JP4523545B2 - 放電表面処理用電極、放電表面処理装置および放電表面処理方法 - Google Patents
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最初に、この発明で用いられる放電表面処理方法とその装置の概要について説明する。第2図は、放電表面処理装置における放電表面処理の概略を示す図である。放電表面処理装置1は、被膜14を形成したい被加工物(以下、ワークという)11と、ワーク11の表面に被膜14を形成させるための放電表面処理用電極12と、ワーク11と放電表面処理用電極12に電気的に接続され両者間にアーク放電を起こさせるために両者に電圧を供給する放電表面処理用電源13と、を備えて構成される。放電表面処理を液中で行う場合には、ワーク11と放電表面処理用電極12のワーク11と対向する部分が油などの加工液15で満たされるように加工槽16がさらに設置される。また、放電表面処理を気中で行う場合には、ワーク11と放電表面処理用電極12とは処理雰囲気中に置かれる。なお、第2図と以下の説明では、加工液15中で放電表面処理を行う場合を例示する。また、以下では、放電表面処理用電極を単に電極と表記することもある。さらに、以下では、放電表面処理用電極12とワーク11との対向する面の間の距離のことを極間距離という。
この実施の形態2では、電極材質として複数種類の粉末を用いて放電表面処理用電極を製造する場合について説明する。
実施の形態1,2で説明したように、均一な硬さを有する電極を製造するためには、電極を構成する粉末が所定の粒径を有することが必要となる。たとえば、高温環境下において潤滑性や耐食性を有する被膜を放電表面処理によって形成する場合には、均一な硬さを有する電極を製造するため、粒径3μm以下の粉末で電極を製造することが必要である。しかし、市場において、粒径3μm以下の粉末は限られた材質のものしか流通しておらず、ワーク表面に形成する被膜の様々な材質について粒径3μm以下の粉末を市場で入手することができるものではない。たとえば、平均粒径1μm程度のWC粉末は、市場に広く流通しており、容易かつ安価に入手可能であるが、その他のものは入手が困難であった。そのため、市場に流通している粒径が3μm以下の粉末のみでは、様々な材質の放電表面処理用電極を製造することができない。そこで、以下の実施の形態3〜7では、様々な材質の放電表面処理用電極を製造することが可能な製造方法について説明する。
この実施の形態4では、遊星式ボールミル装置によって、所望の成分の粉末を3μm以下の球形でない粉末に粉砕する場合を例に挙げる。
この実施の形態5では、ビーズミル装置によって、所望の成分の粉末を3μm以下の球形でない粉末に粉砕する場合を例に挙げる。
この実施の形態6では、ジェットミル装置によって、所望の成分の粉末を3μm以下の非球形の粉末に粉砕する場合を例に挙げる。
この実施の形態7では、ミル装置による粉砕の過程においてミル装置の容器と、ボールの材質が粉砕対象の素材に対して混入する状況を検討したものである。具体的には、ボールミル装置の容器とボールの材質をAl2O3(アルミナ)とした場合と、ZrO2とした場合のボール材質の混入状況を調査した。
この実施の形態8の放電表面処理によって形成される厚膜に要求される機能としては、高温環境下での耐磨耗性や潤滑性などがあり、高温環境下でも使用される部品などへの転用が行える技術を対象とする。このような機能を有する材料として、CrやMoの酸化物が知られている。このような厚膜形成のためには、従来の放電表面処理のように硬質セラミックスを形成するためのセラミックスを主成分とした電極とは異なり、金属成分を主成分とした粉末を圧縮成形し、その後場合によっては加熱処理を行って製造される電極が使用される。また、放電表面処理により厚膜を形成するためには、放電のパルスにより電極材料を多量にワーク側に供給するために、電極の硬さはある程度の低さとし、その硬さにはばらつきがないなど、電極の材質や硬さなどに関する所定の特徴を電極に持たせる必要がある。
上述した実施の形態に示されるように、金属成分を主成分とした電極の硬さを均一にするための方法として、電極成分として使用する粉末の粒径を3μm以下とするか、または電極成分として使用する粉末中に粒径3μm以下の粉末を所定量混合すればよい。これは、粉末をプレスにより圧粉体とする際に、粒径が大きい場合、例えば6μm程度の場合には、圧粉体の外周部分が金型から強く押されたり擦られたりして硬くなるのに対し、粉末の粒径が小さくなるとそのような現象が起きなくなるためである。
上述したように、この発明では、金属成分を主成分とした材料から製造した電極を用いて、パルス放電による厚膜の形成を行っている。しかし、発明者らの実験により、油を加工液とする場合には、炭化物を形成し易い材料が電極中に大量に含まれていると、油中の炭素と反応して炭化物になってしまい厚膜を形成し難くなることが見出された。そこで、数μm程度の粉末を使用して製造した電極により被膜を形成する場合には、Co,Ni,Feなどの炭化物を作り難い材料を電極中に含ませることにより、緻密な厚膜を形成することができるようになった。
Claims (15)
- 金属または金属化合物を含む粉末を圧縮成形した圧粉体を電極として、加工液中または気中において前記電極と被加工物の間に放電を発生させ、その放電エネルギによって、前記被加工物の表面に電極材料また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被膜を形成する放電表面処理に用いられる放電表面処理用電極において、
前記粉末は、ステライト、TiコートされたCBN、TiC+Ti、Cr 2 C 3 +Cr、Cr 2 C 3 +ステライト、Al 2 O 3 +Ni、ZrO 2 +Ni、ステライト+Coのいずれかを含む10nm以上3μm以下の粒径の平均値を有し、前記電極は均質であり、厚さ100μm以上の被膜形成が可能な前記電極材料であることを特徴とする放電表面処理用電極。 - 前記粉末の形状は、鱗片状または多面体形状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。
- 金属または金属化合物の粉末を圧縮成形した圧粉体を電極として、加工液中または気中において前記電極と被加工物の間に放電を発生させ、その放電エネルギによって、前記被加工物の表面に電極材料また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被膜を形成する放電表面処理に用いられる放電表面処理用電極おいて、
前記電極は、均一な硬さであり、厚さ100μm以上の被膜形成が可能な前記電極材料であって、前記粉末は、Co合金、Ni合金、Fe合金のうちのいずれかであるとともに、小さい粒径の分布を有する小径粉末と、該小径粉末の2倍以上の平均粒径を有する大径粉末とを混合し、前記大径粉末が、5〜60体積%の混合物であることを特徴とする放電表面処理用電極。 - 金属または金属化合物の粉末を圧縮成形した圧粉体を電極として、加工液中または気中において前記電極と被加工物の間に放電を発生させ、その放電エネルギによって、前記被加工物の表面に電極材料また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被膜を形成する放電表面処理に用いられる放電表面処理用電極おいて、
前記電極は、均一な硬さであり、厚さ100μm以上の被膜形成が可能な前記電極材料であって、前記粉末は、Co合金、Ni合金、Fe合金のうちのいずれかであるとともに、3μm以下の小さい粒径の分布を有する小径粉末と、5μm以上の平均粒径を有する大径粉末とを混合し、前記大径粉末は、5〜60体積%であることを特徴とする放電表面処理用電極。 - 前記大径粉末は、5〜20体積%であることを特徴とする請求の範囲第3項または第4項に記載の放電表面処理用電極。
- 金属、金属化合物またはセラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体を電極として、加工液中または気中において前記電極と被加工物の間に放電を発生させ、その放電エネルギによって、前記被加工物の表面に電極材料また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被膜を形成する放電表面処理に用いられる放電表面処理用電極おいて、
前記粉末は、Co粉末、Co合金粉末、Mo粉末、Cr粉末、W粉末、Zr粉末、Ta粉末、Ti粉末、V粉末、Nb粉末のうちいずれかを含み、電極材料として粒径の平均値が10nm以上1μm以下の粉末を80体積%以上含み、前記電極は、材料成分及び硬さが均一であり、厚さ100μm以上の被膜形成が可能な前記電極材料であることを特徴とする放電表面処理用電極。 - 金属または金属化合物の粉末を圧縮成形した圧粉体を電極として、前記電極と被加工物の間に放電を発生させ、その放電エネルギによって、前記被加工物の表面に電極材料また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被膜を形成する放電表面処理方法において、
小さい粒径の分布を有するCo合金、Ni合金、Fe合金のいずれかを含む小径粉末と、該小径粉末の2倍以上の平均粒径を有するCo合金、Ni合金、Fe合金のいずれかを含む大径粉末とを前記大径粉末の比率が5〜60体積%となるよう混合、圧縮成形した厚さ100μm以上の被膜形成が可能な前記電極材料から成る均一な硬さの電極を用いて前記被膜を形成することを特徴とする放電表面処理方法。 - 金属または金属化合物の粉末を圧縮成形した圧粉体を電極として、前記電極と被加工物の間に放電を発生させ、その放電エネルギによって、前記被加工物の表面に電極材料また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被膜を形成する放電表面処理方法において、
3μm以下の小さい粒径の分布を有するCo合金、Ni合金、Fe合金のいずれかを含む小径粉末と、5μm以上の平均粒径を有するCo合金、Ni合金、Fe合金のいずれかを含む大径粉末とを前記大径粉末の比率が5〜60体積%となるよう混合、圧縮成形した厚さ100μm以上の被膜形成が可能な前記電極材料から成る均一な硬さの電極を用いて前記被膜を形成することを特徴とする放電表面処理方法。 - 前記大径粉末は、5〜20体積%であることを特徴とする請求項7または8に記載の放電表面処理方法。
- 前記電極と前記被加工物との間に、放電パルス幅が70μs以下であり、ピーク電流値が30A以下であるパルス電流を供給することを特徴とする請求項7〜9のいずれか1つに記載の放電表面処理方法。
- 金属または金属化合物の粉末を圧縮成形した圧粉体からなる電極と、被膜が形成される被加工物と、前記電極と前記被加工物に電気的に接続される電源装置と、を備え、前記電源装置によって前記電極と前記被加工物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って、前記被加工物表面に電極材料また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被膜を形成させる放電表面処理装置において、
前記粉末は、小さい粒径の分布を有するCo合金、Ni合金、Fe合金のいずれかを含む小径粉末と、該小径粉末の2倍以上の平均粒径を有するCo合金、Ni合金、Fe合金のいずれかを含む大径粉末との混合物であると共に前記大径粉末が5〜60体積%ある厚さ100μm以上の被膜形成が可能な前記電極材料から成る均一な硬さの電極を用いることを特徴とする放電表面処理装置。 - 金属または金属化合物の粉末を圧縮成形した圧粉体からなる電極と、被膜が形成される被加工物と、前記電極と前記被加工物に電気的に接続される電源装置と、を備え、前記電源装置によって前記電極と前記被加工物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って、前記被加工物表面に電極材料また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被膜を形成させる放電表面処理装置において、
前記粉末は、3μm以下の小さい粒径の分布を有するCo合金、Ni合金、Fe合金のいずれかを含む小径粉末と、5μm以上の平均粒径を有するCo合金、Ni合金、Fe合金のいずれかを含む大径粉末との混合物であると共に前記大径粉末の比率が5〜60体積%ある厚さ100μm以上の被膜形成が可能な前記電極材料から成る均一な硬さの電極を用いることを特徴とする放電表面処理装置。 - 前記大径粉末は、5〜20体積%であることを特徴とする請求項11または12に記載の放電表面処理装置。
- 前記電極と前記被加工物は、加工液中または所定の気体雰囲気中に配置され、放電は前記加工液中または前記所定の気体雰囲気中で行われることを特徴とする請求項11〜13のいずれか1つに記載の放電表面処理装置。
- 前記電源装置は、放電パルス幅が70μs以下であり、ピーク電流値が30A以下であるパルス電流を供給することを特徴とする請求項11〜14のいずれか1つに記載の放電表面処理装置。
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