JPWO2009096543A1 - 放電表面処理方法及び放電表面処理用コーティングブロック - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第一の実施形態について図1を参照して説明する。
最初に、第一の実施形態に係る放電表面処理方法を用いた場合に所定の厚さを有する被膜を形成するのに要する処理時間と電極の消耗量とを調べるために比較実験を行った。実施例1として、クロムを含むコバルト合金の粉末を圧縮成形した成形体からなる電極を用い、加工油中にSiの粉末(Siの粉末の混合量1g/l)を混入させた状態で、厚さ0.30mmの被膜を形成した。また、比較例1として、クロムを含むコバルト合金の粉末を圧縮成形した成形体からなる電極を用い、加工油中に半導体又は導体の粉末を混入させない状態で、厚さ0.30mmの被膜を形成した。実施例1と比較例1について、放電表面処理の処理時間及び電極のZ軸方向の消耗量(Z軸方向の送り量)の結果はそれぞれ、表1に示すようになった。
次に、第一の実施形態に係る放電表面処理方法を用いることによりワークの被処理部に形成された被膜表面の均一性を実証するために比較実験を行った。図3(a)は、電極11としてクロムを含むコバルト合金の粉末を圧縮成形した成形体を用いて、ZrO2粒子を添加した加工油Lにおいて、アルミ合金からなる基材(ワークW)の表面(被処理部Wa)に対して放電表面処理を施した結果得られた被膜の断面写真である(実施例2)。このとき添加したZrO2粒子の粉末サイズは1.5μmであり、添加量は5g/lである。また、加工油Lの流量は300cc/mimである。一方、図3(b)は、電極11としてクロムを含むコバルト合金の粉末を圧縮成形した成形体を用いて、無添加の加工油Lにおいて、アルミ合金からなる基材(ワークW)の表面(被処理部Wa)に対して放電表面処理を施した結果得られた被膜の断面写真である(比較例2)。両者を比較すれば明らかなように、比較例2に比べて実施例2の方が、被膜表面の形状が均一である。さらに、比較例2に比べて実施例2の方が、被膜層に欠陥が少なく、密な構造を有する。このことから、本実施形態に係る表面処理方法を用いることによって、従来の表面処理方法よりも、ワークの被処理部に形成される被膜の均一性を向上させることができることがわかる。それによって、被膜の膜強度も向上することが予想される。
さらに、第一の実施形態に係る放電表面処理方法を用いた場合のワークの被処理部に形成された被膜の密度と剥離強度の詳細を調べるために比較実験を行った(実施例3)。図4(a)に、電極11としてクロムを含むコバルト合金の粉末を圧縮成形した成形体を用いて、ZrO2粒子を添加した加工油Lにおいて、アルミ合金からなる基材(ワークW)の表面(被処理部Wa)に対して放電表面処理を施した結果得られた被膜の充填率を示した。図4(b)に、電極11としてクロムを含むコバルト合金の粉末を圧縮成形した成形体を用いて、ZrO2粒子を添加した加工油Lにおいて、アルミ合金からなる基材(ワークW)の表面(被処理部Wa)に対して放電表面処理を施した結果得られた被膜の剥離強度を示した。このとき添加したZrO2粒子の粉末サイズは1.5μmであり、加工油Lの流量は300cc/mimであるが、加工油Lに添加するZrO2粒子の量を変化させた。図4(a)及び図4(b)には、加工油Lに添加するZrO2粒子の量を0g/l,1g/l,及び5g/lの3点での測定値を示した。また、図4(a)及び図4(b)における条件1,2,及び3は、放電条件のことである。本実施形態に係る放電表面処理方法においてはパルス状の放電を行うのであるが、実施例3においては、初期期間におけるピーク電流値と中期期間以降のピーク電流値との2つのピーク電流値を有する階段形状のパルスを間欠的に発生させる。条件1,2,及び3とも初期期間におけるピーク電流値は30Aで共通であるが、中期期間以降のピーク電流値はそれぞれ、1A,2A,及び4.5Aである。なお、パルス幅は8μs、パルスの休止時間は64μsとした。また、電極11とワークWの被処理部WaとのZ方向の離間距離は、放電を起こさせるためのギャップ電圧により決まるが、ここでは約50μmとした。図4(a)及び図4(b)より、ZrO2粒子の添加量を増やすに従って、被膜の充填率と剥離強度が共に向上することがわかる。この傾向は、添加量をこれ以上増やしても大きく変わらなかった。しかし、添加量を20g/l以上にすると放電が不安定となった。また、図4(a)及び図4(b)に示した傾向は、ワークWの材料が、例えば、Fe,Ni,Coを主成分とする合金であっても、熱伝導性が良いCu,Alを主成分とする合金であっても変わりはなかった。ただし、ワークWの材料の熱伝導に応じて最適放電条件は若干変化する。
次に、本発明の第二の実施形態について図5を参照して説明する。
図7は、クロムを含むコバルト合金の粉末を電極材料とした電極110に予め添加するZnO2の粉末Qの添加量と、被膜形成の処理速度(成膜速度)との関係を示した図である。ここで、成膜速度とは、ワークWの被処理部Waに一分間当りに形成される被膜の高さ(肉盛量)のことをいう。また、添加するZnO2の粉末Qの粒径は5〜10μmである。図7に示すデータの詳細は、表2に示す通りであった。
[0007]
そこで、本発明の第一の側面として、放電エネルギーによりワークの被処理部に被膜を形成する放電表面処理方法であって、金属の粉末、金属の化合物の粉末、セラミックスの粉末、及びこれらのうちの少なくとも二つの混合粉末、のうちの一つから成形した成形体を電極として用意して、半導体セラミックスの粉末、半導体セラミックスと導体の混合粉末、半導体セラミックスと非伝導性粒子の混合粉末、及び半導体セラミックスと導体と非伝導性粒子の混合粉末、のうちの一つを予め混入した加工油中において、前記電極と前記ワークの被処理部の間にパルス状の放電を発生させて、その放電エネルギーにより、前記ワークの被処理部の表面を局所的に溶融させつつ、溶融状態の前記電極材料又は該電極材料の反応物質を前記ワークの被処理部に向かって降り注がせて、前記ワークの被処理部に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を提供する。
[0008]
また、本発明の第二の側面として、放電エネルギーによりワークの被処理部に被膜を形成する放電表面処理用コーティングブロックであって、金属の粉末、金属の化合物の粉末、セラミックスの粉末、非伝導性粒子の粉末、及びこれらのうちの少なくとも2つの混合粉末、のうちの一つの電極材料にZrO2の粉末を混入させた圧粉体を焼結させて成ることを特徴とする放電表面処理用コーティングブロックを提供する。
図面の簡単な説明
[0009]
[図1]図1は、本発明の第一の実施形態に係る放電表面処理方法に用いられる放電表面処理装置の模式的な図である。
[図2]図2は、本発明の第一の実施形態に係る放電表面処理方法を説明する図である。
[図3]図3は、本発明の第一の実施形態に係る放電表面処理方法の一つの実施例についての比較実験の結果を示す図である。
[図4]図4は、本発明の第一の実施形態に係る放電表面処理方法のその他の実施例についての比較実験の結果を示す図である。
[図5]図5は、本発明の第二の実施形態に係る放電表面処理方法に用いられる放電表面処理装置の模式的な図である。
[図6]図6は、本発明の第二の実施形態に係る放電表面処理方法を説明する図である。
ブロック)からなる。なお、電極110は、クロムを含むコバルト合金の粉末を圧縮成形した成形体に限るものでなく、金属の粉末、金属の化合物(合金を含む)の粉末、セラミックスの粉末、及びこれらのうちの少なくとも二つの混合粉末、のうちの一つから成形した成形体であっても構わない。第二の実施形態においては、電極110に予め半導体セラミックスの粉末Qを混入させておく。つまり、第二の実施形態においては、金属の粉末、金属の化合物の粉末、セラミックスの粉末、及びこれらのうちの少なくとも2つの混合粉末、のうちの一つの電極材料に予め半導体セラミックスを混入させた圧粉体を焼結させて成る成形体(コーティングブロック)を電極110とする。混入する半導体セラミックスとしてはZrO2が挙げられるが、それ以外に、伝導性のある材料粉末を混入してもよい。
[0031]
続いて、本実施形態に係る放電表面処理方法について図6を参照して説明する。
[0032]
第二の実施形態に係る放電表面処理方法は、加工油L中で、クロムを含むコバルト合金の粉末に予めZrO2の粉末Qを所定量混入したものを圧縮成形した電極110とワークWの被処理部Waの間にパルス状の放電を発生させると、放電表面処理中に放電が分散され、ワークWの被処理部Waに対する電極材料等の定着率(成膜率)を十分に高めることができるという、新規な知見に基づいている。これは、放電エネルギーによって、電極110から電極材料又は該電極材料の反応物質と共に溶融したZrO2の粉末Qが加工油L中で分散することにより、放電が分散されて、局部での処理温度が下がり、電極材料の蒸発が抑えられたことによるものと考えられる。
[0033]
また、ZrO2の粉末を電極110に混入すると、放電表面処理時の電極110から混入させたZrO2の粉末が分離し易くなり、処理速度が増す。放電パルス終始時間を短くしなくても、処理速度が向上することが観察されている。
[0034]
ワークWの被処理部Waに放電表面処理を行う場合には、まず、ワークWをワーク治具9にセットし、X軸サーボモータ及び/又はY軸サーボモータの駆動により電極ホルダ13と一体的に電極110をX軸方向及び/又はY軸方向へテーブル5に対して相対的に移動させることにより、電極110をワークWの被処理部Waに対向した所定位置に位置決めする。そして、Z軸サーボモータの駆動により電極ホルダ13と一体的に電極110をZ軸方向へ往復移動させつつ、図6(a)に示すように、加工油L中にお
いて、放電電源器15によって電極110とワークWの被処理部Waの間にパルス状の放電を発生させる。これによって、そのときの放電エネルギーにより、ワークWの被処理部Waの表面を局所的に溶融させつつ、溶融状態の電極材料又は該電極材料の反応物質をワークWの被処理部に向かって降り注がせて、図6(b)に示すように、ワークWの被処理部Waに被膜Cを形成することができる。
[0035]
第二の実施形態に係る放電表面処理方法では、電極110に半導体セラミックスの粉末Qを混入させない電極を用いて放電表面処理を行った場合と比較して、成膜速度(被膜の生成速度)が2〜3倍程度向上する。このとき、電極110の消耗速度は被膜の生成速度に比例している。さらに、ワークWの被処理部Waへの電極材料の定着率も向上している。
[0036]
最後に、第二の実施形態に係る放電表面処理方法の一つの実施例について図7を参照して説明する。
[0037]
<実施例>
図7は、クロムを含むコバルト合金の粉末を電極材料とした電極110に予め添加するZrO2の粉末Qの添加量と、被膜形成の処理速度(成膜速度)との関係を示した図である。ここで、成膜速度とは、ワークWの被処理部Waに一分間当りに形成される被膜の高さ(肉盛量)のことをいう。また、添加するZrO2の粉末Qの粒径は5〜10μmである。図7に示すデータの詳細は、表2に示す通りであった。
[表2]
[0038]
表2より、ZrO2の粉末Qの添加量が10重量%の電極110を用いて第二の実施形態に係る放電表面処理方法を行った場合、電極110にZrO2の粉末Qを混入させな
い電極を用いて放電表面処理を行った場合(表2におけるZrO2の粉末Qの添加量が0重量%の場合)と比較して、被膜形成の処理速度がおよそ3.5倍近く向上することがわかる。また、図7から、処理速度がZrO2の粉末Qの添加量が10重量%の近くで一つの極大値をとることがわかる。詳しくは、被膜形成の処理速度は、ZrO2の粉末Qの添加量が3重量%近くから立ち上がり、10重量%近くで最大になった後、次第に減少し、15重量%近くから先は定常的な値に収束する傾向が見て取れる。
[0039]
本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではない。例えば、第一の実施形態と第二の実施形態を組み合わせた実施形態も可能である。つまり、加工油中に半導体の粉末、導体の粉末、非伝導性粒子の粉末、及びこれらのうちの少なくとも2つの混合粉末、のうちの一つを混入すると共に、金属の粉末、金属の化合物の粉末、セラミックスの粉末、及びこれらのうちの少なくとも2つの混合粉末、のうちの一つから成る電極材料に半導体セラミックの粉末を予め混入させた成形体(コーティングブロック)を電極として使用することも可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されない。
産業上の利用可能性
[0040]
本発明の第一の実施形態においては、半導体の粉末、導体の粉末、非伝導性粒子の粉末、及びこれらのうちの少なくとも二つの混合粉末、のうちの一つを混入した加工油中において、電極とワークの被処理部の間にパルス状の放電を発生させているため、放電表面処理中に放電を分散させつつ、ワークの被処理部に対する電極材料等の定着率を十分に高めることができる。
[0041]
本発明の第二の実施形態においては、金属の粉末、金属の化合物の粉末、セラミックスの粉末、及びこれらのうちの少なくとも2つの混合粉末、のうちの一つから成る電極材料に半導体セラミックの粉末を予め混入させた成形体(コーティングブロック)を電極として使用して、電極とワークの被処理部の間にパルス状の放電を発生させているため、放電表面処理中に放電を分散させつつ、ワークの被処理部に対する電極材料等の定着率を十分に高めることができる。
[0042]
本発明によれば、放電表面処理中に放電を分散させることができるため集中放電が発生し難くなり、放電表面処理における放電の時間間隔を小さくすることができ、
Claims (5)
- 放電エネルギーによりワークの被処理部に被膜を形成する放電表面処理方法であって、
金属の粉末、金属の化合物の粉末、セラミックスの粉末、及びこれらのうちの少なくとも2つの混合粉末、のうちの一つから成形した成形体を電極として用意し、
半導体の粉末、導体の粉末、非伝導性粒子の粉末、及びこれらのうちの少なくとも2つの混合粉末、のうちの一つを混入した加工油中において、前記電極と前記ワークの被処理部の間にパルス状の放電を発生させ、
その放電エネルギーにより、前記ワークの被処理部の表面を局所的に溶融させつつ、溶融状態の前記電極材料又は該電極材料の反応物質を前記ワークの被処理部に向かって降り注がせて、前記ワークの被処理部に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。 - 前記半導体又は前記導体の粉末のサイズは、0.3〜2.5μm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方法。
- 放電エネルギーによりワークの被処理部に被膜を形成する放電表面処理用コーティングブロックであって、
金属の粉末、金属の化合物の粉末、セラミックスの粉末、及びこれらのうちの少なくとも2つの混合粉末、のうちの一つの電極材料に半導体セラミックスの粉末を混入させた圧粉体を焼結させて成ることを特徴とする放電表面処理用コーティングブロック。 - 前記半導体セラミックスはZnO2であって、前記電極材料に対するZnO2の粉末の含有量が3重量%〜15重量%であることを特徴とする請求項3に記載の放電表面処理用コーティングブロック。
- 前記半導体セラミックスはZnO2であって、前記電極材料に対するZnO2の粉末の含有量がおよそ10重量%であることを特徴とする請求項4に記載の放電表面処理用コーティングブロック。
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