JP4895477B2

JP4895477B2 - 放電表面処理方法および放電表面処理装置。

Info

Publication number: JP4895477B2
Application number: JP2004020623A
Authority: JP
Inventors: 昭弘後藤; 雅夫秋吉; 勝弘松尾; 宏行落合; 光敏渡辺; 崇古川
Original assignee: IHI Corp; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: IHI Corp; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: JP2005213554A

Description

本発明は、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を電極として、電極とワークとの間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギにより、ワーク表面に電極材料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被膜を形成する放電表面処理に関するものである。

航空機用ガスタービンエンジンのタービンブレードなどの表面には、高温環境下での強度と潤滑性を持った材料をコーティングあるいは肉盛りする必要がある。
高温環境下でＣｒ（クロム）やＭｏ（モリブデン）が酸化されて酸化物となることで潤滑性を発揮することがわかってきていることから、Ｃｏ（コバルト）をベースとし、ＣｒやＭｏを含んだ材料を溶接・溶射などの方法で被膜を厚く盛り上げている。
ここで、溶接とは、ワークと溶接棒との間の放電により溶接棒の材料をワークに溶融付着させる方法であり、溶射とは、金属材料を溶かした状態にし、スプレー状にワークに吹き付け皮膜を形成させる方法である。
しかしながら、この溶接・溶射の何れの方法も人手による作業であり、熟練を要するため、作業をライン化することが困難であり、コストが高くなるという問題がある。
また、特に溶接は、熱が集中してワークに入る方法であるため、厚みの薄い材料を処理する場合や、単結晶合金・一方向凝固合金など方向制御合金のように割れやすい材料では、溶接割れが発生しやすく歩留まりが低いという問題もある。

一方、高温環境下での強度と潤滑性を有する溶接・溶射等の表面処理方法とは異なるが、その他の表面処理技術としては、例えば国際公開ＷＯ９９/５８７４４号に示されるように放電加工による表面処理も確立している。

国際公開ＷＯ９９/５８７４４号公報

放電表面処理による厚膜の形成では、電極側からの材料の供給とその供給された材料のワーク表面での溶融及びワーク材料との結合の仕方が被膜性能に最も影響を与える。
国際公開ＷＯ９９/５８７４４号公報に示された電極製造方法では、電極にはある程度の硬さを持たせつつ放電による電極材料の供給を抑え、供給された材料を十分溶融させることによりワーク表面に硬質セラミックス被膜を形成している。
この方法では、形成される被膜は１０μｍ程度までの薄膜に限定される。
しかしながら、高温環境下での強度と潤滑性を必要とされるような用途など、緻密で比較的厚い被膜（１００μｍのオーダー以上の厚膜）の形成が求められている。

本発明は、高温環境下での強度と潤滑性を必要とされる、緻密で比較的厚膜の表面処理方法を確立することを目的とする。

第１の発明に係わる放電表面処理方法は、金属粉末または金属の化合物の粉末、或い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、加工液中あるいは気中において電極とワークの間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギにより、ワーク表面に電極材料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被膜を形成する放電表面処理において、放電パルス電流の初期部分のピーク電流値を高くした電流波形により表面処理を行なうものである。

本発明に係わる放電表面処理方法は、電極の状態に応じて電極から極間に供給される電極材料の量を制御することができるようになうため、緻密な被膜の形成を効率よく行なうことができる。

従来の放電表面処理に用いられる電極成分は、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等の材料が油中での放電により化学反応し、工作物表面の材質が、鋼材（鋼材に処理する場合）からセラミックスであるＴｉＣ（炭化チタン）という硬質の炭化物に変わり、熱伝導・融点などの特性が変化する放電表面処理が行われてきた。
そして、発明者らの実験により、電極材質の成分に炭化し難い（炭化物を生成しにくい）材料を電極に加えることで、金属のまま被膜に残る材料が増え、放電表面処理により得られる被膜を厚くできることが見出され、厚膜形成のために電極の材料的条件が重要であることがわかってきた。

また、放電表面処理による厚膜形成の場合には、電極の硬さも被膜形成に大きくかかわる要素であることも発明者らの実験により見出された。
図１３は、Ｃｒ（クロム）２５重量％、Ｎｉ（ニッケル）１０重量％、Ｗ（タングステン）７重量％、Ｃｏ（コバルト）残の平均粒径６μｍの合金粉末からなる電極の硬さを各々変化（４Ｈ〜９Ｂ）させ、矩形形状の電流波形のパスルにより厚膜形成を施した際の、被膜形成の状態を示す評価グラフである。
ここで、使用した放電のパルス条件は、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であり、１５ｍｍ×１５ｍｍの面積の電極で被膜を形成した（図１４）。

図１３に示されるように、電極の硬さが４Ｂから７Ｂ程度の硬さの場合が最も被膜の状態がよく、緻密な厚膜が形成できている。
ただし、その範囲を多少外れても厚膜の形成が可能な範囲はあり、硬い方向ではＢ程度の硬さまでは厚膜ができ、軟らかい方向では、８Ｂ程度までは厚膜の形成はできる。
しかし、電極が硬くなるに従い放電パルスにより電極が崩れにくく、極間に放出される電極材料が少なくなるため、被膜の形成速度は遅くなる傾向があり、Ｂ程度の硬さでは、厚膜の形成はかなり難しくなる。
さらに硬くなると厚膜の形成はできなくなり、硬くなるに従い放電により工作物側を除去加工するようになる。
また、軟らかい方向では、８Ｂ程度までの硬さでは厚膜の形成はできるが、組織の分析をすると、放電パルスにより電極が崩れやすいため多量の電極材料が極間に放出され、空孔が徐々に増えていく傾向にあり、９Ｂ程度より電極が軟らかくなると電極成分が十分溶融しないままに工作物側に付着するようなポーラスな現象が見られるようになる。

つまり、放電表面処理、特に放電表面処理による厚膜形成には電極の強度が大きく影響していることがわかる。
ここで、硬さが適切な状態の場合に緻密な厚膜の形成ができるが、その範囲は狭い。
ただし、この硬さの範囲は、上記材料の上記粒径の場合であり、材料が別のものであったり、粒径が変わった場合には硬さの範囲も変わる。一般的には粒径が小さくなるほど適切な硬さは硬い方向へシフトする。

上記例では、「Ｃｒ（クロム）２５重量％、Ｎｉ（ニッケル）１０重量％、Ｗ（タングステン）７重量％、Ｃｏ（コバルト）残」の合金材料を電極として厚膜を形成したが、先に述べたように、放電表面処理により厚膜を形成するのには、電極材質の成分に炭化し難い（炭化物を生成しにくい）材料が存在して、（油中の放電によっても炭化物にならずに）金属のまま被膜に残る材料があることが重要であることがわかった。
この点について、以下に説明する。

図１５に示すように、炭化物であるＣｒ_３Ｃ_２（炭化クロム）と炭化物を形成しにくい材料であるＣｏ（コバルト）とを混合した粉末を圧縮成形し、その後に電極強度を増すため加熱して電極を製作した場合、炭化物を形成しにくいＣｏの量を変化させることで厚膜の形成しやすさが変わっていく。
ここでの、放電のパルスは条件は、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、処理時間は１５分で被膜を形成した。
なお、極性は、電極がマイナス、ワークがプラスの極性を使用した。

このようなパルス条件に基づいて被膜を形成した場合、製作した電極内にあって、Ｃｏが含有する重量％によってワーク上に形成される被膜の厚さが異なり、図１５によれば、Ｃｏ含有量が低い場合には１０μｍ程の膜厚であったものが、Ｃｏ含有量３０体積％程度から次第に厚くなり、Ｃｏ含有量５０体積％を過ぎたころから１００００μｍ近くにまで厚くなることを示している。
なお、図１５のグラフには、Ｃｏ量３０体積％程度から滑らかに膜厚が上昇するように記載しているが、これは、複数回の試験を行なった平均値であり、実際には、Ｃｏ量が３０体積％程度の場合には、厚く被膜が盛り上がらない場合があったり、厚く盛りあがった場合でも、被膜の強度が弱い、すなわち、金属片などで強く擦ると除去されてしまう場合などもあり、安定しない。

別の観点から説明すると、上記のような条件に基づいてワーク上に被膜を形成した場合、電極内のＣｏが０％の場合、すなわち、Ｃｒ_３Ｃ_２が１００重量％の場合には、形成できる被膜の厚さは１０μｍ程度が限界であり、それ以上厚みを増すことはできない。
そして、Ｃｏの如き炭化物を形成しにくい材料が電極内にない場合の処理時間に対する被膜の厚さの様子は図１６のようになる。
図１６によれば、処理の初期は、被膜が時間とともに成長して厚くなり、あるところ（約５分／ｃｍ^２）で飽和する。
その後しばらく膜厚は成長しないが、ある時間（２０分／ｃｍ^２程度）以上処理を続けると今度は被膜の厚みが減少しはじめ、最後には被膜高さはマイナス、すなわち掘り込みに変わってしまう。
ただし、掘り込んだ状態でも被膜は存在しており、その厚み自体は１０μｍ程度であり、適切な時間で処理した状態とほとんど変わらない。

つまり、このように被膜中に金属として残る材料を多くすることにより、炭化物になっていない金属成分を含む被膜を形成することができ、安定して厚膜が形成しやすくなる。
ここでいう体積％は混合するそれぞれ粉末の重量をそれぞれの材料の密度で割った値の比率のことであり、粉末全体の材料の体積中においてその材料が占める体積の割合である。
電極中におけるＣｏの含有量が７０体積％の場合、厚さ２ｍｍ程度の厚膜を形成できた。
この被膜は１５分の処理時間で形成されたものであるが、処理時間を増せばさらに厚い被膜にすることができる。

このようにして、電極内にＣｏ等の炭化しにくい材料あるいは炭化しない材料を４０体積％以上含有する電極を用いることによって、放電表面処理によりワーク表面に安定して厚い被膜を形成することができる。
より好ましくはＣｏ量が５０体積％を超えるとよく、このように被膜中に金属として残る材料を多くすることにより、炭化物になっていない金属成分を含む被膜を形成することができ、安定して厚膜が形成しやすくなる。
上記においては、炭化物を形成しにくい材料としてＣｏを用いた場合について説明したが、Ｎｉ、Ｆｅなども同様の結果を得られる材料であり、本発明に用いて好適である。

本実施の形態では、発明者らの実験により見出された上記の現象を元に、効率的に放電表面処理を行う手法について説明する。

実施の形態１．
本実施の形態における放電表面処理方法について説明する。
図１は、本発明の第一の実施の形態の放電表面処理方法に使用する電極の製造のためのプロセスである。
図において、１は平均粒径６μｍ程度の合金粉末であり、その組成は「Ｃｒ（クロム）２５重量％、Ｎｉ（ニッケル）１０重量％、Ｗ（タングステン）７重量％、Ｃｏ（コバルト）残」である。３は金型の上パンチ、４は金型の下パンチ、５は金型のダイである。

図１に示す電極の製作の工程は以下の通りである。
粉末を金型に入れてパンチにより１００ＭＰａ程度の圧力をかけてプレスする。
所定のプレス圧を粉末にかけることで、粉末はかたまり圧粉体となる。
プレスの際に粉末内部へのプレスの圧力の伝わりを良くするために粉末にパラフィンなどのワックスを重量比で１％から１０％程度混入すると成形性を改善することができる。
しかし、電極内のワックスの残留量が多くなるほど電気伝導度が悪くなるため、ワックスを混入した際には後の工程でワックスを除去することが望ましい。

圧縮成形された圧粉体は、圧縮により所定の硬さが得られていればそのまま放電表面処理用の電極として使用することができるが、通常は所望の硬さを得るために加熱処理を行なう。
加熱温度を高くすると電極は硬くなり、加熱温度を低くすると電極は軟らかくなる。
また、電極材料の粉末の粒径が小さい場合には電極は硬くなり、粉末の粒径が大きい場合には電極は軟らかくなる。
電極が軟らかい場合には、放電パルスにより電極が崩れやすいため多量の電極材料が極間に放出されるため、被膜がポーラスな状態となりやすく、電極が硬い場合には、放電パルスにより電極が崩れ難く、極間に放出される電極材料が少ないいため、圧膜の形成が困難になる。
このような状況を克服することが本実施の形態の目的である。

さて、以上のような工程で製作された合金粉末1からなる電極１１を用いて放電表面処理を行なう様子を図２に示す。
図において、１１は電極、１２はワーク、１３は加工液、１４は放電表面処理用電源、１５は放電のアーク柱である。
本例では粉末は粒径６μｍの合金粉末（「Ｃｒ（クロム）２５重量％、Ｎｉ（ニッケル）１０重量％、Ｗ（タングステン）７重量％、Ｃｏ（コバルト）残」）としているが、「Ｃｒ（クロム）１５重量％、Ｆｅ（鉄）８重量％、Ｎｉ（ニッケル）残」、「Ｃｒ（クロム）２１重量％、Ｍｏ（モリブデン）９重量％、Ｔａ（タンタル）４重量％、Ｎｉ（ニッケル）残」、「Ｃｒ（クロム）１９重量％、Ｎｉ（ニッケル）５３重量％、Ｍｏ（モリブデン）３重量％、（Ｃｄ＋Ｔａ）５重量％、Ｔｉ（チタン）０．８重量％、Ａｌ（アルミ）０．６重量％、Ｆｅ（鉄）残」、「Ｍｏ（モリブデン）２８重量％、Ｃｒ（クロム）１７重量％、Ｓｉ（シリコン）３重量％、Ｃｏ（コバルト）残」、「Ｃｒ（クロム）２５重量％、Ｎｉ（ニッケル）１０重量％、Ｗ（タングステン）７重量％、Ｃｏ（コバルト）残」、「Ｃｒ（クロム）２０重量％、Ｎｉ（ニッケル）１０重量％、Ｗ（タングステン）１５重量％、Ｃｏ（コバルト）残」などの材料でも同様に厚膜が形成できる。
また、粒径は前後してもよく、例えば、粒径が小さくなった場合には、以下に述べる電極硬さの範囲が硬い方向にずれるだけである。

電極１１とワーク１２の間にパルス状の放電を発生させると、放電のエネルギーにより電極材料が放出されワーク表面に達する。
この際、電極材料の一部は放電のエネルギーにより溶融しワーク表面に凝固し、被膜となる。
緻密な厚膜を放電表面処理により形成するためには、放電のパルスによる電極材料の極間（その後はワーク表面）への供給量が適切であり、かつ、供給された電極材料がその放電パルスにより溶融されてワーク表面に強固に結合することが必要である。
本例の合金粉末（６μｍ）の場合には、図１５のような矩形波状の電流パルスを使用する場合には、電極の硬さがJIS K 5600-5-4にある塗膜用鉛筆引かき試験でＢから９Ｂ程度の硬さの範囲にあることが必要であることが実験より求められた。

図３は本発明の本発明の第一の実施の形態の放電表面処理方法を行なう場合の、極間電圧・電流波形の例を示している。
ここで使用した放電のパルスはのパルス条件は、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の条件であり、ピーク電流値ｉｅ＝１０Ａ、放電持続時間（放電パルス幅）ｔｅ＝６４μｓの電流パルスの先頭に２０Ａ程度の電流を加えた。
図３に示すように電圧波形はアーク電位に電極の抵抗による電圧降下分を含んだ電圧値になっている。
図に示すように電流パルスの先頭部分の電流値を２倍程度に大きくすることで、放電パルス初期に電極を崩し、電極材料の極間への供給量を増やすことができる。
これにより、電極硬さが、JIS K 5600-5-4にある塗膜用鉛筆引かき試験で６Ｂから７Ｈ程度の硬い状態でも、高い電流値により電極を崩すことができるため、被膜の形成が可能になった。

図４は、図３の電流波形を実現するための回路の例である。図において、２１は放電表面処理用電極、２２はワーク（被処理材）、２３は第一の電源、２４は第一の電源のスイッチング素子群、２５は第一の電源の抵抗器群、２６は第一の電源のスイッチング素子群２４及び第二の電源のスイッチング素子２９の制御回路、２７は加工液、２８は第二の電源、２９は第ニの電源のスイッチング素子、３０は第ニの電源の抵抗器である。

次に図４で示した回路の動作について説明する。
放電表面処理用電極２１とワーク２２を油の加工液２７中において対向させ、図示しない駆動装置によりある距離を保つ。
制御回路２６によりオン状態となったスイッチング素子２４により、放電表面処理用電極２１とワーク２２との間に電圧が印加され、しばらくすると放電が発生する。
放電の発生を電圧が降下したことにより検出した時点で、制御回路２６により、第二の電源のスイッチング素子２９をオンする。
すると第一の電源２３から流れる矩形波状の電流値に第二の電源２８から流れる電流がプラスされた電流が流れる。
第二の電源２８につながる抵抗器３０は第一の電源の抵抗器２５よりも小さな値としてあり、短い時間で高い電流値を流すことができる。

図５は、図３の電流波形を実現するための他の回路の例である。
図において、３１は放電表面処理用電極、３２はワーク（被処理材）、３３はの電源、３４はスイッチング素子群、３５は抵抗器群、３６はスイッチング素子群３４の制御回路、３７は加工液、３８はコンデンサーである。

次に回路の動作について説明する。
放電表面処理用電極３１とワーク３２を加工液３７中において対向させ、図示しない駆動装置によりある距離を保つ。
制御回路３６によりオン状態となったスイッチング素子３４により、放電表面処理用電極３１とワーク３２との間に電圧が印加され、しばらくすると放電が発生する。
放電の発生した時点で、コンデンサー３８に充電されていた電荷が放出され電源３３からの矩形波状の電流波形の先頭部分にプラスされて先頭の電流値の高い電流波形が形成される（図６）。

図５の回路は簡便に放電電流パルスの先頭の電流値を高くするのには都合が良いが、図６に示すようにコンデンサーからの高いピークの電流の後には、コンデンサーの電流の逆側の半波の影響で電流の低い部分ができるという問題がある。
特に電源３３からの電流値が低い場合には、この逆の半波の部分で放電電流が途切れる現象が見られることがある。放電電流が途中で途切れると被膜中の空間が多くなる傾向にあることが発明者らの実験によりわかっている。

この現象を改善するための回路がを図７に示す。
図において、４１は放電表面処理用電極、４２はワーク（被処理材）、４３はの電源、４４はスイッチング素子群、４５は抵抗器群、４６はスイッチング素子群４４の制御回路、４７は加工液、４８はコンデンサー、４９は第二のコンデンサー、５０は第二のコンデンサー４９に直列に接続されたリアクタンスである。

次に図７の回路の動作について説明する。
放電表面処理用電極４１とワーク４２を加工液４７中において対向させ、図示しない駆動装置によりある距離を保つ。
制御回路４６によりオン状態となったスイッチング素子により、放電表面処理用電極４１とワーク４２との間に電圧が印加され、しばらくすると放電が発生する。
放電の発生した時点で、コンデンサー４８に充電された電荷が放出され電源４３からの矩形波状の電流波形の先頭部分にプラスされて先頭の電流値の高い電流波形が形成される。
図６に示すようにコンデンサーからの高いピークの電流の後には、コンデンサー４８の電流の逆側の半波の影響で電流の低い部分ができるが、第二のコンデンサー４９に充電された電荷はリアクタンス５０の影響で遅れて極間に流れるので、コンデンサー４８による電流のピークの後の電流の低い部分を埋めることができ、放電電流が途切れる現象を防ぐことができる（図８）。

本実施の形態によれば、電流パルスの先頭部分の電流値を大きくすることで、放電パルス初期に電極を崩し、電極材料の極間への供給量を増やすことができる。
そのため、電極選定の範囲が広がるという効果がある。実験からは、先頭電流のパルス幅は１μｓ程度以下がよいようであり、それ以上長くなると被膜注の空間の割合が増え弱い被膜になる傾向があるようである。

実施の形態２．
電極製作の際の加熱温度が低い場合、あるいは、電極材料の粉末の粒径が大きい場合には電極が軟らかくなるが、そのような状態で、放電表面処理を行なうと、放電パルスにより電極が崩れやすいため多量の電極材料が極間に放出されて溶融しきれず、被膜がポーラスな状態となる。
特に、電極材質の成分に、ＣｏやＮｉやＦｅなどの炭化物を形成し難いしない材料を混合して被膜を厚くする場合には、電極の材料の極間への供給を薄い被膜の場合より多くする必要があるが、多過ぎる場合には、金属で軽く擦った程度ではがれる緻密さのない弱い被膜にしかならない。

このような現象を解決するためには、電極の硬さや電極材料の粉末の粒径など電極の構造を変えることが重要であるが、放電の電流パルスを変えることにより、電極の構造のより広い範囲に対して対応できるようにしたものが、本実施の形態である。

本発明の第２の実施の形態を図９を用いて説明する。
図において、図において、５１は放電表面処理用電極、５２はワーク（被処理材）、５３はの電源、５４はスイッチング素子群、５５は抵抗器群、５６はスイッチング素子群５４の制御回路、５７は加工液である。

次に回路の動作について説明する。
放電表面処理用電極５１とワーク５２を加工液５７中において対向させ、図示しない駆動装置によりある距離を保つ。
制御回路５６によりオン状態となったスイッチング素子５４により、放電表面処理用電極５１とワーク５２との間に電圧が印加され、しばらくすると放電が発生する。
放電の発生を検出した時点で、所定の時間間隔で制御回路５６により、オンするスイッチング素子５４（S1、S2・・・）を順次切り換えることにより電流値を増加させる（図９のパルス幅１の部分：１０μｓ程度）。
その後所定の時間（図９のパルス幅２の部分：６４μｓ）経過した後、制御回路５６によりスイッチング素子５４をオフして電流を停止する。
ある時間（休止時間：１２８μｓ）経過した後、再び制御回路５６によりスイッチング素子５４をオンする。
以上の動作を繰り返すことにより、放電表面処理を行う。
ここで使用した電流値は、ピーク電流値ｉｅ＝１０Ａ（後半のピーク電流値の1/2程度）であり、１０μｓ程度の時間をかけて２Ａ程度から１０Ａまで立ち上がる電流波形とした。

以上の回路により、通常の矩形波状の電流パルスでは、被膜がポーラスな状態となった軟らかい電極でも、緻密な被膜を形成することができた。
これは、電極を崩して電極材料を供給するには放電電流の先頭の部分の電流値が大きく影響するためであると考えている。先頭部分が大電流であれば、電極を大きく崩し、先頭部分が小さな電流値であれば、電極が崩れる、すなわち、電極材料を供給する量が少なくなると考えている。

なお、図９では、電流パルスの先頭部分がなだらかに電流の増加するパルス波形の例を示したが、図１０のように、先頭部分が低い一定の電流値の場合でも同様の効果を得ることができる。この場合には電流値を漸増させる必要がないので、回路が簡単になり、制御も簡単になるという利点がある。

本実施の形態によれば、電流パルスの最初の電流値を小さくすることができるので、柔らかい電極を用いて放電表面処理を行ったとしても、電極材料を余分に極間に放出することがないので、ポーラスな被膜形成を防ぐことができる。
そのため、電極選定の範囲が広がるという効果がある。

実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２において、電極が硬い場合、軟らかい場合に緻密な厚膜を形成する方法について説明したが、発明者らは、電極が硬い場合、軟らかい場合は放電パルスの電圧波形により判断することができることを見出した。
その具体例について、図１１を用いて説明する。
電極が硬い場合には、電極の抵抗値が低いため、放電電圧が図１１（ａ）のように低い値になる。
反対に、電極が軟らかい場合には、電極の抵抗値が高いため、放電電圧が図１２（ｃ）のように高い値になる。
すなわち、電極固さと抵抗値には強い相関があり、電極が硬い場合には、電極材料が供給されにくく、電極が軟らかい場合には電極材料が（過剰に）供給されやすい。
これら現象を用いて、放電電圧が低い場合には電極材料の供給を増し、放電電圧が高い場合には電極材料の供給を減らして被膜の溶融を進めることで、適応的に被膜の緻密化、および、厚膜形成の効率化が図れる。

図１２を用いて本実施の形態における放電表面処理方法について説明する。
図において、６１は放電表面処理用電極、６２はワーク（被処理材）、６３は第一の電源、６４は第一の電源のスイッチング素子群、６５は第一の電源の抵抗器群、６６は第一の電源のスイッチング素子群６４及び第二の電源のスイッチング素子６９の制御回路、６７は加工液、６８は第二の電源、６９は第ニの電源のスイッチング素子、７０は第ニの電源の抵抗器、７１は第一のコンパレータ、７２は第二のコンパレータである。

次に回路の動作について説明する。
制御回路６６により第一の電源６３のスイッチング素子群６４のうちの放電電流値の低いスイッチを選択してオンする。
すると極間に電圧が印加され、しばらくすると放電が発生する。
放電が発生した直後の電圧値を第一のコンパレータ７１と第二のコンパレータ７２の基準電圧と比較する。
ここで、図１１（ａ）の電圧は２５Ｖ〜４０Ｖ程度、図１１（ｂ）の電圧は４０Ｖ〜５０Ｖ程度、図１１（ｃ）の電圧は５０Ｖ〜６５Ｖ程度である。
第一のコンパレータ７１の基準電圧は、図１１（ａ）と図１１（ｂ）の間の値、すなわちおおよそ４０Ｖ程度、に設定されており、第二のコンパレータ７２の基準電圧は、図１１（ｂ）と図１１（Ｃ）の間の値、すなわち５０Ｖ程度（同上）に設定されている。
放電直後のタイミングを発生させる回路及び放電直後の電圧とコンパレータの基準値との比較結果（すなわちコンパレータ出力）を保持する回路は図中には図示していない。

第一のコンパレータ７１と第二のコンパレータ７２の出力結果より、放電直後の電圧が図１１（ａ）のように低い場合には、直ちに制御回路６６により、第二の電源のスイッチング素子６９をオンする。
すると第一の電源６３から流れる矩形波状の電流値に第二の電源６８から流れる電流がプラスされた電流が流れる。
第二の電流につながる抵抗器７０は第一の電源の抵抗器６５よりも小さな値としてあり、短い時間で高い電流値を流すことができる。
この動さにより、電極材料の極間への供給を増やすことができる。

また、第一のコンパレータ７１と第二のコンパレータ７２の出力結果より、放電直後の電圧が図１１（ｃ）のように高い場合には、所定の時間間隔で制御回路６６により、オンするスイッチング素子６４を順次切り換えることにより電流値を増加させる。電流を徐々に増加させる時間は、前述のように約１０μｓ程度以上とするのが実験的にのぞましい。

また、第一のコンパレータ７１と第二のコンパレータ７２の出力結果より、放電直後の電圧が図１１（ｂ）のように、適切な値の場合には、直ちに制御回路６６により、オンするスイッチング素子６４を設定の電流値のものに即座に変更し、矩形波状の電流パルスを発生させる。

本実施の形態では、２つのコンパレータをもちいて、放電発生時の極間電圧をモニターすることにより、電極の柔らかさを判断することができるため、該電極柔らかさに応じた加工条件を変更し、放電の状態を適切に判断して緻密な被膜を効率的に形成することができる。

放電表面処理装置に使用する電極製造のプロセスを示す図である。放電表面処理を行なう様子を示す図である。極間電圧・電流波形の例を示す図である。本実施の形態の電流波形を実現するための回路例を示した図である。本実施の形態の電流波形を実現するための他の回路例を示した図である。図５の回路構成時の極間電圧・電流波形の例を示す図である。本実施の形態の電流波形を実現するための他の回路例を示した図である。図７の回路構成時の極間電圧・電流波形の例を示す図である。実施の形態２において放電表面処理を行なう際の極間電圧・電流波形を示す図である。実施の形態２のける他の極間電圧・電流波形を示す図である。電極の硬度に応じた放電電圧の状態を示した図である。本実施の形態の電流波形を実現するための回路例を示した図である。電極の硬さを各々変化（４Ｈ〜９Ｂ）させた際の被膜形成の状態を示す評価グラフである。電圧波形及び電流波形を示す図である。Ｃｏ含有量の差による被膜堆積状況を示す図である。Ｃｒ_３Ｃ_２粉末の電極により加工を行った際の加工時間と被膜厚さの関係を示す図である。

符号の説明

１Ｃｒ粉末、２Ｃｏ粉末、３金型の上パンチ、４金型の下パンチ、５金型のダイ、２１放電表面処理用電極、２２ワーク、２３第一の電源、２４第一の電源のスイッチング素子群、２５第一の電源の抵抗器群、２６制御回路、２７加工液、２８第二の電源、２９第ニの電源のスイッチング素子、３０第ニの電源の抵抗器。

Claims

金属粉末または金属の化合物の粉末、或い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、加工液中あるいは気中において電極とワークの間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギにより、ワーク表面に電極材料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被膜を形成する放電表面処理において、
放電パルス電流の初期部分にパルス幅１μｓ以下の高いピーク電流を供給後、該初期部分より低いピーク電流を有する電流波形の放電パルスにより表面処理を行なうことを特徴とする放電表面処理方法。
放電パルス電流の初期部分のピーク電流値は、放電検出時に第２の電源からの電流が供給されることを特徴とする請求項１に記載の放電表面処理方法。
放電パルス電流の初期部分のピーク電流値は、放電検出時に電極及びワークに直列に接続される抵抗値を変化させることにより制御することを特徴とする請求項１に記載の放電表面処理方法。
放電パルス電流の初期部分のピーク電流値は、放電発生時に電極及びワークに並列に接続されるコンデンサから供給されることを特徴とする請求項１に記載の放電表面処理方法。
電極及びワークに並列に接続される第２のコンデンサを設け、放電発生検出から遅延して該第２のコンデンサから電流が供給されることを特徴とする請求項４に記載の放電表面処理方法。
電極を構成する粉末の平均粒径が６μｍであり、電極硬さは６Ｂから７Ｈの範囲の電極を使用して被膜形成を行うことを特徴とする請求項１〜５に記載の放電表面処理方法。
金属粉末または金属の化合物の粉末、或い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、加工液中あるいは気中において電極とワークの間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギにより、ワーク表面に電極材料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被膜を形成する放電表面処理において、
放電発生時の電圧を検出し、第１の所定電圧より放電発生時の電圧が低い場合に電極の硬度が硬いと判断して、該電極材料を過剰に供給すべく制御し、第２の所定電圧より放電発生時の電圧が高い場合に電極の硬度が軟らかいと判断して、該電極材料の供給を減らすべく制御することを特徴とする放電表面処理方法。
放電発生時の電圧に基づき、放電パルス電流の初期部分のピーク電流値を決定し、被膜形成を行なうことを特徴とする請求項７に記載の放電表面処理方法。
放電発生時の極間電圧値が高い場合に放電パルス電流の初期部分のピーク電流値を低くし、放電パルスの放電直後の極間電圧値が低い場合に放電パルス電流の初期部分のピーク電流値を高くすることを特徴とする請求項８に記載の放電表面処理方法。
金属粉末または金属の化合物の粉末、或い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、加工液中あるいは気中において電極とワークの間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギにより、ワーク表面に電極材料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被膜を形成する放電表面処理において、
放電パルス電流の初期部分にパルス幅１μｓ以下の高いピーク電流を供給後、該初期部分より低いピーク電流を有する電流波形の放電パルスを発生させることを特徴とする放電表面処理装置。
少なくとも、放電を発生させる第一の電源と、放電の発生を検出した後にオンされる該第一の電源より高い電圧の直流電源に低インピーダンスで接続された第二の電源、とからなる請求項１０に記載の放電表面処理装置。
放電を発生させる第一の電源と、電極とワークとの間に並列に接続されたコンデンサとを有することを特徴とする請求項１０の放電表面処理装置。
放電を発生させる第一の電源と、電極とワークとの間に並列に接続されたコンデンサと、電極とワークとの間に並列に接続されたコンデンサとリアクタンスとの直列回路とを有することを特徴とする請求項１０の放電表面処理装置。
金属粉末または金属の化合物の粉末、或い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、加工液中あるいは気中において電極とワークの間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギにより、ワーク表面に電極材料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被膜を形成する放電表面処理において、
放電パルスの放電直後の極間電圧値を判別する放電電圧判定装置と、
該放電電圧判定装置の出力に応じて、放電パルスの放電直後の極間電圧値が高い場合に放電パルス電流の初期部分のピーク電流値を低くし、放電パルスの放電直後の極間電圧値が低い場合に放電パルス電流の初期部分のピーク電流値を高くした放電パルスを発生させる電源装置とを有することを特徴とする放電表面処理装置。