においてはECM操作を妨害することがないのであ
る。
補助陽極および保持具を被覆するためには、ルテニウ
ム塩がしばしば好適である。ルテニウム化合物はECM操
作時に見られるほとんど全ての電流密度およびあらゆる
種類の電解液の存在下で陽極要素の表面上に存続し、従
ってそれから形成された被膜はかなりの耐久性を有す
る。ところで、加工物上にルテニウム化合物の被膜を形
成すると共に、ECM操作に先立って加工すべき区域内の
被膜を当業界において公知の手段（たとえば、研摩、掻
き取りまたはバフ磨き）によって除去することも本発明
の範囲内に含まれる。なお、電解液がアルカリ金置臭化
物から成る場合には、パラジウム塩の被膜に対してもか
かる補助的な除去工程を実施することが必要となること
がある。
イリジウム塩および白金塩から成る被膜もまた、パラ
ジウム塩から成る被膜よりもやや高い耐久性を有する。
アルカリ金属臭化物電解液の使用時においてそれらの被
膜が好適である場合もあるが、加工すべき区域からは上
記のごとくにしてそれらを除去することが必要である。
貴金属塩溶液用の溶媒は、該塩を溶解する任意の液体
であればよい。その実例としては、水および有機液体
（とりわけ揮発性の大きい有機液体）が挙げられるが、
蒸発による溶媒の除去を容易にする点で揮発性のものが
好適である。多くの場合、低級アルカノール（とりわけ
約５個までの炭素原子を有するアルカノール）が特に好
適である。貴金属塩溶液の濃度は特に重要でないが、通
例は約１〜10（重量）％の範囲内にある。
被覆溶液中には、一般に約５〜15（重量）％の量で粘
度上昇剤を含有させれば有利であることが多い。こうし
て得られた粘度上昇は、加工物上に被覆溶液を均一に展
着させるために役立つ。
粘度上昇剤としては、被覆溶液中に溶解し得る任意の
比較的不活性の物質を使用することができる。多くの場
合において樹脂状物質（特に合成重合体）が好適であ
る。かかる樹脂状物質の種類は重要でないが、（たとえ
ばECM操作の開始前に燃焼させることにより）容易に除
去し得るような物質が適当である。
貴金属塩溶液で加工物を被覆するためには、はけ塗
り、ローラ塗り、潰け塗り、吹付けまたは流し塗りのご
とき通常の手段を使用することができる。また、所望厚
さの被膜を得るため、２回以上の被覆工程を実施するこ
ともできる。
被覆工程に続いて、通常は蒸発によって溶媒が除去さ
れる。次いで、通例は少なくとも約350℃の温度、多く
は約350〜500℃の範囲内の温度において加工物に酸化ベ
ーキングが施される。このようなベーキング操作によ
り、粘度上昇剤が除去されると共に、加工物上には所望
の密着性かつ導電性の保護被膜が形成される。かかる被
膜は、１種以上の貴金属酸化物と（恐らくは）加工物金
属の酸化物との組合せから成るものと考えられる。こう
して形成された被膜の厚さは、貴金属に換算して一般に
約25〜300μg/cm2の範囲内にある。なお、約100〜200μ
g/cm2の範囲内の厚さが好適である。
本発明のもう１つの側面に従えば、金属チタンおよび
金属アルミニウムの少なくとも１者から主として成る電
解加工可能な陽極加工物が提供される。かかる加工物
は、加工を施さない部分のみが密着性かつ導電性の保護
被膜で被覆され、かつ該被膜は上記のごとき貴金属の化
合物から成ると共に、加工物の電解加工時における浸食
を防止するために有効な厚さを有することを特徴とする
ものである。
上記のごとき加工物が陽極としてECM槽内に配置され
る。必要ならば直接に加工を受ける区域内の被膜を除去
した後、ECM操作が開始される。その際には、密着性か
つ導電性の保護被膜が漂遊電流による加工物の浸食を物
理的に阻止すると共に、電解液中のハロゲンイオンおよ
び（または）水が酸化して元素状のハロゲンおよび（ま
たは）酸素を生成する反応を促進して加工物の酸化的浸
食と競合させることにより、加工物が保護されることに
なる。
加工物を所望の程度まで加工したならば、保護被膜を
除去することができる。パラジウム化合物を除去するた
めには、加工物を陰極処理して被膜中のパラジウムを元
素状態にまで還元した後、通常の手段によってそれをぬ
ぐい取ることが便利である場合が多い。その他の貴金属
（たとえばルテニウム）を除去するためには、上記のご
とき物理的除去方法が必要となる場合もある。
次に図面を参照しながら説明すれば、第１図は従来の
ECM槽の主要部分の略図である。かかるECM槽は、絶縁被
膜103によって部分的に被覆された陰極101、および絶縁
被覆109を有する鋼製クランプ107によって所定の位置に
保持された陽極加工物105を含んでいる。陰極101のオリ
フィス111を通してECM槽内に電解液を供給すると、それ
は矢印によって示されるごとく加工物105に接触しなが
ら流れる。なお、ECM槽の他の部分から電解液を供給す
ることもできる。かかるECM槽内に直流電流を流すこと
によって加工物105を陰極101に対して正の電位に保つ
と、電解加工の結果として加工物105中にくぼみ113が形
成される。
かかるECM操作時には、漂遊電流が電解液を通って拡
散し、くぼみ113とクランプ107との間の様々な部位にお
いて不動態の酸化物層を貫通し、それによって様々な程
度の腐食および（または）点食から成る浸食を引起こ
す。かかる漂遊電流はまた、絶縁被膜109中の欠陥115を
貫通してクランプ107を攻撃し、それによってクランプ1
07中にかなりの大きさのピット117を形成する。絶縁被
膜109中に多数の欠陥が存在し、しかも点食が継続的に
起これば、クランプ107の破壊が生じることもある。
次の第２図には本発明の実施の一態様が示されている
が、この実施の態様はクランプの有無に関係しないので
それは図示されていない。加工物105は導電性の保護被
膜202を有している。かかる被膜は、通例、パラジウム
塩および可溶性重合体を低級アルカノール中に溶解して
成る溶液を塗布し、アルカノールを蒸発させ、次いでベ
ーキングを施すことによって形成される。このような操
作の結果、物理的作用並びに電解液中のハロゲンイオン
および水の酸化に対する触媒作用によって加工物105の
表面を保護するパラジウム化合物「恐らくは、パラジウ
ムの酸化物および（または）パラジウムと加工物金属と
の混成酸化物］が生成される。このようにして、浸食の
排除または実質的な低減が達成されるのである。
第３図に示された実施の態様においては、クランプ10
7は（通例はルテニウム化合物から形成された）導電性
の保護被膜302を有している。それはまた、絶縁被膜109
をも有している。この場合にも、上記の場合と同様にし
てルテニウム塩にベーキングを施すことにより、漂遊電
流による浸食からクランプ107を保護する密着性の保護
被膜が形成される。
次に、本発明の一実施例を示す。25.4mmの直径および
17.8mmの長さを有するチタン合金製円柱の一方の端面を
研摩した。次いで、0.25gの塩化パラジウム（II）およ
び0.65gのポリビニルブチラールを10gの１−ブタノール
中に溶解して成る溶液を研摩端面に塗布した後、円柱を
乾燥させ、次いで空気中において400℃で1/2時間にわた
りベーキングを施した。同様にして更に２回の塗布およ
びベーキング操作を施したが、最後のベーキング操作は
450℃で行った。その後、保護被膜中に存在する欠陥の
モデルとして、炭化物尖端を有するけがき針を用いて１
〜4mmの間隔で５つの同心円を保護被膜中に描いた。
直径3.2mmの作用面を有する銅製の陰極に近接させな
がら、被覆済みの円柱をECM槽内に配置した。この場
合、陰極は円柱の処理面の縁端付近に配置され、かつ両
者の間隔は0.5mmであった。電解液としては、90g/の
塩化ナトリウムを含有する水溶液を使用した。
チタン合金製の加工物を陽極として使用しながら、31
A/cm2の電流密度下でECM槽内に電流を流した。深さ0.18
〜0.25mmのくぼみを形成するのに十分な時間にわたって
電流を流し続けたが、塩素または酸素ガスの発生は認め
られなかった。対照として、被覆を施さない同じ円柱を
上記の場合と同様にして処理した。
対照実験においては、金属除去速度は7.7mg/A・minで
あった。第４図に示されるごとく、円柱はひどい点食を
受けた。本発明の実施例における金属除去速度は7.2mg/
A・minであると共に、第５図に示されるごとくに点食は
ほとんど認められなかった。62A/cm2の電流密度下にお
いても同様な結果が認められた。
同様な結果はまた、塩化パラジウムの代りに塩化ルテ
ニウム（II）を使用した場合にも得られた。なお、パラ
ジウムはECM操作の完了後に陽極処理を施してから布で
擦ることによって除去できたが、ルテニウムは除去でき
なかった。白金、ロジウムおよびイリジウムから成る被
膜もルテニウムから成る被膜の場合と同様にして形成す
ることができ、かつ臭化ナトリウム水溶液から成る電解
液中において保護目的のために役立つことが判明した。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のECM槽の主要部分を示す略図、第２およ
び３図は本発明の実施の態様を示す同様な略図、そして
第４および５図はそれぞれ従来の方法および本発明の方
法に従って得られたチタン合金製試験片の電解加工区域
を示す金属組織の写真である。 図中、101は陰極、103は絶縁被膜、105は加工物、107は
クランプ、109は絶縁被膜、111はオリフィス、113はく
ぼみ、115は欠陥、117はピット、そして202および302は
保護被膜を表わす。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−274820（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−217018（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−32196（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−62859（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−80632（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−29795（ＪＰ，Ａ) 特公 昭41−19169（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭56−42680（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも１個の陽極としての金属加工
    物、陰極、および電解液としてのアルカリ金属塩水溶液
    を含む電解槽内において前記加工物に直流電流を印加す
    ることから成る金属加工物の電界加工方法において、ル
    テニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウムおよび白
    金から成る群より選ばれた少なくとも１種の貴金属の化
    合物から成る密着性かつ導電性の保護被膜が前記電解槽
    内の少なくとも１個の陽極要素上に形成され、かつ前記
    電流が10乃至500A/cm2の範囲の電流密度で、電極間の0.
    1〜2.0mmの間隙を通して、前記加工物を加工するのに十
    分な時間にわたって印加されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】前記貴金属の塩を溶液中に溶解して成る溶
    液を前記加工物に塗布し、前記溶媒を蒸発させ、次いで
    酸化ベーキングを施すことによって前記被膜が形成され
    る請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】前記加工物以外の陽極要素がルテニウム化
    合物で被覆される請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】金属チタンおよび金属アルミニウムの少な
    くとも１者から主として成る電解加工物品において、前
    記物品のうちで加工を施さない部分のみが密着性かつ導
    電性の保護被膜で被覆され、かつ前記被膜はルテニウ
    ム、ロジウム、パラジウム、イリジウムおよび白金から
    成る群より選ばれた少なくとも１種の貴金属の化合物か
    ら成ると共に、電解加工条件で浸食を防止するために有
    効な厚さを有する請求項１に記載の方法で加工される物
    品。
JP2027349A 1989-02-13 1990-02-08 浸食を回避した電解加工 Expired - Lifetime JP2577107B2 (ja)

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