JPH04154975A - 表面被覆方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はパルス放電を利用して基材表面に立方晶窒化硼
素（ｃＢＮ）を含む超硬質、耐摩耗性の被覆層を形成す
る方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、チップ電極を基材に対して振動接触させながら、
パルス的放電を繰り返して、放電点のチップ状電極材を
微小量ずつ基材表面に溶着させ、この溶着操作を基材全
面に連続して均一に繰り返すことにより基材表面に−様
な被覆層を形成する表面被覆方法か知られている。

従来この表面被覆方法を利用して、硬化された耐摩面を
形成したり、面粗さ２０〜５０μＲｍａｘ程度の摩擦面
の形成処理か行なわれていた。この場合、被覆材の電極
には主としてＷＣ−ｃｏ合金の超硬材を用いて超硬被覆
処理を行なうのか通常であって、それ以上の硬度の増加
、切削性、耐久性の向上は望めなかった。

また従来、立方晶窒化硼素ｃＢＮの微粒子を被覆電極中
に含ませて放電被覆処理を行なうことも試みられたか、
被覆層中へのｃＢＮの拡散か困難であり、仮に一部移転
しても強固な保持は困難であった。

〔発明か解決しようとする課題〕

本発明は、基材の表面に従来のＷＣ−Ｃｏ材よりも遥か
に硬度の高いｃＢＮを含む表面被覆層を形成し、これに
より被覆層の硬度の増加、耐摩、耐久性の著しい向上を
図ることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、被覆材電極を基
材と対向せしめ、上記電極と基材間にパルス放電を生ぜ
しめる共に、上記電極を基材に対して振動接触、回転接
触もしくはその両運動を行わせて、放電点の電極材もし
くは放電間隙に別途供給される被覆材粉末の微小量づつ
を基材表面に転移、溶着せしめて被覆層を形成する表面
被覆方法において、上記被覆材電極もしくは被覆材粉末
として、その組成中にＢ（Ｂ窒化物を含む）、Ｃ（グラ
ファイトを含む）及びＴｉ（Ｔｉ窒化物を含む）を含み
、かつ触媒としてのＣｒ、Ｖ、Ｍｏ。

Ｎｂ、Ｔａ、Ｗの少なくとも１種を含む材料を用いると
共に、前記放電被覆処理を空気中又は窒素もしくはアン
モニアガス雰囲気中て行なうようにしたことを特徴とす
るものである。

上記放電被覆処理における電極の振動接触、回転接触も
しくはその両運動による基材との接触圧は１００ｇ／ｃ
ｍ２以下とすることが推奨される。

〔作　用〕

このように本発明においては、被覆材として、Ｂ（Ｂ窒
化物を含む）、Ｃ（グラファイトを含む）、Ｔｉ（Ｔｉ
窒化物を含む）を含み、かつ触媒としてのＣｒ、Ｖ、Ｍ
ｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗの少なくとも１種を含む組成のもの
を用い、空気中又は窒素もしくはアンモニアガス雰囲気
中で前記放電被覆処理を行なうことにより、基材表面に
被覆材か溶着する際に、組成元素が周囲の窒素と反応し
て立方晶窒化硼素ｃＢＮが合成され、基材表面に被覆さ
れるものである。このｃＢＮはダイヤモンドと同等の硬
さを持ち、耐熱性、耐摩性に優れ、基材表面に拡散結合
するものであるから、切削研削工具等の耐摩耗性表面処
理として極めて有効である。

〔実　施　例〕

以下、本発明を図面に示した一実施例により具体的に説
明する。

第１図は本発明に係る表面被覆方法を実施するための装
置の一実施例構成図で、図中、■は基材、２は棒状電極
て、棒状電極２は回転スピンドル３の先端にチャック４
により取付固定される。５はスピンドル回転モータ、６
は回転モータ及びスピンドルを支持するラムで、上下動
自在に支持され、上端にネジ７を結合し、このネジの回
転軸８に係合させて」二下送りを与える。９かそのＺ軸
道りモ一部、１０は基材ｌを固定する加工テーブルで、
電極の対向するＺ軸に直交する平面のＹ軸及びＹ軸に駆
動制御され、１１及び１２がその軸送りモータ、１３は
各軸モータに送り信号を供給するＮＣ制御装置、１６は
対向する電極２に通電子１４を介して陽極を接続し、基
材に対して陰極を通電する整流体で、パルストランス１
７の出力を整流する。１８はＦＥＴから成る５００ＫＨ
ｚ〜Ｉ　ＭＨｚの高速スイッチで、フィルタ２０及び整
流体１９によって成形した直流電流をスイッチングパル
ス化してパルストランス１７に供給する。２１はスイッ
チ１８にゲートパルスを供給するワンショットマルチバ
イブレータで、放電回路の回路電流を検出抵抗２５によ
り検出した信号をＡ／Ｄ変換器２３てデジタル化し、そ
のデジタル信号をゲート２２を介してマルチバイブレー
タ２１に供給してこれをトリガーするようになっている
。２６は信号の入出力を絶縁するためのホトカプラ、２
４はスピンドル３に設けた圧力センサ１５の検出信号に
よりゲート２２にセット信号を出力する条件設定器であ
る。

表面被覆処理は、基材１に対向する棒状電極２をモータ
５により回転させなから、モータ９によるＺ軸道りを与
えて基材１の表面に軽く接触させる。そのときの基材ｌ
と電極２の接触圧は、圧力センサ１５により検出し、通
常はこれを１００ｇ／ｃｍ２以下の圧力に設定し、圧力
センサ１５の信号をＮＣ制御装置１３にフィードバック
して設定圧力になったときモータ９によるＺ軸道りを停
止する。この状態において電極２は基材１に対して軽く
接触した状態て回転しており、数百ＲＰＡＩ〜数万ＲＰ
Ｍの回転数で回転させることによって、電極２は基材ｌ
と接触開離運動するようになる。この状態て電極２と基
材１間にパルス電圧を加えて両者間に放電を発生させる
。マルチバイブレータ２１の発振出力をスイッチ１８に
加えてオン、オフスイッチングすることにより発生する
パルスをトランスインバータ１７に加え、そのトランス
出力を整流体１６により極性化したパルスを電極２と基
材ｌとの間に供給する。検出抵抗２５によるアナログ信
号をＡ／Ｄ変換器２３てデジタル化することにより、バ
イブレータ２１をトリガーしてパルスを発生させるから
Ａ／Ｄ変換器２３によりパルス周波数を制御でき、スイ
ッチ１８を５００ＫＨｚ−Ｉ　ＭＨｚ程度でオン、オフ
スイッチングして高周波パルスを間隙に供給することか
てきる。パルス放電によって電極２の微小放電点は溶解
し、この溶解物が電極２の回転運動によって基材ｌの放
電加熱部分に転移溶着する。電極２、基材１間のパルス
放電は繰り返して行われ、微小量づつ電極材が基材ｌに
繰り返して溶着していく。

この時、ＮＣ制御装置１３は設定されたプログラムで設
定された速度、ｒ−ｘ、ｙ軸道りモータ１１．１２を駆
動し、基材ｌを移動制御するから、電極２との対向部分
か移動し、この移動制御とパルス放電の繰返し制御によ
って電極材の転移溶着による被覆か基材の位置をずらし
ながら順次に連続して行なわれ、基材ｌの表面に−様な
被覆層か形成されるようになる。ＮＣ制御によって被覆
層の上に更に重ねて被覆加工を施すか、この場合被覆層
の厚さに対応して電極２の接触圧が変化して来るか、そ
れが圧力センサ１５の検出により設定範囲を越えたとき
はＮＣ制御装置１３はＺ軸道りモータ９を駆動制御して
所定接触圧になるよう制御する。又接触圧か所定範囲を
外れると、条件設定器２４の出力か低レベルに落ちるか
ら、加工パルスの供給か中断され、所定範囲内において
のみ放電被覆加工が行われるようになる。これにより、
被覆層の上に更に重ねて被覆することか可能となり、一
定条件のもとで一定した被覆層を所望の厚さに安定して
積層形成加工することができる。

パルストランス１７から電極２、基材１間に供給する加
工パルスは、通常、パルス幅τ。、＝ｌμｓ〜ｌＯＯμ
ｓ１電流波高値１　ｐ　＝　ＩＯＡ　〜＋００　Ａ程度
を利用する。

被覆材電極２には、その組成かＢ（Ｂ窒化物を含む）、
Ｃ（グラファイトを含む）及びＴｉ（Ｔｉ窒化物を含む
）を含み、かつ触媒作用するＣｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｗの少なくとも１種を含む組成のものを用いる。複
合組成の成形には焼結とか、結合剤によって結合成形し
て利用することかできる。

−８＝ この電極と基材間に放電を発生させて被覆加工する雰囲
気としては、空気中又は窒素もしくはアンモニアガス中
において行なう。

このような被覆材と雰囲気下において放電による被覆加
工することによって、電極材の溶着被覆と同時に、電極
材中に含まれるＣｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ等の触
媒作用によってＢかＮと反応してＣＢＮか合成被覆され
るようになる。このｃＢＨの合成反応は、被覆加工時の
放電による高温、衝撃圧、電界等が作用して溶着物中の
ＢとＮが直接反応してｃＢ’Ｎが合成されるか、Ｂ酸化
物がアンモニア等と反応するか、又はＣ（グラファイト
）の還元剤のもとでＢ酸化物か窒素（アンモニア）中で
加熱反応を起こすことによるものか未だ完全には解明さ
れていないか、実験的に基材への溶着被覆層中にｃＢＮ
の存在か確認されたものである。

実験によれば、ＴｉＮ１Ｏ％、Ｃｒ　１０％、Ｍｏ５％
、Ｎ　ｉ　１５％、ＷｔＯ％、８１０％、Ｔｉ８％、７
３％、残部ＷＣ（なおＷＣは熱分解して遊離炭素を発生
する）の組成物から成る焼結体を被覆材電極として用い
、基材にｃｏステライトを用いて放電被覆加工を行なっ
た。放電加工条件はＩｐ＝３５Ａ、ｒｏ、＝４μｓ、接
触圧１５ｇ／ｃｍ２、回転速度５ｍ／ｓで加工したとき
、基材表面に形成された被覆層中にｃＢＨの存在かＸ線
回折によって確認された。

即ち、第２図はそのＸ線回折グラフで、ＣＢＮの特徴で
ある２θ＝　４３．６６１に強度のピーク値か表われて
おり、被覆層中にｃＢＮか合成されたことが明らかであ
る。

このように被覆材にＢ、ＴｉＮか含まれることによって
、この放電被覆と同時にＣＢＮが合成されることか明ら
かであり、特にＴｉＮの存在は合成反応に有効であるこ
とがわかった。又窒素含有物としてはＡＩＮとか、ｈＢ
Ｎ、ｃＢＨの混合も有望である。ｃＢＮは例えば、０．
３μｍφ程度の微粉末として混合する。いずれにおいて
も、放電による被覆加工時にＢ、Ｎを含有する被覆材を
用いるにより、放電時の反応によってｃＢＮか少なくと
もｌ〜３％程度の量合成されることが確認できた。

又、次に前記被覆材電極を用いて切刃部分に超硬質の被
覆加工を施した研削工具を、ＧＣ砥石と研削性能の比較
テストを行なった。研削加工は、径６０ｍｍφの５ＫＤ
１１Ｈｖ６８０材に対して２００ｇ／Ｃｍ２の圧力で３
３ｍ／ｓの速度で行なった。この時の加工時間と加工量
の結果は第３図のグラフの通りで、本発明による表面被
覆方法で表面処理した研削工具の場合、ＧＣ砥石の約２
倍のスピードで加工できた。

なお、切削液にはアクアクール３０ｖｏ　１％液を用い
た。加工面粗さは約０．２５μＲｍａｘであった。

以上、本発明を一実施例により説明したか、放電を利用
する被覆加工において、ｃＢＮを合成する組成成分を含
む被覆材として電極の他に粉末状の被覆材を放電間隙に
供給介在させて被覆加工することができ、その場合にお
いても、電極と基材との接触開離を電極に振動を与える
ことにより制御することができ、回転と振動の両運動を
与えることもできる。

基材への被覆処理によってダイヤモンドに匹敵する硬度
と耐摩耗性を有する立方晶窒化硼素ＣＢＮか合成される
から、例えば工具の切刃へ利用することによって切れ味
のよい精密加工か可能となると共に、工具の耐摩性及び
寿命向上に極めて効果が大きい。工具への利用は鋸刃、
リマー、ドリル、フライス、ホブ、その他の任意の工具
に利用することがてきる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、被覆材として、Ｂ（Ｂ窒化物を
含む）、Ｃ（グラファイトを含む）及びＴｉ（Ｔｉ窒化
物を含む）を含み、かつ触媒作用するＣｒ、Ｖ、Ｍｏ、
Ｎｂ、Ｔａ、Ｗの少なくとも１種を含む組成のものを用
い、空気中もしくは窒素（アンモニア）ガス中で放電被
覆処理を行なうようにしたから、これにより基材表面に
被覆材の溶着と同時に組成元素の合成反応によって生じ
る立方晶窒化硼素ｃＢＮを含む被覆層を形成することが
できる。

従来、ｃＢＨ粉を被覆電極中に含ませて放電液覆処理を
しても、被覆層中へのｃＢＮの拡散は困難であり、仮に
一部移転しても強固な保持が困難であったが、本発明の
ように放電によって合成反応させる方式によれば、合成
されたｃＢＮか被覆層中に又基材に対しても強固に拡散
結合するから、このｃＢＮ自体がダイヤモンドと同等の
硬さを持ち、耐熱性、耐摩耗性に優れ、従って基材表面
に強硬度、高耐摩性の被覆処理をすることができる。

又、この被覆処理方法を切削研削工具等に利用すること
によって加工性良好な長寿命の工具が容易に得られる効
果がある。

なお、本発明は必ずしも上記の実施例に限定されるもの
ではなく、上記の説明から当業者が容易に想到し得るす
べての変更実施例を包摂するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る表面被覆方法を実施するだめの一
実施例装置の構成図、第２図は本発明に係る方法により
形成された被覆層のＸ線回折グラフ図、第３図は本発明
に係る方法により表面被覆処理を施した工具と従来品工
具の研削性能を比較するグラフ図である。 １−　・　−−−−−−−−−一−−−−−基材２−−
−−−−−−　−−−−−−・・電極３−・・　・−−
−−−−−−−−−・一回転スピンドル４−・−・・・
−・−−−−−−−−・・チャック５−・−・・−−−
−−−−−−−−−一−−スピンドル回転モータ６　−
−−−−−−　・−・・・・−−−−−−−・ラム７−
・・・・　−−−−−−−−−一・　　−−−ネジ８−
−−−−−−−・−・・・−−−−一・−ネジの回転軸
９−−−−−−−−・・・　−−一−Ｚ軸道りモータ１
０−−−−−−−−一−−・　−−−−−一伽エテーブ
ル１１、１２　−−−−−　・−−−−−−−−Ｘ　、
　Ｙ輸送りモータ１３−−−−一・・・−・・−−−−
・−・ＮＣ制御装置１４−・・−−−−−−−−一−−
−−−通電子１５−−・・・・・−−−−一・・・圧力
センサ１６−−−−−−・・・−−−−一整流体１７−
−−−・・・・・−−−−−−・・・　−トランスイン
バータ１８−・−・−・−・・・・−−−−−一高速ス
イッチ１９−−−−・−−−−−−−−−−−−・・・
・−整流体２０−−−−−一−・−・・・・−−−−−
−−−−−・・・・フィルタ２１・・−−−−−−−−
−−−・−・・・−・−−−−−−−−−マルチバイブ
レータ２２・−−−−−−−−・・・・・・・・−−−
−−−−一−・−・・ゲート２３−−−−−−−・・・
・・−−一−−−−−−−−−−−・Ａ／Ｄ変換器２４
−・・・・・・−・−−−−−−−・・・・・・・・・
・・・・条件設定器２５−−・・−・・・・−・−−−
−−−・・・・・・電流検出用抵抗２６−　・−−−−
−−−−−・　・・・・・−ホトカプラ特許出願人　株
式会社アイ・エヌ・アール研究所代理人　（７５２４）
最上正太部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被覆材電極を基材と対向せしめ、上記電極と基材間
   にパルス放電を生ぜしめる共に、上記電極を基材に対し
   て振動接触、回転接触もしくはその両運動を行わせて、
   放電点の電極材もしくは放電間隙に別途供給される被覆
   材粉末の微小量づつを基材表面に転移、溶着せしめて被
   覆層を形成する表面被覆方法において、上記被覆材電極
   もしくは被覆材粉末として、その組成中にＢ（Ｂ窒化物
   を含む）、Ｃ（グラファイトを含む）及びＴｉ（Ｔｉ窒
   化物を含む）を含み、かつ触媒としてのＣｒ、Ｖ、Ｍｏ
   、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗの少なくとも１種を含む材料を用いる
   と共に、前記放電被覆処理を空気中又は窒素もしくはア
   ンモニアガス雰囲気中で行なうようにしたことを特徴と
   する上記の表面被覆方法。 ２）上記電極の振動接触、回転接触もしくはその両運動
   による基材との接触圧を１００ｇ／ｃｍ＾２以下とした
   請求項１に記載の表面被覆方法。