JP4806291B2 - Film formation method - Google Patents

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Description

本発明は、金属製部材の表面に粉末を塗布し、この粉末から皮膜を設ける皮膜形成方法に関する。   The present invention relates to a film forming method in which powder is applied to the surface of a metal member and a film is formed from the powder.

金属製部材の表面を改質する手法の1種として、コーティングが広汎に採用されるに至っている。すなわち、金属製部材の表面に異質の皮膜を設ければ、該表面には、金属製部材の材質に関わらず、皮膜の材質に基づく特性が発現する。例えば、特許文献1には、鉄系合金からなる部材の表面に酸化皮膜を設け、これにより絶縁性、耐熱性、耐摩耗性を向上させることが提案されている。   As one type of technique for modifying the surface of a metal member, coating has been widely adopted. That is, if a different kind of film is provided on the surface of the metal member, the surface exhibits characteristics based on the material of the film regardless of the material of the metal member. For example, Patent Document 1 proposes providing an oxide film on the surface of a member made of an iron-based alloy, thereby improving insulation, heat resistance, and wear resistance.

皮膜を形成する公知の手法としては、メッキ、溶射、イオンプレーティング、スパッタリング、物理的気相成長(PVD)、化学的気相成長(CVD)等が挙げられる。しかしながら、メッキや溶射には、形成された皮膜と下地との接合力がさほど強固ではないために皮膜が比較的剥離し易いという不具合が顕在化している。また、PVD及びCVDには、皮膜の形成に長時間を要するとともに、ワークを処理チャンバ内に収容するためにワークの形状が制限されてしまうという不都合がある。   Known methods for forming a film include plating, thermal spraying, ion plating, sputtering, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD) and the like. However, in plating and thermal spraying, since the bonding force between the formed film and the base is not so strong, there is a problem that the film is relatively easy to peel off. In addition, PVD and CVD have the disadvantages that a long time is required for forming a film and that the shape of the workpiece is limited in order to accommodate the workpiece in the processing chamber.

そこで、特許文献2では、Al又はAl系合金の表面を溶融させる一方、所定の条件下にCu−Si系合金ワイヤから合金成分を添加してAl−Cu系合金化層を設けることが提案されている。   Therefore, Patent Document 2 proposes that an Al-Cu alloyed layer is provided by adding an alloy component from a Cu-Si alloy wire under a predetermined condition while melting the surface of Al or an Al alloy. ing.

特開平7−233460号公報JP-A-7-233460 特開平5−148666号公報JP-A-5-148666

しかしながら、AlやAl系合金からなるワークの表面には、大気中の酸素と結合して自発的に生成した酸化物膜(不動態)が存在する。この種の酸化物膜が存在するワークでは、皮膜を形成することに困難を伴う。   However, an oxide film (passive) spontaneously formed by combining with oxygen in the air exists on the surface of a work made of Al or an Al-based alloy. In a work in which this kind of oxide film exists, it is difficult to form a film.

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、各種の金属からなるワークに対して皮膜を形成することが極めて容易な皮膜形成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a film forming method in which it is extremely easy to form a film on a workpiece made of various metals.

前記の目的を達成するために、本発明は、金属製部材の表面に皮膜を形成する皮膜形成方法であって、
皮膜となる原材料粉末を前記金属製部材の表面に塗布する工程と、
前記金属製部材に対して直流電源の負極のみを電気的に接続する工程と、
磁界を発生させ、前記負極が電気的に接続された前記金属製部材における前記原材料粉末が塗布された部位に電磁力による振動を付与することで、該原材料粉末から皮膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is a film forming method for forming a film on the surface of a metal member,
Applying raw material powder to be a film on the surface of the metal member;
Electrically connecting only a negative electrode of a DC power source to the metal member;
Forming a film from the raw material powder by generating a magnetic field and applying vibration by electromagnetic force to a portion of the metal member to which the negative electrode is electrically connected to which the raw material powder is applied;
It is characterized by having.

直流電源の負極のみが電気的に接続した状態で磁界を発生させ、これにより電磁力による振動を付与すると、負極を接続することなく電磁力による振動を付与した場合に比して、原材料粉末の構成原子の金属製部材への拡散が容易となる。この拡散により、皮膜が形成される。   When a magnetic field is generated in a state where only the negative electrode of the DC power source is electrically connected, and vibration due to electromagnetic force is applied thereby, the raw material powder is less than in the case where vibration due to electromagnetic force is applied without connecting the negative electrode. Diffusion of constituent atoms into the metal member is facilitated. A film is formed by this diffusion.

このように拡散が容易となる理由は、直流電源の負極のみが電気的に接続されると酸化物膜に負電荷が供給され、このために酸化物膜に対する還元作用が機能し、その結果、金属製部材の表面が活性化されるためであると推察される。   The reason why diffusion is facilitated in this way is that when only the negative electrode of the DC power supply is electrically connected, negative charges are supplied to the oxide film, so that the reduction action on the oxide film functions, and as a result, This is presumably because the surface of the metal member is activated.

このように、本発明によれば、酸化物膜を有する金属製部材に容易且つ簡便に皮膜を設けることができる。しかも、この皮膜は、金属製部材から剥離し難く、損傷も生じ難い。   Thus, according to the present invention, it is possible to easily and simply provide a film on a metal member having an oxide film. In addition, this film is difficult to peel off from the metal member and is not easily damaged.

ワークは、金属からなる部材であれば如何なる形状・寸法のものであってもよく、その材質も特に限定されるものではない。材質の好適な例としては、Fe、鋼材等のFe系合金、Al、Al系合金、Cu、Cu系合金、Mg、Mg系合金等を挙げることができる。   The workpiece may be of any shape and size as long as it is a member made of metal, and the material is not particularly limited. Preferable examples of the material include Fe alloys such as Fe and steel, Al, Al alloys, Cu, Cu alloys, Mg, Mg alloys and the like.

なお、本発明には、金属製部材に対して直流電源の負極のみを電気的に接続する工程の後に原材料粉末を塗布する工程を行う場合も含まれる。すなわち、本発明において、これらの2工程は順不同で実施される。   In addition, the case where the process of apply | coating raw material powder is included in this invention after the process of electrically connecting only the negative electrode of DC power supply with respect to metal members is included. That is, in the present invention, these two steps are performed in any order.

電磁力による振動の付与は、グロー放電等によって行うようにしてもよいが、コロナ放電によって行うことがより好ましい。コロナ放電には、局所的な電磁振動付与が容易である、発振周波数を容易に制御可能である等の利点があるからである。しかも、その結果として局所加熱が可能となるので、熱処理炉等の大規模設備が不要となる上、皮膜形成に要する時間も短期化する。すなわち、この場合、皮膜形成コストを低廉化することができるとともに、皮膜の形成効率も向上する。   The application of vibration by electromagnetic force may be performed by glow discharge or the like, but is more preferably performed by corona discharge. This is because corona discharge has advantages such as easy application of local electromagnetic vibration and easy control of the oscillation frequency. Moreover, since local heating is possible as a result, large-scale equipment such as a heat treatment furnace is not required, and the time required for film formation is shortened. That is, in this case, the film formation cost can be reduced and the film formation efficiency is also improved.

金属製部材として鉄系合金からなるものを選定した場合、誘導周波数は30MHz〜3.5GHzとして前記コロナ放電を行うことが好ましい。一方、アルミニウム系合金からなる金属製部材に皮膜を形成する場合の好ましい誘導周波数は、60MHz〜3.5GHzである。これにより、金属製部材に孔食が発生したり、過度のエネルギ集中が起こったりすることを回避することができる。   When a metal member made of an iron-based alloy is selected, the corona discharge is preferably performed with an induction frequency of 30 MHz to 3.5 GHz. On the other hand, a preferable induction frequency when a film is formed on a metal member made of an aluminum-based alloy is 60 MHz to 3.5 GHz. Thereby, it can avoid that pitting corrosion generate | occur | produces in metal members, or that excessive energy concentration arises.

いずれの場合においても、金属製部材に対して負極を電気的に接続した後、該金属製部材を100〜180℃に予熱することが好ましい。これにより、コロナ放電等の電磁力による振動付与時に皮膜形成が促進される。すなわち、皮膜を一層効率よく形成することができる。   In any case, it is preferable to preheat the metal member to 100 to 180 ° C. after electrically connecting the negative electrode to the metal member. Thereby, film formation is promoted at the time of applying vibration by electromagnetic force such as corona discharge. That is, the film can be formed more efficiently.

本発明においては、直流電源の負極のみを金属製部材に電気的に接続し、この状態で電磁力による振動を付与することで、該金属製部材の表面に塗布された原材料粉末の構成原子を金属製部材に拡散させるようにしている。この場合、前記構成原子の拡散が、負極を接続することなく電磁力による振動を付与した場合に比して容易となる。しかも、この拡散によって形成された皮膜は、金属製部材から剥離し難い。   In the present invention, only the negative electrode of the direct current power source is electrically connected to the metal member, and in this state, vibrations due to electromagnetic force are applied, so that the constituent atoms of the raw material powder applied to the surface of the metal member are changed. The metal member is diffused. In this case, the diffusion of the constituent atoms is facilitated as compared with the case where vibration due to electromagnetic force is applied without connecting the negative electrode. Moreover, the film formed by this diffusion is difficult to peel from the metal member.

すなわち、本発明によれば、酸化物膜が存在する金属製部材に対し、剥離し難い皮膜を低エネルギ、ひいては低コストで効率よく形成することができるという効果が達成される。   That is, according to the present invention, an effect that a film that is difficult to peel can be efficiently formed at low energy and at low cost on a metal member having an oxide film.

以下、本発明に係る皮膜形成方法につき、Fe系合金からなるワークに対して皮膜を設ける場合を例示して好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the film forming method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings by exemplifying a case in which a film is provided on a workpiece made of an Fe-based alloy and by illustrating a preferred embodiment.

本実施の形態に係る皮膜形成方法は、原材料粉末をワークの表面に塗布する第1工程と、前記ワークに対して直流電源の負極のみを電気的に接続する第2工程と、負極が電気的に接続された前記ワークにおける原材料粉末が塗布された部位に電磁力による振動を付与する第3工程とを有する。   The film forming method according to the present embodiment includes a first step of applying raw material powder to the surface of a workpiece, a second step of electrically connecting only the negative electrode of a DC power source to the workpiece, and the negative electrode being electrically And a third step of imparting vibration by electromagnetic force to the portion of the workpiece connected to the substrate where the raw material powder is applied.

図1に示すように、ワーク10は、Fe系合金からなる下地12と、Fe系合金が大気中の酸素と結合して自発的に生成した酸化物膜14とを有する。第1工程に先立ち、この酸化物膜14の表面に清浄剤を塗布することが好ましい。この場合、後述する第3工程において、皮膜が比較的容易に形成されるようになるからである。   As shown in FIG. 1, the workpiece 10 includes a base 12 made of an Fe-based alloy and an oxide film 14 that is spontaneously generated by combining the Fe-based alloy with oxygen in the atmosphere. Prior to the first step, it is preferable to apply a detergent to the surface of the oxide film 14. In this case, it is because a film | membrane comes to be formed comparatively easily in the 3rd process mentioned later.

そして、第1工程において、図2に示すように、このワーク10の酸化物膜14上に原材料粉末を塗布する。なお、後述するリード線16をワーク10に接続するべく、該ワーク10には、原材料粉末を塗布しない露呈箇所を設ける。   In the first step, as shown in FIG. 2, raw material powder is applied onto the oxide film 14 of the workpiece 10. In addition, in order to connect the lead wire 16 mentioned later to the workpiece | work 10, the exposed location which does not apply | coat raw material powder is provided in this workpiece | work 10. FIG.

ここで、原材料粉末の塗布は、例えば、該原材料粉末を溶媒に分散させて調製した塗布剤18を塗布することによって行うことができる。溶媒としては、アセトンやアルコール等、容易に蒸発する有機溶媒を選定することが好ましい。又は、エポキシ樹脂等をバインダとする溶液と原材料粉末とを混合したペーストを塗布するようにしてもよい。   Here, application | coating of raw material powder can be performed by apply | coating the coating agent 18 prepared by disperse | distributing this raw material powder to a solvent, for example. As the solvent, it is preferable to select an organic solvent that easily evaporates, such as acetone or alcohol. Or you may make it apply | coat the paste which mixed the solution which uses an epoxy resin etc. as a binder, and raw material powder.

原材料粉末としては、ワーク10に対して付与しようとする特性が発現する物質が選定される。例えば、超硬合金製皮膜を形成する場合、WC粉末及びCo粉末の混合物を選定すればよい。   As the raw material powder, a substance that exhibits characteristics to be imparted to the workpiece 10 is selected. For example, when a cemented carbide film is formed, a mixture of WC powder and Co powder may be selected.

Fe系合金からなるワーク10には、上記したように、その表面に酸化物膜14が存在する。従って、塗布剤18ないしペーストには、酸化物膜14を還元することが可能な還元剤、例えば、炭素等を混合することが好ましい。   As described above, the workpiece 10 made of an Fe-based alloy has the oxide film 14 on the surface thereof. Therefore, it is preferable that the coating agent 18 or the paste is mixed with a reducing agent capable of reducing the oxide film 14, for example, carbon.

原材料粉末を含む以上のような塗布剤18ないしペーストを、スプレー塗布法や刷毛塗り法等の公知の手法で塗布した後、ワーク10の露呈箇所にリード線16を接続する。   The coating agent 18 or paste including the raw material powder is applied by a known method such as a spray coating method or a brush coating method, and then the lead wire 16 is connected to the exposed portion of the workpiece 10.

このリード線16は、直流電源22の負極に電気的に接続されている。一方、直流電源22の正極は、ワーク10には接続されていない。すなわち、直流電源22とワーク10は、電気的に開回路を構成した状態となっている。   The lead wire 16 is electrically connected to the negative electrode of the DC power supply 22. On the other hand, the positive electrode of the DC power supply 22 is not connected to the workpiece 10. That is, the DC power supply 22 and the workpiece 10 are in an electrically open circuit state.

直流電源22の発生電圧は、ワーク10の寸法、特に表面積に応じて設定される。換言すれば、直流電源22の発生電圧は、ワーク10の単位面積当たりに印加される電圧が所定の範囲内、例えば、0.3〜3.0V/10cm2となるように設定される。なお、ここでいう発生電圧とは、直流電源22が印加可能な電圧のことであるが、実際にはワーク10への通電はなされない。上記したように、直流電源22とワーク10とは電気的に閉回路を構成していないからである。 The generated voltage of the DC power supply 22 is set according to the dimensions of the workpiece 10, particularly the surface area. In other words, the generated voltage of the DC power supply 22 is set so that the voltage applied per unit area of the workpiece 10 is within a predetermined range, for example, 0.3 to 3.0 V / 10 cm 2 . The generated voltage here is a voltage to which the DC power supply 22 can be applied, but the work 10 is not actually energized. This is because the DC power source 22 and the work 10 do not electrically form a closed circuit as described above.

次に、直流電源22の負極を電気的に接続した状態で、ワーク10の予熱を行う。負極とワーク10とを絶縁すると、この際にワーク10が酸化されることがある。原材料粉末中に金属粉末が含まれている場合、この金属粉末の酸化も起こる。   Next, the workpiece 10 is preheated in a state where the negative electrode of the DC power supply 22 is electrically connected. If the negative electrode and the workpiece 10 are insulated, the workpiece 10 may be oxidized at this time. When metal powder is contained in the raw material powder, oxidation of the metal powder also occurs.

なお、予熱は、ワーク10の温度が100〜180℃の範囲内となるまで行うことが好ましく、110〜160℃の範囲内とすることがより好ましい。   In addition, it is preferable to perform preheating until the temperature of the workpiece | work 10 becomes in the range of 100-180 degreeC, and it is more preferable to set it in the range of 110-160 degreeC.

次に、第3工程において、原材料粉末(塗布剤18ないしペースト)を塗布した部位に対し、電磁力による振動を付与する。本実施の形態において、この振動付与は、コロナ放電により実施される。コロナ放電には、局所的な振動付与が可能であり、これにより所定の部位を効率よく加熱することができるので熱処理炉のような大規模設備が不要となるとともに、周波数を制御することによってワーク10に孔食が生じることを回避できるという利点がある。   Next, in the third step, vibration due to electromagnetic force is applied to the portion where the raw material powder (coating agent 18 or paste) is applied. In the present embodiment, this vibration application is performed by corona discharge. Corona discharge can be applied with local vibrations, which can efficiently heat a predetermined part, eliminating the need for large-scale equipment such as a heat treatment furnace and controlling the frequency by controlling the frequency. 10 has an advantage that pitting corrosion can be avoided.

すなわち、図3に示すように、ワーク10における原材料粉末を塗布した部位、換言すれば、振動付与部位(加熱部位)に、発振器である誘電コイル24を接近させる。そして、発振周波数を30MHz〜3.5GHzとして発振を行う。30MHz未満であると放電が起こり難く、放電が起こったとしてもワーク10に孔食が発生することがある。また、3.5GHzを超えると、ワーク10の表面に過剰なエネルギ集中が起こることに起因して溶損が起こるようになることがある。   That is, as shown in FIG. 3, the dielectric coil 24, which is an oscillator, is brought close to a portion of the workpiece 10 to which the raw material powder is applied, in other words, a vibration applying portion (heating portion). Then, oscillation is performed with an oscillation frequency of 30 MHz to 3.5 GHz. When the frequency is less than 30 MHz, it is difficult for electric discharge to occur, and even if electric discharge occurs, pitting corrosion may occur on the workpiece 10. Moreover, when it exceeds 3.5 GHz, melting damage may occur due to excessive energy concentration on the surface of the workpiece 10.

このコロナ放電に伴い、塗布剤18ないしペーストから溶媒が揮発する。また、塗布剤18ないしペーストに炭素等の還元剤が添加されている場合、酸化物膜14が還元されて下地12が露呈する。さらに、露呈した下地12の内部に原材料粉末の構成原子が拡散する。   Along with this corona discharge, the solvent volatilizes from the coating agent 18 or the paste. Further, when a reducing agent such as carbon is added to the coating agent 18 or the paste, the oxide film 14 is reduced and the base 12 is exposed. Furthermore, the constituent atoms of the raw material powder diffuse into the exposed base 12.

このように、原材料粉末から下地12(ワーク10)への拡散が起こる結果、図4に示すように、表面に皮膜26が形成されたワーク10が得られるに至る。   As described above, as a result of the diffusion from the raw material powder to the base 12 (work 10), the work 10 having the film 26 formed on the surface is obtained as shown in FIG.

一般的な高周波加熱では、ワーク10の温度は1000℃付近まで達するのに対し、上記した範囲内の周波数でコロナ放電を行うと、ワーク10の表面の温度は500℃程度となる。このため、ワーク10と皮膜26との熱膨張係数が大きく相違する場合であっても、ワーク10と皮膜26との間に作用する引っ張り応力が小さくなる。このため、皮膜26がワーク10から剥離し難く、また、皮膜の損傷も起こり難い。   In general high-frequency heating, the temperature of the workpiece 10 reaches about 1000 ° C., but when corona discharge is performed at a frequency within the above-described range, the surface temperature of the workpiece 10 becomes about 500 ° C. For this reason, even if the thermal expansion coefficients of the workpiece 10 and the coating 26 are greatly different, the tensile stress acting between the workpiece 10 and the coating 26 is reduced. For this reason, the film | membrane 26 cannot peel from the workpiece | work 10, and damage to a film | membrane does not occur easily.

直流電源22の負極とワーク10とを接続することにより、上記したような比較的低温域で、原材料粉末の構成原子のワーク10への拡散が起こる。この理由は、酸化物膜14に対して直流電源22から負電荷が供給され、これにより酸化物膜14が還元され易くなる結果、下地12の表面が活性化するためであると推察される。   By connecting the negative electrode of the DC power source 22 and the work 10, diffusion of constituent atoms of the raw material powder into the work 10 occurs in a relatively low temperature region as described above. This is presumably because the surface of the base 12 is activated as a result of negative charges being supplied from the DC power source 22 to the oxide film 14 and the oxide film 14 being easily reduced.

なお、塗布剤18ないしペーストに還元剤が添加されていない場合であっても、誘電コイル24の周波数を3.5GHzまでの範囲内で高く設定することによって、前記の負電荷供給と相俟って、酸化物膜14を還元することが可能である。すなわち、この場合においても、原材料粉末の構成原子をワーク10に到達させることができる。   Even when the reducing agent is not added to the coating agent 18 or the paste, by setting the frequency of the dielectric coil 24 high within the range up to 3.5 GHz, it is compatible with the negative charge supply described above. Thus, the oxide film 14 can be reduced. That is, even in this case, the constituent atoms of the raw material powder can reach the workpiece 10.

上記した実施の形態は、ワーク10の材質としてFe系合金を例示して説明したが、特にこれに限定されるものではなく、Al系合金であってもよい。この場合、酸化物膜14がFe系合金に比して化学的に安定であるので、誘電コイル24の発振周波数を60MHz〜3.5GHz、より好ましくは数百MHz〜3.5GHzに設定する。   In the above-described embodiment, the Fe-based alloy is exemplified as the material of the workpiece 10. However, the embodiment is not particularly limited thereto, and may be an Al-based alloy. In this case, since the oxide film 14 is chemically stable as compared with the Fe-based alloy, the oscillation frequency of the dielectric coil 24 is set to 60 MHz to 3.5 GHz, more preferably several hundred MHz to 3.5 GHz.

また、Al又はAl系合金からなるワーク10に対して皮膜を形成する場合、原材料粉末にSi又はBの少なくともいずれか一方を含めることが好ましい。これらはワーク表面の酸化物膜14と低融点化合物を形成するので、原材料粉末に含まれるその他の成分の構成原子がワーク10に拡散することが容易となるからである。   Moreover, when forming a film | membrane with respect to the workpiece | work 10 which consists of Al or Al type alloy, it is preferable that at least any one of Si or B is included in raw material powder. This is because the oxide film 14 on the workpiece surface and a low melting point compound are formed, so that constituent atoms of other components contained in the raw material powder can easily diffuse into the workpiece 10.

いずれの場合においても、第1工程と第2工程の順序を入れ換えるようにしてもよい。すなわち、ワーク10に対して直流電源22の負極を電気的に接続した後、塗布剤18ないしペーストを別部位に塗布するようにしてもよい。   In either case, the order of the first step and the second step may be interchanged. That is, after electrically connecting the negative electrode of the DC power source 22 to the workpiece 10, the coating agent 18 or the paste may be applied to another part.

WC、Co、Cr、Fe、Al、Ti、Mn及びCの各粉末を86:10.8:0.3:2:0.2:0.3:0.2:0.2(数字は重量比。以下同じ)の割合で混合し、原材料粉末とした。この原材料粉末を、エポキシ樹脂をバインダとする溶液に混合し、ペースト30(図5参照)を調製した。   Each powder of WC, Co, Cr, Fe, Al, Ti, Mn and C is 86: 10.8: 0.3: 2: 0.2: 0.3: 0.2: 0.2 Ratio, the same applies hereinafter) to obtain a raw material powder. This raw material powder was mixed with a solution containing an epoxy resin as a binder to prepare paste 30 (see FIG. 5).

その一方で、SKH54からなり、図5に示す形状・寸法の鍛造加工用パンチ32の押圧加工部位34を脱脂し、その後、該押圧加工部位34に前記ペースト30を1mmの厚みで塗布した。   On the other hand, the pressing portion 34 of the forging punch 32 made of SKH 54 and having the shape and dimensions shown in FIG. 5 was degreased, and then the paste 30 was applied to the pressing portion 34 with a thickness of 1 mm.

ペースト30を風乾した後、リード線16を介して直流電源22の負極を鍛造加工用パンチ32の露呈部分に電気的に接続した。なお、直流電源22の発生電圧は、鍛造加工用パンチ32の表面積10cm2当たり10Vとした。 After the paste 30 was air-dried, the negative electrode of the DC power supply 22 was electrically connected to the exposed portion of the forging punch 32 via the lead wire 16. The generated voltage of the DC power source 22 was 10 V per 10 cm 2 of surface area of the forging punch 32.

20秒後、鍛造加工用パンチ32におけるペースト塗布部位に誘電コイル24を接近させ、発振周波数を240MHzとして15秒間、電磁力による振動を付与することで加熱した。6秒間静置した後、加熱した部位を冷却水で冷却した。   After 20 seconds, the dielectric coil 24 was brought close to the paste application site in the forging punch 32, and the oscillation frequency was 240 MHz and heating was performed by applying vibration by electromagnetic force for 15 seconds. After leaving still for 6 seconds, the heated part was cooled with cooling water.

別の鍛造加工用パンチ32に対して以上の操作を行い、その中の1本につきペースト塗布部位(振動付与部位)に対して0.2mmを研削する仕上げ加工を行った後に破断して、断面観察を行った。その結果、鍛造加工用パンチ32の表層に70〜100μmの溶け込み部が認められ、さらに、その下方に、100μm程度の変質部が認められた。すなわち、原材料粉末の構成原子が拡散することによって皮膜26が形成されていた。また、その表面は、メッキや溶射によって設けられる皮膜に対して滑らかであり、JISに規格される表面粗さの数値は1/3〜1/4程度であった。   The above operation is performed on another forging punch 32, one of which is subjected to a finishing process of grinding 0.2 mm to the paste application site (vibration application site), and then the fracture is performed. Observations were made. As a result, a melted portion of 70 to 100 μm was found on the surface layer of the forging punch 32, and an altered portion of about 100 μm was found below the melted portion. That is, the film 26 was formed by the diffusion of constituent atoms of the raw material powder. Moreover, the surface was smooth with respect to the film | membrane provided by plating or thermal spraying, and the numerical value of the surface roughness specified by JIS was about 1/3 to 1/4.

一方、残余の1本を用いて鍛造加工を行ったところ、約40000ショットを終了した時点で押圧加工部位34にかじりが生じた。   On the other hand, when forging was performed using the remaining one, galling occurred in the pressed portion 34 when about 40,000 shots were completed.

比較のため、押圧加工部位34に5μmのTiNコーティングが施された同一形状・寸法のSKH54製鍛造加工用パンチ32を使用し、鍛造加工を行った。この場合、かじりは約7000ショットを終了した時点で発生した。すなわち、かじりが生じるまでのショット数、換言すれば、寿命が著しく短期化した。   For comparison, forging was performed using a SKH54 forging punch 32 having the same shape and dimensions in which a 5 μm TiN coating was applied to the pressing portion 34. In this case, galling occurred when about 7000 shots were completed. That is, the number of shots until galling occurs, in other words, the lifetime is significantly shortened.

Cu、Al、Si、Mn、Ni、Fe、B、C、Ti、Cr、Mo及びZnの各粉末を20:8:6:28:15:3:3:0.2:6:4:3:3.8の割合で混合し、原材料粉末とした。この原材料粉末を、エポキシ樹脂、アセトン及びアルコールの混合溶液に添加してペーストとした。   Each powder of Cu, Al, Si, Mn, Ni, Fe, B, C, Ti, Cr, Mo and Zn was added to 20: 8: 6: 28: 15: 3: 3: 0.2: 6: 4: 3 : Mixed at a ratio of 3.8 to obtain raw material powder. This raw material powder was added to a mixed solution of epoxy resin, acetone and alcohol to obtain a paste.

このペーストを、SKH54からなり、図6に示す形状・寸法のAC4A製テストピース40の頭頂部42に対し、0.5mmの厚みで直径が10mmとなるように塗布した。   This paste was made of SKH54 and applied to the top 42 of the AC4A test piece 40 having the shape and dimensions shown in FIG. 6 so that the thickness was 0.5 mm and the diameter was 10 mm.

ペーストを風乾した後、リード線16を介して直流電源22の負極をテストピース40の露呈部分に電気的に接続した。なお、直流電源22の発生電圧は、90Vとした。   After the paste was air-dried, the negative electrode of the DC power source 22 was electrically connected to the exposed portion of the test piece 40 via the lead wire 16. The generated voltage of the DC power source 22 was 90V.

この状態で、テストピース40を120℃となるまで予熱して2分間保持し、発振周波数を300MHzとして15秒間、電磁力による振動を付与することで加熱した。8秒間静置した後、加熱した部位を冷却水で冷却した。   In this state, the test piece 40 was preheated to 120 ° C. and held for 2 minutes, and heated by applying vibration by electromagnetic force for 15 seconds with an oscillation frequency of 300 MHz. After standing for 8 seconds, the heated part was cooled with cooling water.

ペースト塗布部位(振動付与部位)近傍を深さ方向に沿って破断し、断面観察を行った。その結果、塗布物の厚みが0.2mmに減少していること、0.3mm程度の溶け込み部が形成されていること、さらに、該溶け込み部の下方に0.6〜0.7mm程度の変質部(拡散部)が形成されていることが認められた。すなわち、この場合においても、原材料粉末の構成原子が拡散することによって皮膜26が形成されていた。   The vicinity of the paste application site (vibration application site) was broken along the depth direction, and the cross-section was observed. As a result, the thickness of the applied product is reduced to 0.2 mm, a penetration portion of about 0.3 mm is formed, and further, the alteration is about 0.6 to 0.7 mm below the penetration portion. It was recognized that a part (diffusion part) was formed. That is, also in this case, the film 26 was formed by diffusion of constituent atoms of the raw material powder.

拡散部のブリネル硬度測定を行ったところ356であり、皮膜形成前のブリネル硬度が150であったのに対して約200もの硬度上昇が認められた。   When the Brinell hardness of the diffusion portion was measured, it was 356, and the Brinell hardness before film formation was 150, whereas an increase of about 200 hardness was recognized.

本実施の形態に係る皮膜形成方法が実施されるワーク(金属製部材)の深さ方向に沿う概略断面説明図である。It is a schematic sectional explanatory drawing in alignment with the depth direction of the workpiece | work (metallic member) in which the film formation method concerning this Embodiment is implemented. 図1のワークに原材料粉末を塗布する一方、直流電源の負極を電気的に接続した状態を示す概略断面説明図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional explanatory diagram illustrating a state in which raw material powder is applied to the workpiece of FIG. 1 and a negative electrode of a DC power source is electrically connected. 原材料粉末が塗布され、且つ直流電源の負極が電気的に接続されたワークに対し、コロナ放電を行うことで電磁力による振動を付与している状態を示す概略断面説明図である。It is a schematic sectional explanatory drawing which shows the state which has given the vibration by electromagnetic force by performing corona discharge with respect to the workpiece | work which apply | coated raw material powder and the negative electrode of DC power supply was electrically connected. 皮膜が形成されたワークの深さ方向に沿う概略断面説明図である。It is a schematic sectional explanatory drawing along the depth direction of the workpiece | work in which the membrane | film | coat was formed. 皮膜を形成する鍛造加工用パンチ(Fe系合金製)の軸線方向に沿う概略全体側面図である。It is a general | schematic whole side view in alignment with the axial direction of the punch for forging process (product made from Fe type alloy) which forms a film | membrane. 皮膜を形成するテストピース(Al系合金製)の概略全体斜視図である。It is a schematic whole perspective view of the test piece (product made from Al type alloy) which forms a membrane | film | coat.

符号の説明Explanation of symbols

10…ワーク 12…下地
14…酸化物膜 18…塗布剤
22…直流電源 24…誘電コイル
26…皮膜 30…ペースト
32…鍛造加工用パンチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Work 12 ... Base 14 ... Oxide film 18 ... Coating agent 22 ... DC power supply 24 ... Dielectric coil 26 ... Film 30 ... Paste 32 ... Forging punch

Claims (5)

金属製部材の表面に皮膜を形成する皮膜形成方法であって、
皮膜となる原材料粉末を前記金属製部材の表面に塗布する工程と、
前記金属製部材に対して直流電源の負極のみを電気的に接続する工程と、
磁界を発生させ、前記負極が電気的に接続された前記金属製部材における前記原材料粉末が塗布された部位に電磁力による振動を付与することで、該原材料粉末から皮膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする皮膜形成方法。
A film forming method for forming a film on the surface of a metal member,
Applying raw material powder to be a film on the surface of the metal member;
Electrically connecting only a negative electrode of a DC power source to the metal member;
Forming a film from the raw material powder by generating a magnetic field and applying vibration by electromagnetic force to a portion of the metal member to which the negative electrode is electrically connected to which the raw material powder is applied;
A film forming method characterized by comprising:
請求項1記載の皮膜形成方法において、前記電磁力による振動の付与を、コロナ放電によって行うことを特徴とする皮膜形成方法。   2. The film forming method according to claim 1, wherein the application of vibration by the electromagnetic force is performed by corona discharge. 請求項2記載の皮膜形成方法において、前記金属製部材として鉄系合金からなるものを選定するとともに、誘導周波数を30MHz〜3.5GHzとして前記コロナ放電を行うことを特徴とする皮膜形成方法。   3. The film forming method according to claim 2, wherein the metal member is made of an iron-based alloy, and the corona discharge is performed at an induction frequency of 30 MHz to 3.5 GHz. 請求項2記載の皮膜形成方法において、前記金属製部材としてアルミニウム系合金からなるものを選定するとともに、誘導周波数を60MHz〜3.5GHzとして前記コロナ放電を行うことを特徴とする皮膜形成方法。   3. The film forming method according to claim 2, wherein the metal member is made of an aluminum alloy and the corona discharge is performed at an induction frequency of 60 MHz to 3.5 GHz. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の皮膜形成方法において、前記金属製部材に対して前記負極を電気的に接続し、前記金属製部材を100〜180℃に予熱した後、前記原材料粉末が塗布された部位に電磁力による振動を付与することを特徴とする皮膜形成方法。   5. The film forming method according to claim 1, wherein the negative electrode is electrically connected to the metal member, the metal member is preheated to 100 to 180 ° C., and then the raw material. A method for forming a film, comprising applying vibration by electromagnetic force to a portion where powder is applied.
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