JP3852580B2

JP3852580B2 - 放電表面処理用電極及びその製造方法

Info

Publication number: JP3852580B2
Application number: JP2001510616A
Authority: JP
Inventors: 昭弘後藤; 俊夫毛呂
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2019-07-16

Description

技術分野
この発明は、電極と被処理材料との間に放電を発生させ、そのエネルギにより、被処理材料表面に電極材料からなる硬質被膜あるいは電極材料が放電エネルギにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する、放電表面処理作業に用いる放電表面処理用電極及びその製造方法の改良に関するものである。
背景技術
従来、被処理材料表面に硬質被膜を形成して、耐食性、耐磨耗性を付与する技術としては、例えば、日本国特開平５−１４８６１５号公報に開示された放電表面処理方法がある。この技術は、WC（タングステンカーバイド）粉末とCo（コバルト）粉末を混合して圧縮成形してなる圧粉体電極を使用して１次加工（堆積加工）を行い、次に銅電極等の比較的電極消耗の少ない電極に交換して２次加工（再溶融加工）を行う、２つの工程からなる金属材料の放電表面処理方法である。この方法は、鋼材に対しては強固な密着力をもった硬質被膜を形成できるが、超硬合金のような焼結材料に対しては強固な密着力をもった硬質被膜を形成することは困難である。
しかし、我々の研究によると、Ti（チタン）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、再溶融の過程なしに強固な硬質被膜を被処理材料である金属表面に形成できることがわかっている。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が反応してTiC（炭化チタン）が生成することによるものである。また、TiH２（水素化チタン）等の金属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、Ti等の材料を使用する場合よりも、迅速にかつ密着性が高い硬質被膜を形成できることがわかっている。さらに、TiH_２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被膜を素早く形成することができることがわっている。
このような方法については、例えば、日本国特開平９−１９２９３７号公報に開示されており、このような放電表面処理に用いる装置の構成例を第３図により説明する。図において、１はTiH_２粉末を圧縮成形してなる圧粉体電極、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に印加する電圧及び電流のスイッチングを行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は形成された硬質被膜である。このような構成により、圧粉体電極１と被処理材料２との間に放電を発生させることにより、放電エネルギにより、鉄鋼、超硬合金等の被処理材料２の表面に強固な密着力をもった硬質被膜９を形成することができる。
このような放電表面処理に用いる電極としては、ある程度の強度がないと取り扱いが困難であると共に、放電表面処理の際に放電エネルギにより電極が過度に崩れすぎ、電極材料が被処理材料の表面に溶融した状態で付着できないという問題がある。また、電極の強度が高く、電極が固まりすぎている場合には、放電表面処理の際に放電エネルギにより電極が崩れにくく、処理効率が低下するという問題がある。したがって、放電表面処理用電極には、適度な強度及び崩れやすさが要求される。このような特性をもった材料として、金属水素化物が挙げられるが、水に触れると自然発火する危険があるため、安全面での問題がある。したがって、金属水素化物を電極材料に含む実用的な放電表面処理用電極を得ることはできなかった。
発明の開示
この発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、放電表面処理の処理効率の向上が図れ、安全性に優れると共に製造コストを低減できる、実用的な放電表面処理用電極及びその製造方法を得ることを目的とする。
第１の発明に係る放電表面処理用電極は、圧縮成形後に加熱処理された、少なくとも TiC 粉末と粒径 10 μｍ以下の Ti 粉末とからなるものである。
第２の発明に係る放電表面処理用電極の製造方法は、電極と被処理材料との間に放電を発生させ、そのエネルギにより、前記被処理材料表面に硬質被膜を形成する放電表面処理に用いる放電表面処理用電極の製造方法において、少なくとも金属炭化物の粉末と金属水素化物の粉末とを混合し、圧縮成形後に加熱処理を行い、前記金属水素化物中の水素を放出させて前記放電表面処理用電極を製造するものである。
第３の発明に係る放電表面処理用電極の製造方法は、第２の発明において、前記金属炭化物が炭化チタンであり、前記金属水素化物が水素化チタンであるものである。
第４の発明に係る放電表面処理用電極の製造方法は、第２の発明において、前記金属炭化物の粉末と前記金属水素化物の粉末との混合比を、所期の電極強度及び崩れやすさに合わせて設定するものである。
この発明は前記のように構成されているため、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明に係る放電表面処理用電極は、安価かつ安全性に優れるという効果がある。また、この放電表面処理用電極を用いた放電表面処理において、被処理材料に良好な硬質被膜を形成できると共に処理効率を向上することができるという効果がある。
第２の発明及び第３の発明に係る放電表面処理用電極の製造方法は、安価かつ安全性に優れる放電表面処理用電極を安定供給することができるという効果がある。また、この製造方法により製造した放電表面処理用電極を用いた放電表面処理において、被処理材料に良好な硬質被膜を形成できると共に処理効率を向上することができるという効果がある。
第４の発明に係る放電表面処理用電極の製造方法は、第２の発明と同様の効果を奏すると共に、所期の放電表面処理特性に適した電極の強度及び崩れやすさをもつ放電表面処理用電極を製造することができ、この放電表面処理用電極を用いた放電表面処理において、被処理材料の特性に合わせた良好な硬質被膜を形成できるという効果がある。
発明を実施するための最良の形態
背景技術において示したように、放電表面処理用電極には適度な強度及び崩れやすさが要求され、このような特性をもった材料である金属水素化物には安全面での問題がある。したがって、金属水素化物と同様の放電表面処理用電極に適した強度及び崩れやすさをもち、かつ、安全面での問題がない材料からなる電極を製造する必要がある。この目的で、各種の材料について行った実験により、粉末を圧縮成形した圧粉体電極の強度は、粉末の硬度と密接な関係があることがわかった。すなわち、粉末が高硬度である場合、例えば、金属炭化物等である場合には、圧縮成形しても粉末の形状が変わりにくいため、成形が困難か、あるいは、成形ができても脆くなる性質がある。また、粉末が低硬度である場合、例えば、金属単体の粉末等である場合には、圧縮成形すると粉末が容易に変形するため、強く固まる性質がある。
したがって、硬度の異なる粉末を所定の混合比で混合し圧縮成形することにより、所期の強度及び崩れやすさをもつ放電表面処理用電極を得ることができることがわかった。
次に、一例として、硬度の異なる粉末として、金属炭化物（高硬度）であるTiC粉末と金属単体（低硬度）であるTi粉末を混合し、圧縮成形して電極を製造する場合について説明する。放電表面処理用電極としては、放電表面処理における放電特性を良好にするために、その電極材料粉末の粒径を１０μｍ程度以下にする必要があるが、Tiが粘りのある材料であるため、Ti粉末の粒径を小さくすることは困難である。すなわち、粉末を粉砕するためには、通常、円筒容器内に粉末とセラミックスのボールを入れて回転させるボールミルという装置が用いられるが、このような装置を使用しても、Ti粉末の場合には、Tiが粘りのある材料であるため、粉末の変形は生じるが、粉末の微細化はあまり進まないためである。したがって、電極材料がTi粉末の場合においては、放電表面処理用電極に適した電極材料粉末の粒径の微細化に極めて高い製造コストが必要となるため、実用的な放電表面処理用電極を得ることができない。
以上より、放電表面処理用電極に所期の強度及び崩れやすさを付与するために硬度の異なる粉末を所定の混合比で混合することと共に、これら粉末の粒径の微細化を実用的な製造コストで行うことができる、電極材料の選定が重要である。
このような観点により選定された電極材料を使用した、この発明に係る放電表面処理用電極及びその製造方法の説明図を第１図に示す。図において、１０はこの発明に係る放電表面処理用電極、１１は金属炭化物粉末であるTiC粉末、１２は金属水素化物粉末であるTiH_２粉末、１３は金属単体粉末であるTi粉末である。また、第２図は、この発明に係る放電表面処理用電極を使用して構成した放電表面処理装置の一例であり、図において、２は被処理材料、３は加工槽、４は加工液、５は極間に印加する電圧及び電流のスイッチングを行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、１０はこの発明に係る放電表面処理用電極、１４は被処理材料２に形成された硬質被膜である。このような構成により、放電表面処理用電極１０と被処理材料２との間に放電を発生させることにより、放電エネルギにより、被処理材料２の表面に強固な密着力をもった硬質被膜１４を形成することができる。
第１図の（ａ）において、TiC粉末１１が高硬度の材料であり、TiH_２粉末１２が低硬度の材料である。前記のように、これらの粉末の混合比により、電極の強度及び崩れやすさを調整することができる。実験により、TiC粉末１１とTiH_２粉末１２の混合比が１：９から９：１程度の範囲で圧縮成形が可能であり、TiH_２粉末１２の混合比が増えるに従い、圧粉体の強度が増すことがわかっている。したがって、この金属炭化物粉末と金属水素化物粉末との混合比を変えることにより、圧粉体の強度を変えることができ、ひいては電極強度及び崩れやすさを変えることができる。
また、圧縮成形は、前記の電極材料である混合粉末を金型に入れてプレス等により圧力をかけて行うことができる。
このように、金属炭化物粉末であるTiC粉末１１と金属水素化物粉末であるTiH_２粉末１２により圧粉体を形成することにより、粒径を小さく（１μｍ〜３μｍ以下）することが容易となる。これは、TiCは工業的に微細な粉末を製造することが容易であり、また、TiH_２は極めて容易に粉砕することが可能であるためである。例えば、粒径の小さなTiC粉末と粒径の大きなTiH_２粉末を混合して、前記のボールミルにより粉末の粉砕処理を行うと、TiH_２粉末は微細化され、粒径の小さなTiC及びTiH_２の混合粉末を得ることができる。
このようにして、容易に小さな粒径の粉末を形成できるため粉末製造コストを低減することができる。
しかし、この状態のままでは、放電表面処理用電極として使用するには強度が低く壊れやすい。また、水素化チタンを含むことにより自然発火の危険性もある。そこで、TiC粉末とTiH_２粉末とを所定の混合比で混合し、圧縮成形してなる圧粉体（第１図の（ａ））を加熱処理し、TiH_２を分解し水素を放出させ金属Tiとすることにより、適度な強度及び崩れやすさ並びに安全性をもった実用的な放電表面処理用電極１０（第１図の（ｂ））を得ることができる。
前記の加熱処理は、第１図の（ａ）の圧粉体を、例えば、電気炉中にて高周波加熱することにより行うことができる。
このような製造方法により、放電表面処理の処理効率の向上が図れ、安全性に優れると共に、安価な放電表面処理用電極を安定供給することができる。
以上の説明では、金属炭化物粉末としてTiC粉末を、金属水素化物粉末としてTiH_２粉末を使用する場合について示したが、他の金属炭化物粉末及び金属水素化物粉末を使用しても同様の効果を奏する。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明に係る放電表面処理用電極は、放電表面処理作業に用いられるのに適している。また、この発明に係る放電表面処理用電極の製造方法は、前記放電表面処理用電極の製造に適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明に係る放電表面処理用電極及びその製造方法を示す説明図である。
第２図は、この発明に係る放電表面処理用電極を用いた放電表面処理装置の構成例を示す説明図である。
第３図は、従来の放電表面処理用電極を用いた放電表面処理装置の構成例を示す説明図である。

Claims

電極と被処理材料との間に放電を発生させ、そのエネルギにより、前記被処理材料表面に硬質被膜を形成する放電表面処理に用いる放電表面処理用電極において、
圧縮成形後に加熱処理された、少なくとも TiC 粉末と粒径 10 μｍ以下の Ti 粉末とからなる放電表面処理用電極。
電極と被処理材料との間に放電を発生させ、そのエネルギにより、前記被処理材料表面に硬質被膜を形成する放電表面処理に用いる放電表面処理用電極の製造方法において、
少なくとも金属炭化物の粉末と金属水素化物の粉末とを混合し、圧縮形成後に加熱処理を行い、前記金属水素化物中の水素を放出させて前記放電表面処理用電極を製造することを特徴とする放電表面処理用電極の製造方法。
前記金属炭化物が炭化チタンであり、前記金属水素化物が水素化チタン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の製造方法。
前記金属炭化物の粉末と前記金属水素化物の粉末との混合比を、所期の電極強度及び崩れやすさに合わせて設定す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の製造方法。