JP3595263B2 - 放電表面処理方法およびその方法を実施する装置並びに電極 - Google Patents
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Description
この発明は、電極と被処理材料間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理方法およびその方法を実施する装置並びに電極の改良に関するものである。
背景技術
液中放電によって金属材料の表面をコーティングして、耐食性、耐磨耗性を与える技術は既に公知となっており、その技術の骨子は次のとおりである。即ち、タングステンカーバイドWCとコバルトCoの粉末を混合して圧縮成形した電極で液中放電を行うことにより、電極材料を被処理材料に堆積させ、その後、銅電極、グラファイト電極等の別の電極によって、再溶融放電加工を行って、より高い硬度と高い密着力を得るものである。
以下、前記従来技術について第5図を用いて説明する。タングステンカーバイド−コバルトWC−Coの混合圧粉体電極を用いて、被処理材料(母材S50C)に液中で放電加工を行い、タングステンカーバイド−コバルトWC−Coを堆積させる(1次加工)。次いで銅電極のようなそれほど消耗しない電極によって再溶融加工(2次加工)を行う。1次加工の堆積のままでは、組織は硬度もビッカース硬度Hv=1410程度であり、また空洞も多かったが、2次加工の再溶融加工によって被覆層の空洞が無くなり、硬度もHv=1750と向上している。
この方法は鋼材に対しては硬く、しかも密着度のよい被覆層が得られるが、超硬合金のような焼結材料の表面には強固な密着力を持った被覆層を形成することは困難である。
しかし、本発明者等の研究によると、チタンTi等の硬質炭化物を形成する材料を電極として、被処理材料である金属材料との間に放電を発生させると、再溶融加工の過程なしに強固な硬質膜を被処理材料である金属表面に形成できることが判明した。これは、放電により消耗した電極材料と加工液中の成分である炭素Cが反応して炭化チタンTiCが生成することによるものであると理解される。また、さらに、水素化チタンTiH2など、金属の水素化物の圧粉体電極により、被処理材料である金属材料との間に放電を発生させると、チタンTi等の材料を使用する場合よりも、速く、かつ密着性よく硬質膜を形成できることが判明した。さらに、水素化チタンTiH2等の水素化物に他の金属やセラミックスを混合した圧粉体電極により、被処理材料である金属材料との間に放電を発生させると硬度、耐磨耗性等様々な性質をもった硬質皮膜を素早く形成できることがわかっている。この方法については、日本国特開平9−192937号公報に開示されている。
前記従来の放電表面処理方法は、電極材質と、加工液中成分が放電による熱で分解してできた炭素Cとが反応して硬質の炭化物の被膜を被処理材料に形成するというものである。しかし、この方法は、供給される炭素Cの量に限度があり、被膜の硬度が十分上昇しないという問題があった。
発明の開示
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、被処理材料に形成される硬質被膜の硬度をより高くする放電表面処理方法およびその方法を実施する装置並びに電極を提供することを目的とする。
また、火災の心配のない水を使用する放電表面処理方法およびその方法を実施する装置並びに電極を提供することを目的とする。
この目的を達成するために、第1の発明にかかる放電表面処理方法は、金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体電極、もしくは、金属電極を電極として、電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理方法において、前記電極材料に炭素あるいは黒鉛の粉末あるいは放電の熱エネルギーにより炭素を発生させる物質を混合した電極を使用することを特徴とするものである。
また、第2の発明にかかる放電表面処理用電極は、電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理装置において、上記電極を、金属あるいは金属の化合物、あるいは、セラミックスの粉末に炭素あるいは黒鉛の粉末あるいは放電エネルギーにより炭素を発生させる物質を混合したもので構成したことを特徴とするものである。
また、第3の発明にかかる放電表面処理方法は、金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体電極、もしくは、金属電極を電極として、電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理方法において、金属材料に炭素あるいは黒鉛あるいは放電エネルギーにより炭素を発生させる物質を混入した電極を使用することを特徴とするものである。
また、第4の発明にかかる放電表面処理方法は、電極の材質が、チタン粉末、あるいは、チタンの化合物であることを特徴とするものである。
また、第5の発明にかかる放電表面処理用電極は、電極の材質が、チタン粉末、あるいは、チタンの化合物であることを特徴とするものである。
また、第6の発明にかかる放電表面処理方法は、金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体電極、もしくは、金属電極を電極として、電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理装置において、金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末に炭素あるいは黒鉛の粉末あるいは放電エネルギーにより炭素を発生させる物質を混合して成形した電極と、前記電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させる電源装置と、前記電極と被処理材料との間に加工液である水を供給する加工液供給手段とを有することを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の第1の実施形態を説明する図である。
第2図は、この発明の第2の実施形態を説明する図である。
第3図は、この発明の第3の実施形態を説明する図である。
第4図は、この発明の第4の実施形態を説明する図である。
第5図は、従来例を示す説明図である。
発明を実施するための最良の形態
次に、この発明について、以下のとおり、実施例を説明する。
実施例1.
図1はこの発明の第1の実施の形態の放電表面処理装置の概念を示す構成図である。
図において、1は水素化チタンTiH 2+グラファイトGrの圧粉体電極、2は被処理材料、3は加工槽、4は加工液、5は圧粉体電極1と被処理材料2に印加する電圧および電流のスイッチングを行なうスイッチング素子、6はスイッチング素子5のオン・オフを制御する制御回路、7は電源、8は抵抗器、9は被処理材料2に形成された硬質被膜である。
次に、本実施の形態の放電表面処理装置による表面処理方法について詳述する。
圧粉体電極1と被処理材料2を適切な間隙(10μm〜数10μm)に制御しつつ(位置制御のための駆動系については図示しない)、圧粉体電極1と被処理材料2の間にパルス状の放電を発生させる。すると放電エネルギーにより圧粉体電極1が消耗し、加工液中の成分である炭素Cと電極中の成分であるチタンTiが反応して、硬質の炭化チタンTiCとなり、被処理材料2に付着し硬質被膜9を形成する。この際、電極中にグラファイトGr粉末(黒鉛粉末)など、炭素系の粉末を混合することにより、チタンTiと反応する炭素を多量に供給することができ、未反応のチタンTiを残すことなく、完全な炭化チタンTiC被膜とすることができる。第1図のように、チタンTi系の粉末として水素化チタンTiH2を使用した場合、水素化チタンTiH2のみの圧粉体電極で処理を行なった場合の被膜の硬度は、ビッカース硬度1500HV程度であるが、これにグラファイト粉末を加えたときの硬度は、約3000HVとなり、炭化チタンTiCの硬度とほぼ同等の極めて硬い被膜とすることができる。
電極に他の材料を混合した場合にも、グラファイト粉末を加えることにより硬度を高める効果は同様に認められる。
実施例2.
第2図は、この発明の第2の実施の形態を示す放電表面処理用電極の概念を示す構成図である。
図において、11は水素化チタンTiH2の粉末、12はエポキシ系の接着剤など放電エネルギーにより炭素を発生する材料である。
次に、本実施の形態の放電表面処理電極による表面処理方法について詳述する。
圧粉体電極10と被処理材料を適切な間隙(10μm〜数10μm)に制御しつつ(位置制御のための駆動系については図示しない)、圧粉体電極10と被処理材料の間にパルス状の放電を発生させる。すると放電エネルギーにより圧粉体電極10が消耗する。この際に加工液中の成分である炭素と電極中の成分であるチタンTiが反応して、硬質の炭化チタンTiCとなり、被処理材料に付着し硬質被膜を形成する。しかし、電極中のチタンTiは完全には炭化チタンTiCになることはできない。これは、電極から放出されるチタンTiの量に比べて加工液中から供給される炭素量が少ないためである。そのため、電極中に炭素の供給源として放電エネルギーにより炭素を発生する材料、例えばエポキシ系接着剤12を混合する。エポキシ系接着剤などの物質は、炭素原子C、水素原子H、酸素原子Oなどからなる物質である。放電エネルギーにより分解され、水素原子は主に水H2Oあるいは水素ガスH2に、酸素原子は水H2O、二酸化炭素CO2に、炭素原子は二酸化炭素CO2、炭素Cになる。ここで生成した炭素Cが電極中のチタンTiが炭化チタンTiCに反応する際に使われ、硬質被膜を形成するのに役立つ。
電極に他の材料を混合した場合にも、エポキシ系接着剤など放電エネルギーにより炭素を発生する材料を加えることにより被膜硬度を高める効果は同様に認められる。また、パラフィンなどを電極に混合することも同様の効果があり、さらに、電極をしっかりと成形できるという効果もある。
実施例3.
第3図はこの発明の第3の実施の形態の放電表面処理装置の概念を示す構成図である。
図において、301は水素化チタンTiH 2+グラファイトGrの圧粉体電極、302は被処理材料、303は加工槽、304は加工液である水、305は圧粉体電極301と被処理材料302に印加する電圧および電流のスイッチングを行なうスイッチング素子、306はスイッチング素子305のオン・オフを制御する制御回路、307は電源、308は抵抗器、309は被処理材料302に形成された硬質被膜である。
次に、本実施の形態の放電表面処理装置による表面処理方法について詳述する。
圧粉体電極301と被処理材料302を適切な間隙(10μm〜数10μm)に制御しつつ(位置制御のための駆動系については図示しない)、圧粉体電極301と被処理材料302の間にパルス状の放電を発生させる。すると放電エネルギーにより圧粉体電極301が消耗し、同時に電極中の炭素(グラファイト)Cと水素化チタンTiH2が分解したチタンTiとが反応して硬質の炭化チタンTiCとなり、被処理材料302に付着し硬質被膜309を形成する。
従来の放電表面処理の方法は、電極材質と、加工液中成分が放電による熱で分解してできた炭素Cとが反応して硬質の炭化物の被膜を被処理材料に形成するというものである。しかし、この方法では、加工液として油を使用する必要があり火災の可能性があるために使用方法に制限がくわえられることがあった。そこで、電極材質に炭素系の材料を混合させることにより電極内部で金属と炭素を反応させることにより加工液を水としても硬質炭化物被膜を形成することが可能である。
実施例4.
第4図はこの発明の第4の実施の形態の放電表面処理用電極の概念を示す構成図で、リニアガイドに対して処理を行う様子を示している。
図において、411は水素化チタンTiH 2+グラファイトGrの圧粉体電極、412は被処理材料であるリニアガイド、413は加工液である水を放出するためのノズル、414は加工液である水、415は圧粉体電極411と被処理材料412に印加する電圧および電流のスイッチングを行なうスイッチング素子、416はスイッチング素子415のオン・オフを制御する制御回路、417は電源、418は抵抗器、419はリニアガイド412に形成された硬質被膜である。
次に、本実施の形態の放電表面処理電極による表面処理方法について詳述する。
圧粉体電極411とリニアガイド412を適切な間隙(10μm〜数10μm)に制御しつつ(位置制御のための駆動系については図示しない)、加工液である水414を吹きかけながら圧粉体電極411とリニアガイド412の間にパルス状の放電を発生させる。すると放電エネルギーにより圧粉体電極411が消耗しながら炭素と反応し炭化物となってリニアガイド412の表面に硬質膜が形成できる。従来の放電表面処理の方法は、電極材質と、加工液中成分が放電による熱で分解してできた炭素Cとが反応して硬質の炭化物の被膜を被処理材料に形成するというものである。しかし、この方法では、加工液として油を使用する必要があり火災の可能性があるために使用方法に制限が加えられることがあった。そこで、電極材質に炭素系の材料を混合させることにより電極内部で金属と炭素を反応させることにより加工液を水としても硬質炭化物被膜を形成することが可能である。本実施例の場合は、従来では不可能であった加工液の吹きかけ加工が可能になっている。
以上のように、第1の発明に係る放電表面処理方法によれば、被処理材料表面に硬質な被膜を形成することができる。
また、第2の発明に係る放電表面処理用電極は、放電表面処理に使用することにより被処理材料表面に硬質な被膜を形成することができる。
また、第3の発明に係る放電表面処理方法は、被処理材料表面に硬質な被膜を形成することができる。
また、第4の発明に係る放電表面処理方法は、被処理材料表面に硬質な被膜を形成することができる。
また、第5の発明に係る放電表面処理用電極は、放電表面処理に使用することにより被処理材料表面に硬質な被膜を形成することができる。
また、第6の発明に係る放電表面処理方法は、被処理材料表面に硬質な被膜を形成することができる。
また、第7の発明に係る放電表面処理装置は、火災の心配をなくした上で、被処理材料表面に硬質な被膜を形成することができる。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明によれば、被処理材料に形成される硬質被膜の硬度をより高くする放電表面処理方法およびその方法を実施する装置並びに電極を提供できる。
また、火災の心配のない水を使用する放電表面処理方法およびその方法を実施する装置並びに電極を提供できる。
Claims (7)
- 金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体電極を電極として、加工液中において電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理方法において、
前記電極材料に炭素あるいは黒鉛の粉末あるいは放電エネルギーにより炭素を発生させる物質を混合した電極を使用することを特徴とする放電表面処理方法。 - 加工液中において電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理装置において、
上記電極を、金属あるいは金属の化合物、あるいは、セラミックスの粉末に、炭素あるいは黒鉛の粉末あるいは放電エネルギーにより炭素を発生させる物質を混合したもので構成したことを特徴とする放電表面処理用電極。 - 金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体電極を電極として、加工液中において電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギーにより、前記被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理方法において、
金属材料に炭素あるいは黒鉛あるいは放電の熱エネルギーにより炭素を発生させる物質を混入した電極を使用することを特徴とする放電表面処理方法。 - 電極の材質が、チタン粉末、あるいは、チタンの化合物であることを特徴とする請求項1あるいは3に記載の放電表面処理方法。
- 電極の材質が、チタン粉末、あるいは、チタンの化合物であることを特徴とする請求項2に記載の放電表面処理用電極。
- 金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体電極を電極として、加工液中において電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理方法において、
前記電極材料に炭素あるいは黒鉛の粉末あるいは放電エネルギーにより炭素を発生させる物質を混合した電極を使用し、加工液に水を使用することを特徴とする放電表面処理方法。 - 金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体電極を電極として、加工液中において電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理装置において、
金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末に、炭素あるいは黒鉛の粉末あるいは放電エネルギーにより炭素を発生させる物質を混合して成形した電極と、
前記電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させる電源装置と、
前記電極と被処理材料との間に加工液である水を供給する加工液供給手段と
を有することを特徴とする放電表面処理装置。
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