JP3262285B2 - 装飾材料工芸材料高耐蝕性材料用金類金属被覆材及びその製造方法 - Google Patents

装飾材料工芸材料高耐蝕性材料用金類金属被覆材及びその製造方法

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信雄 石井
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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】開示技術は、銅,アルミ,チタン
等の基体金属に金、又は、金合金を金類金属としてクラ
ッド等して強固な被覆材とする技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】周知の如く、近時民生用は勿論のこと、
産業用にも各種の金属製品が複数の機能を有し、優れた
性能を発揮して広く用いられるようになってきている。
【0003】而して、これらの金属製品にあっては、当
然のことながら、硬度や耐蝕性,耐摩耗性等が耐久性の
点で強く求められてはいるが、製品素材について現在ま
での技術レベルでは単一金属体でこれらの複数の機能を
満すものは現出されておらず、そのため、技術的に基体
金属に所定の性質を有する被覆金属をライニング状に結
合した所謂クラッド材等の被覆材が実用されている。
【0004】ところで、銅やアルミ等の基体金属の表面
に金、又は、金合金(以下、金類金属と略称)を被覆し
た被覆材は、当然のことながら、当該金類金属の審美的
な点から装飾材料や工芸品材料にも広く用いられている
のみならず、金類金属の優れた耐蝕性の点から苛酷な環
境等の条件下でも用いられる高耐蝕性材料としても重用
されており、更に当該金類金属の高温度下での使用に際
しても酸化しない高温特性から耐熱材料としても用いら
れ、又、金類金属の優れた電気伝導性から電気材料とし
ても各種の用途に広く用いられてもいる。
【0005】かかる金類金属被覆材製造方法としてはメ
ッキ方法,蒸着方法,スパッタリング方法,クラッド方
法等のさまざまな方法がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、該金類
金属被覆材製造についての各種の方法はいづれも基体金
属と被覆金類金属との結合性や密着性が充分と言えない
点があることから、両者の境界部の物理的,機械的強度
が製造時、或いは、製品使用中に経時的に低下し、剥離
し易いという欠点を有しており、又、基体金属の材質に
よっては金類との馴染み性が悪く、被覆が不可能であ
り、組み合わせについての基体金属の材質に限定条件を
必要とする素材組み合わせ上の欠点があった。
【0007】又、被覆材としての使用上の条件によって
は部分的な被覆が必要であることからマスキングを行う
必要性があるが、当該製品の複雑形状部分や微細形状部
分にはマスキングが不可能な場合があり、したがって、
現実には被覆材の作製には自由度が少ないという難点も
あった。
【0008】
【発明の目的】この出願の発明の目的は上述従来技術に
基づく所定の基体金属に金類金属を被覆して被覆材を得
るに、前述現実の希望条件を満たすことが出来ない問題
点を解決すべき技術的課題とし、基体金属に対する馴染
み性が良く、緻密な結合性を現出し、所定の要求条件を
満し、しかも、複雑形状の加工等が行える放電加工技術
を用いるようにして金属製品製造産業における加工技術
利用分野に益する優れた宝飾材料,工芸材料,耐蝕性材
料用の金類金属被覆材、及び、その製造方法を提供せん
とするものである。
【0009】
【発明の背景】ところで、各種の機械部品等の製造にお
いては、当該製品の形状が複雑で成形加工が著しく煩瑣
となる不具合や加工する材料が材質的に極めて成形困難
な、例えば、金型等については当業者に周知の如く放電
加工技術が用いられている。
【0010】該種放電加工のうち、ワイヤー放電加工技
術は所定の金属製の細径のワイヤーを電極として用い、
当該ワイヤー電極に所定の張力を印加した状態で被加工
物に対し相対的な移動を行いながら、被加工物とワイヤ
ー電極との間に水等の所定の加工液を介し放電を生じさ
せしめ、その際の放電エネルギーで被加工物を所定形状
に非機械的に成形加工するものである。
【0011】そして、放電加工を実施するための装置と
しての放電加工機には上述態様通りに細径のワイヤー電
極を張設状態で被加工物に相対移動させながら加工液を
介し放電を生じさせしめて成形加工するワイヤー放電加
工機が、例えば、特開昭53−186864号公報発明
や特開昭55−73869号公報発明等があり、又、同
様の原理の形彫放電加工機があるが、いづれにしてもワ
イヤー電極には銅、又は、銅合金が使われるのが一般的
態様(但し、上記特開昭55−73869号公報にはA
uが採用されてあることも記載されてはある)である。
【0012】而して、発明者はかねてよりかかる種々の
優れた点を有する放電加工、及び、その周辺技術につい
て実験や理論的分析等を試行錯誤的に様々な角度から研
究改良を行っていたものであるが、基体金属に対する他
の金類金属等の被覆について新技術を模索していたとこ
ろ、ワイヤー放電加工時の放電現象によりワイヤー電極
から放電転移を介し基体金属の界面に被覆現象が生じる
ことを慎重を期する反復実験、及び、そのデータ分析か
ら確認し、又、放電現象であることからワイヤー電極材
と該基体金属の界面に相互に亘る拡散を伴った強固な結
合が存在する事実を確認し、更に、放電現象によって得
られる被覆層の厚さはワイヤー放電加工条件を変化させ
ることによって所望に変え得ることも確認された。
【0013】そして、充分な注意を払った複数回の慎重
な実験により上述確認事実が金類金属を所定の基体金属
に被覆することにおいても充分に適用出来ることも確認
された。
【0014】即ち、ワイヤー放電加工において、ワイヤ
ー電極を金、又は、金合金の金類金属製に特定すること
が出来、金類金属の被覆層の厚さは放電加工条件を変え
ることによって所望に得られることが確認されたもので
ある。
【0015】而して、ワイヤー電極の電極の金類金属が
放電加工に際し、基体金属表面に放電拡散して拡散層を
形成し、該拡散層は通常一般に行われている熱拡散とは
形態を異にし、用いる電極材の材質からの拡散層と基体
金属との結合性が良く、又、耐蝕性も良く、そのため、
在来態様の拡散層(或いは、合金層)に見られるような
脆弱さや耐蝕性に劣るといったマイナスの特性は何ら示
さず、基体金属に対し極めて接着性に優れ、耐蝕性に富
む金類金属の拡散層を生み出すことが出来ることも知見
された。
【0016】そして、ワイヤー放電加工によって生ずる
基体金属表面の被覆層はワイヤー放電加工時の放電現象
により金類金属製のワイヤー電極からの放電転移を介し
て生じたミクロ的拡散を伴うものであり、成形された拡
散層は基体金属と金類金属製のワイヤー電極金属との混
合層であり精密で極めて耐蝕性の高い合金層であること
も知見された。
【0017】
【課題を解決するための手段・作用】上述目的に沿い先
述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は、前述課題を解決するために、所定の基体金属に金類
金属を被覆し所望通りの成形加工を行うに際し、既に開
発され充分に実用に耐えるように研究されている放電加
工技術を用い、当該放電加工において用いるワイヤー電
極に金類金属の線材を用い、該線材に設定張力を印加
し、加工液を介し所定の電流,電圧,送り速度等の放電
加工条件のもとに放電加工を行い、該ワイヤー電極と基
体金属との間に放電現象を生じさせ、放電転移を介しミ
クロ拡散により界面に緻密で強固な金類金属の結合層を
形成させ、その際、放電加工条件を変えることにより、
当該金類金属の被覆層の厚さを設計通りに所望に変える
ことが出来るようにして高耐蝕性を有し、電気伝導性も
良く、耐熱性も良好な金類金属被覆材を基体金属との界
面の間に得ることが出来るようにした技術的手段を講じ
たものである。
【0018】
【実施例】次に、この出願の発明の実施例を図面を参照
して説明すれば以下の通りである。
【0019】使用する放電加工機は通常一般のワイヤー
放電加工機で良く、又、金類金属製の電極ワイヤーは在
来技術の周知の溶解加工技術を用いて作製し、具体的に
はアーク溶解、又は、プラズマ溶解を用いて素材金属を
溶解後、鍛造熱処理,伸線加工により直径0.2mm,
長さ3000mの所定形状,長さの線材を作製し、一
方、基体金属としてはこれまた周知の在来技術である溶
解加工技術を用いて作製された金属を幅50mm,長さ
50mm,厚さ10mmに加工された金属ピースにして
用い、この際、基体金属の形状,材質は任意に選定可能
であって、金類金属の被覆層の特性には変化がないもの
とされるものである。
【0020】而して、ワイヤー放電加工条件はそれぞれ
の条件変化の範囲を、パルス幅を0.15〜1.85μ
s,パルス休止時間を2〜16μs,電流波高値を4.
5〜70A,無負荷電圧を30〜100V,ワイヤー送
り速度を5〜15m/min,ワイヤー張力を0.1〜
0.5kgf,被覆加工速度を0.1〜2mm/min
として基体金属表面に電極金属である金類金属が強固に
拡散を伴った拡散層として形成される。
【0021】上述の如くして作製された所定の金類金属
の被覆材に対し一般の蛍光X線膜厚計を用い、続いて、
該金類金属の被覆層の厚さを測定し、又、併せて同様一
般のX線回折装置を用い金類金属の被覆材の材質検査を
行い、最後に金類金属の被覆材剥離試験による剥離強度
試験を行った結果、装飾材料,工芸材料,高耐蝕性材
料,電気材料、そして、耐熱材料として必要不可欠な物
理的,機械的特性を満足する金類金属の被覆材であるこ
とが確認された。
【0022】尚、当該金類金属の被覆材の製造に際して
用いた金、又は、金合金の使用済みのワイヤー分は所定
に再加工して再利用が可能であり、又、加工中に飛散し
たワイヤー電極材も全て回収することが出来、経済的に
極めてメリットがあることが確認された。
【0023】次に、上述実施例に則す実験例について基
体金属、及び、金類金属製ワイヤー電極の材質、そし
て、ワイヤー放電加工条件について次の表1に示し、
又、作製された金類金属被覆材の被覆層厚さ、及び、該
金類金属の被覆材の剥離試験の結果を表2に示す。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】 そして、加工面のX線回折結果を横軸に、X線の入射角
度2θ,縦軸にX線の強度(cps)の図1、乃至、図
7の各々は後述する実験例の番号と図番が整合して対応
的に示されているものである。
【0026】当該X線回折結果から基体金属が金、又
は、金合金に対し金類金属により充分に被覆されている
ことが確認される。
【0027】即ち、実験例番号1は銅の基体金属に5ミ
クロンの金合金被覆層の厚さを得る理想的なワイヤー放
電加工条件を示したものであって、パルス幅を0.3μ
s,パルス休止時間を8.0μs,電流波高値を30
A,無負荷電圧を70V,金類金属製のワイヤー送り速
度を7.0m/min,同じく金類金属製のワイヤー張
力を0.2kgf,被覆加工速度を1.0mm/min
にすることにより、当該銅の基体金属表面に金合金を強
固に拡散を伴った金類金属の被覆層を形成することが出
来たものである。
【0028】そして、上述表1,2の各実験例でも明ら
かなように、金類金属の被覆層の厚さは金類金属のワイ
ヤー放電加工条件を変えることにより任意に設定するこ
とが可能であることが分る。
【0029】又、表2の結果から基体金属に対する金類
金属の被覆層の結合強度が在来態様のメッキ処理による
被覆層よりも強固なものであることが分る。
【0030】
【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、基体的
に基体金属に他の金類金属を被覆層として被覆する技術
と金属素材を複雑形状等に成形加工する放電加工技術の
相互に全く異なる技術分野の技術を用い、当該放電加工
における放電現象によるミクロ的拡散を介しての金類金
属製のワイヤー電極金属の金類金属の基体金属に対する
金類金属の被覆層の精密で強固な結合を生じさせしめ、
装飾材料や工芸材料,耐蝕性材料,耐熱材料,電気材料
等として最終金属製品の目的,機能を全て設計通りに発
揮させることが出来る金類金属の被覆材を得ることが出
来るという優れた効果が奏される。
【0031】又、基体金属の限定条件がなくなり、被覆
層の金類金属との馴染み性が良くなり、したがって、該
基体金属が被覆層の金類金属を極めて精密に結合させる
ことが出来、該被覆層の剥離の可能性を抑制し、最終製
品に対する信頼性を高めることが出来るという効果があ
る。
【0032】而して、金類金属の被覆の製造方法にあっ
ては、ワイヤー放電加工による複雑形状の加工が容易に
なされ、又、マスキングの必要性がなく、部分的被覆も
可能であり、しかも、放電加工条件を変えることにより
金類金属の被覆層の所望厚さの形成が出来るという優れ
た効果が奏される。
【0033】したがって、製造に自由度が与えられるこ
とになり設計にも柔軟性が付与されるという効果もあ
る。
【0034】そして、ワイヤー放電加工による金類金属
の被覆層は放電現象によるミクロ拡散であることから、
金類金属の被覆層が極めて緻密に形成されて基体金属と
結合させることが出来るという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に則す第1実験例のX線回折結果の特性
グラフ図である。
【図2】実施例に則す第2実験例のX線回折結果の特性
グラフ図である。
【図3】実施例に則す第3実験例のX線回折結果の特性
グラフ図である。
【図4】実施例に則す第4実験例のX線回折結果の特性
グラフ図である。
【図5】実施例に則す第5実験例のX線回折結果の特性
グラフ図である。
【図6】実施例に則す第6実験例のX線回折結果の特性
グラフ図である。
【図7】実施例に則す第7実験例のX線回折結果の特性
グラフ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山 和明 埼玉県草加市青柳2丁目12番30号 石福 金属興業株式会社 草加第一工場内 (56)参考文献 特開 昭55−73869(JP,A) 特開 昭63−186864(JP,A) 特開 昭64−42666(JP,A) 特公 昭56−9258(JP,B2) 特公 昭55−24503(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23H 9/00 B23H 7/08 C23C 26/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基体金属を成形加工し金又は金合金の金
    類金属を被覆した装飾材料工芸材料高耐蝕性材料用金類
    金属被覆材において、上記成形加工が金類金属製の電極
    ワイヤーを介しての放電加工により行われて被覆材にミ
    クロ的拡散を用いた強固な結合層が形成されていること
    特徴とする装飾材料工芸材料高耐蝕性材料用金類金属
    被覆材。
  2. 【請求項2】基体金属を成形加工して金又は金合金の金
    類金属を被覆する金類金属被覆材の製造方法において、
    上記電極ワイヤーが金又は金合金の金類金属製とされ
    金又は白金の素材金類金属をアーク溶解、プラズマ溶解
    による該素材金類金属の溶解後鍛造熱処理して、伸線加
    工を介し所定径、長さの線材に形成した、放電加工用の
    電極ワイヤーとして基体金属に対し張設し、上記電極ワ
    イヤーからの放電現象により、該電極ワイヤーから放電
    転移によるミクロ的拡散を伴う放電加工を基体金属に対
    して行い、該基体金属の表面に強固な被覆材を形成する
    ようにすることを特徴とする装飾材料工芸材料高耐蝕性
    材料用金類金属被覆材の製造方法。
  3. 【請求項3】上記放電加工を行うに際しワイヤー放電加
    工条件を金類金属の被覆金類金属の被覆厚さに応じて変
    えるようにすることを特徴とする特許請求の範囲第2項
    の記載の装飾材料工芸材料高耐蝕性材料用金類金属被覆
    材の製造方法。
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CA2484285C (en) 2002-09-24 2012-10-02 Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. Method for coating sliding surface of high temperature member, and high-temperature member and electrode for electric-discharge surface treatment
US9284647B2 (en) 2002-09-24 2016-03-15 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method for coating sliding surface of high-temperature member, high-temperature member and electrode for electro-discharge surface treatment
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