JP3857625B2 - 放電表面処理用電極および放電表面処理方法 - Google Patents
放電表面処理用電極および放電表面処理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3857625B2 JP3857625B2 JP2002220972A JP2002220972A JP3857625B2 JP 3857625 B2 JP3857625 B2 JP 3857625B2 JP 2002220972 A JP2002220972 A JP 2002220972A JP 2002220972 A JP2002220972 A JP 2002220972A JP 3857625 B2 JP3857625 B2 JP 3857625B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- discharge
- surface treatment
- workpiece
- alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属、金属の化合物、およびセラミックスの少なくとも一つを電極材料に持つ電極とワークとの間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギにより電極材料の被膜をワーク表面に形成しあるいは放電エネルギにより電極材料が反応した物質の被膜をワーク表面に形成する放電表面処理用電極および放電表面処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液中放電加工法によって金属材料の表面をコーティングして、耐食性、耐磨耗性を高める技術は、既に公知である。その技術の一例としては、次のようなものがある。
【0003】
例えば、特開平5−148615号公報では、WC(タングステンカーバイド)とCoの粉末を混合して圧縮成形した電極で液中パルス放電を行うことによりこの電極材料をワークに堆積させ、この後、別の電極(例えば、銅電極、グラファイト電極)によって、再溶融放電加工を行い、より高い硬度と高い密着力を得る方法が開示される。すなわち、WC−Coの混合圧粉体電極を用いて、ワーク(母材S50C)に液中で放電加工を行い、WC−Coをワークに堆積させ(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。この結果、1次加工のままでは、堆積組織は硬度(ビッカース硬さHv)も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。この方法によって、ワークである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。
【0004】
ところが、上述の方法では、ワークとして超硬合金のような焼結材料の表面に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。この点に関し、本発明者らの研究によると、硬質炭化物を形成するTi等の材料を電極として、ワーク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膜をワークの金属表面に形成できることがわかった。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TiCが生成することによるものである。
【0005】
また、特開平9−192937号公報では、TiH2(水素化チタン)など、金属の水素化物の圧粉体を電極として、ワーク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、速くそして密着性よく、硬質膜を形成できる技術が開示されている。更には、TiH2(水素化チタン)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を電極として、ワーク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技術も開示されている。
【0006】
また、別の技術として、特許第3227454号では、予備焼結により強度の高い表面処理電極が製造できることが開示される。すなわち、WC粉末とCo粉末を混合した粉末からなる放電表面処理用電極を製造する場合、WC粉末とCo粉末を混合し圧縮成形してなる圧粉体は、WC粉末とCo粉末を混合して圧縮成形しただけでもよいが、ワックスを混入した後圧縮成形すれば圧粉体の成形性が向上する。
【0007】
この場合、ワックスは絶縁性物質であり、電極中に大量に残ると電極の電気抵抗が大きくなって放電性が悪化するので、圧粉体電極を真空炉に入れて加熱することでワックスを除去している。この時、加熱温度が低すぎるとワックスが除去できず、温度が高すぎるとワックスが煤になって電極の純度を劣化させるので、ワックスが溶融する温度以上かつワックスが分解して煤になる温度以下に保つ必要がある。
【0008】
そして、真空炉中の圧粉体を、高周波コイルなどにより加熱し、機械加工に耐えうる強度を与え、かつ硬化しすぎないように、例えば白墨程度の硬度まで焼成する(これは予備焼結状態と呼ばれる)。この場合、炭化物間の接触部においては相互に結合が進むが比較的焼結温度が低く本焼結に至らない温度のため弱い結合となっている。このような電極で放電表面処理を行なうと、緻密で均質な被膜が形成できることが判明している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上述した従来の放電表面処理では、電極としては、被膜にしたい材料の粉末例えば図5に示すようにCo粉末107、Cr粉末108、Ni粉末109を混合し、混合した粉末を圧縮成形して圧粉体としたもの、あるいは、その後に加熱処理を行った圧粉体としたものを用いている。別の例で言えば、超硬合金(WC-Co-Cr)の成分の被膜を形成する場合にはWC(炭化タングステン)の粉末とCo(コバルト)の粉末とCr(クロム)の粉末とを混合し、その混合した粉末を圧縮成形した圧粉体、あるいはその後に加熱処理を行なった圧紛体を電極としている。
【0010】
この圧粉体の電極を放電させることによって緻密な被膜が形成できるのであるが、粉末を混合して製造した電極であるため、被膜を微視的(ミクロ)に観察すると、電極である粉末の混合のばらつき、および粉末の粒径の大きさに起因する溶融の際のばらつきによって均一な成分の被膜とはならない。このミクロなばらつきの程度は、混合粉末を電極として放電する以上避けられない。そして、通常の被膜においてはこの成分のばらつきが問題となることはないが、特殊環境、例えば航空機のエンジンなど高温環境で使用する場合などでは問題になることがある。
【0011】
また、上述のような従来の放電表面処理では、硬質被膜を形成することに主眼をおいていたので、電極材料としては、硬質セラミックス材料、あるいは、放電のエネルギにより加工液中の油の成分であるC(炭素)と化学反応して硬質炭化物を形成する材料を主成分としている。しかし、硬質材料は一般的に融点が高い・熱伝導が悪いなどの特性を持っており、10μm程度の薄膜の形成は緻密にできるが、数100μm以上の緻密な厚膜の形成は極めて困難であった。
【0012】
本発明者らの研究に基づく(「放電表面処理(EDC)による厚膜の形成」後藤昭弘他、型技術、(1999)、日刊工業新聞社)なる文献にはWC-Co(9:1)電極を用いて3mm程度の厚膜が形成できたことが示されているが、被膜形成が安定せず再現が困難であること、一見金属光沢があり緻密に見えるが空孔が多く脆い被膜であること、前述したように被膜の材質がもとの粉末の粒径に左右されてばらつくこと、などの問題があり、実用には困難なレベルである。
【0013】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、従来困難であった被膜成分のばらつきをなくして均一化するようにした放電表面処理用電極および放電表面処理方法を提供することを目的とする。
【0014】
また、この発明は、上記に鑑みてなされたもので、従来の液中パルス放電加工により従来困難であった厚膜の形成を行なう放電表面処理用電極および放電表面処理方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる放電表面処理用電極は、加工液中において金属、金属の化合物、およびセラミックスの少なくとも一つを電極材料に持つ電極とワークとの間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギにより電極材料の被膜をワーク表面に形成しあるいは放電エネルギにより電極材料が反応した物質の被膜をワーク表面に形成する放電表面処理において、電極は所定の電極材料を配合した合金の粉末を圧縮成形した圧粉体もしくはこの圧粉体を加熱処理したものにて形成することを特徴とする。
【0016】
この発明によれば、合金粉末を電極材料としているので、放電表面処理によりワークに形成される被膜成分のばらつきをなくして均一化することができた。
【0017】
つぎの発明にかかる放電表面処理用電極は、上記の発明において、合金中に炭化物を形成しないもしくは形成しにくい金属材料を50重量%以上含むことを特徴とする。
【0018】
この発明によれば、被膜成分のばらつきをなくして均一化するのみならず、従来困難であった同一材質の堆積が可能となって厚膜の形成をすることができた。
【0019】
つぎの発明にかかる放電表面処理方法は、加工液中において金属、金属の化合物、およびセラミックスの少なくとも一つを電極材料に持つ電極とワークとの間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギにより電極材料の被膜をワーク表面に形成しあるいは放電エネルギにより電極材料が反応した物質の被膜をワーク表面に形成する放電表面処理において、所定の電極材料を配合した合金の粉末を圧縮成形した圧粉体もしくはこの圧粉体を加熱処理したものからなる電極を放電させることによりワークに被膜を形成することを特徴とする。
【0020】
この発明によれば、合金を電極とした表面処理によりワークの被膜成分を均一化することができた。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる好適な実施の形態を詳細に説明する。
【0022】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1である放電表面処理用電極製造装置の簡略構成図である。図1において、金型の上パンチ103、金型の下パンチ104、金型のダイ105で囲まれた空間には、例えばステライト(Cr(クロム)、Co(コバルト)Ni(ニッケル)などの合金)粉末101が充填される。そして、この合金粉末101を圧縮成形することにより圧粉体を形成し、もしくはこの圧粉体を加熱したものを形成する。放電表面処理に当たっては、この圧粉体もしくはこの圧粉体を加熱したものが放電電極とされる。
【0023】
ここにおいて、合金粉末101は、Co(コバルト)、Cr(クロム)、Ni(ニッケル)などを混合して作った合金(例えばステライト)を溶解・粉砕して作った粉末であり、この粉末はフィルタを通して粒径をそろえた粉末である。すなわち、粉末の粒ひとつひとつが合金になっている。
【0024】
図1では、合金粉末101をダイ105とパンチ103、104により圧縮成形する。そして、場合によっては電極の強度を増すために、その後加熱処理を行う。このような電極を用いて、加工液中である油の中でパルス状の放電を発生させる。
【0025】
図2は、放電中の様子を示した放電表面処理装置の簡略図である。図2において、電極202は合金粉末の粒201の圧粉体であり、この電極202とワーク203とを油である加工液204の中で対向配置させ、放電表面処理用電源205によって電極202とワーク203との間にパルス状の電圧を印加し、パルス状の放電を発生させて放電のアーク柱206を形成し、ワーク203上に被膜を形成する。
【0026】
図3は、電極202とワーク203との間に印加される電圧波形およびパルス状の放電電流波形を示している。なお、放電は電極202側がマイナス、ワーク203側がプラスの極性にて行われる。
【0027】
放電毎に電極材料が、ワーク側に供給される。電極材料は一種類の合金からなっており均一な成分であるため成分のばらつきのない被膜が形成できる。
【0028】
実施の形態2.
つぎに、この発明の実施の形態2について説明する。上述した実施の形態1では、電極202の粉末を合金粉末としたのであるが、この実施の形態2では合金の成分組成を特定する。
【0029】
本発明者らの実験によると、電極材質の成分に、炭化物を形成しないあるいは炭化物を形成しにくい材料を添加するに従い、被膜を厚くできることがわかってきた。従来は、炭化物を形成しやすい材料の割合が多く含まれており、例えば、Tiなどの材料を電極に含むと、油中での放電により化学反応を起こし、被膜としてはTiC(炭化チタン)という硬質の炭化物になる。表面処理が進むにつれて、ワーク表面の材質が鋼材(鋼材に処理する場合)からセラミックスであるTiCに変わり、それに伴い、熱伝導・融点などの特性が変化する。ところが、炭化しないあるいは炭化しにくい材料を電極に加えることで被膜は炭化物にならず、金属のまま被膜に残る材料が増えるという現象が生じた。そして、この電極材料の選定が、被膜を厚く盛り上げるのに大きな意味を持つことが判明した。この場合、硬度、緻密性、および均一性を満たすことは当然であり、厚膜を形成する前提である。
【0030】
図4は、Co(コバルト)、Cr(クロム)、Ni(ニッケル)などを混合して作った合金の成分に対する被膜厚さを示しており、ここでは炭化しにくいCo(コバルト)とNi(ニッケル)の合計の重量%と被膜の厚さとの関係を示している。
【0031】
この関係を表すに当たり、使用した放電のパルス条件は、図3においてピーク電流値ie=10A、放電持続時間(放電パルス幅)te=64μs、休止時間to=128μs、15mm×15mmの面積の電極において被膜を形成した。そして、処理時間は15分である。
【0032】
油中での放電により、電極中のCrの一部は炭化物であるCr3C2(炭化クロム)などになるが、炭化しにくい材料であるCo(コバルト)とNi(ニッケル)はそのままの状態で被膜の成分となる。電極中のCo(コバルト)とNi(ニッケル)の量が増えるに従い被膜は厚く形成できるようになる。すなわち、放電により被膜に炭化物が形成されないあるいは炭化物が形成されにくい金属材料を電極に50重量%以上含むことにより、被膜が極めて厚くなり、図4によれば、Co、Ni含有量が低い場合には10μm程の膜厚であったものが、Co、Ni含有量30%程度から次第に厚くなり、Co、Ni含有量50%を過ぎたころから10000μm近くにまで厚くなる。
【0033】
この場合、圧膜の形成に当たって、電極の粉末を合金とすることで、被膜に成分の不均一を生じることがなく、均一な被膜の形成ができる。なお、合金としては、ステライトをあげて説明してきたが、その他、Ni含有量が50重量%以上含むNi、Cr,Feの合金であるインコネルについても適用することができる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、この電極の発明によれば、電極は所定の電極材料を配合した合金の粉末を圧縮成形した圧粉体もしくはこの圧粉体を加熱処理したものにて形成することにより、合金粉末を電極材料としているので、放電表面処理によりワークに形成される被膜成分のばらつきをなくして均一化することができた。
【0035】
つぎの電極の発明によれば、合金中に炭化物を形成しないもしくは形成しにくい金属材料を50重量%以上含むことにより、被膜成分のばらつきをなくして均一化するのみならず、従来困難であった同一材質の堆積が可能となって厚膜の形成をすることができた。
【0036】
つぎの表面処理方法の発明によれば、所定の電極材料を配合した合金の粉末を圧縮成形した圧粉体もしくはこの圧粉体を加熱処理したものからなる電極を放電させることによりワークに被膜を形成することができ、合金を電極とした表面処理によりワークの被膜成分を均一化することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明にかかる放電表面処理用電極製造装置の簡略構成図である。
【図2】 放電中の様子を示した放電表面処理装置の簡略図である。
【図3】 電極での電圧および電流波形図である。
【図4】 被膜厚さに対するNi,Co重量%の関係を示す特性線図である。
【図5】 従来の圧粉体を示すための放電表面処理用電極製造装置の簡略構成図である。
【符号の説明】
101 ステライト粉末。
Claims (4)
- 加工液中において金属、金属の化合物、およびセラミックスの少なくとも一つを電極材料に持つ電極とワークとの間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギにより電極材料の被膜をワーク表面に形成しあるいは放電エネルギにより電極材料が反応した物質の被膜をワーク表面に形成する放電表面処理において、
電極は所定の電極材料を配合した合金の粉末を圧縮成形した圧粉体もしくはこの圧粉体を加熱処理したものにて形成するとともに、合金中にCoまたはNiのいずれかまたは合計を30重量%以上含むことを特徴とする放電表面処理用電極。 - 前記合金は、Co、Cr、Niを混合して作ったものであることを特徴とする請求項1に記載の放電表面処理用電極。
- 前記合金は、Ni、Cr、Feの合金であることを特徴とする請求項1に記載の放電表面処理用電極。
- 加工液中において金属、金属の化合物、およびセラミックスの少なくとも一つを電極材料に持つ電極とワークとの間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギにより電極材料の被膜をワーク表面に形成しあるいは放電エネルギにより電極材料が反応した物質の被膜をワーク表面に形成する放電表面処理において、
所定の電極材料を配合した合金の粉末を圧縮成形した圧粉体もしくはこの圧粉体を加熱処理したものからなり、合金中にCoまたはNiのいずれかまたは合計を30重量%以上含む電極を放電させることによりワークに被膜を形成することを特徴とする放電表面処理方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002220972A JP3857625B2 (ja) | 2002-07-30 | 2002-07-30 | 放電表面処理用電極および放電表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002220972A JP3857625B2 (ja) | 2002-07-30 | 2002-07-30 | 放電表面処理用電極および放電表面処理方法 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006205977A Division JP4119461B2 (ja) | 2006-07-28 | 2006-07-28 | 放電表面処理用電極の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004060013A JP2004060013A (ja) | 2004-02-26 |
JP3857625B2 true JP3857625B2 (ja) | 2006-12-13 |
Family
ID=31941426
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002220972A Expired - Lifetime JP3857625B2 (ja) | 2002-07-30 | 2002-07-30 | 放電表面処理用電極および放電表面処理方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3857625B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1630254B1 (en) * | 2003-05-29 | 2013-03-13 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Electrode for discharge surface treatment, discharge surface treatment method and discharge surface treatment apparatus |
WO2006057053A1 (ja) * | 2004-11-29 | 2006-06-01 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 放電表面処理用電極及び放電表面処理方法並びに放電表面処理装置 |
-
2002
- 2002-07-30 JP JP2002220972A patent/JP3857625B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004060013A (ja) | 2004-02-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4137886B2 (ja) | 放電表面処理用電極および放電表面処理方法並びに放電表面処理装置 | |
US7834291B2 (en) | Electrode for electric discharge surface treatment, and method and apparatus for electric discharge surface treatment | |
JPH07197275A (ja) | 液中放電による金属材料の表面処理方法 | |
JP5121933B2 (ja) | 放電表面処理方法 | |
KR100768615B1 (ko) | 방전 표면 처리 방법 | |
WO2001023641A1 (fr) | Electrode de traitement de surface par decharge electrique, son procede de production et procede de traitement de surface par decharge electrique | |
EP1640476B1 (en) | Discharge surface treating electrode, discharge surface treating device and discharge surface treating method | |
WO2001023640A1 (fr) | Electrode de traitement de surface par decharge electrique, son procede de production et procede de traitement de surface par decharge electrique | |
JP3857625B2 (ja) | 放電表面処理用電極および放電表面処理方法 | |
JP4119461B2 (ja) | 放電表面処理用電極の製造方法 | |
JP4320523B2 (ja) | 放電表面処理用電極及びその製造方法並びに放電表面処理方法 | |
JP4580250B2 (ja) | 放電表面処理用電極の製造方法及び該電極並びに放電表面処理方法 | |
JP3847697B2 (ja) | 放電表面処理用電極 | |
JP2005213555A (ja) | 放電表面処理用電極および放電表面処理方法 | |
JP2005214054A (ja) | タービン部品およびガスタービン | |
JPWO2006057053A1 (ja) | 放電表面処理用電極及び放電表面処理方法並びに放電表面処理装置 | |
JP3852580B2 (ja) | 放電表面処理用電極及びその製造方法 | |
JP4274337B2 (ja) | 放電現象を利用した金属材料の表面高硬化方法 | |
JP2005213558A (ja) | 放電表面処理用電極およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050127 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060501 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060530 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060728 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060912 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060914 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3857625 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090922 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090922 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100922 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110922 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110922 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120922 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130922 Year of fee payment: 7 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |