KR100753275B1 - 방전 표면 처리용 전극, 방전 표면 처리용 전극의 제조방법과 평가 방법, 방전 표면 처리 장치 및 방전 표면 처리방법 - Google Patents

Abstract

금속, 금속 화합물 또는 세라믹스의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극(12)으로 하여 전극(12)과 피가공물(11)의 사이에 방전을 발생시키고, 그 에너지에 의하여 피가공물(11)의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막(14)을 형성하는 방전 표면 처리에 이용되는 방전 표면 처리용 전극(12)에 있어서, 분말은 5 ~ 10 ㎛의 평균 입경을 갖는 동시에, 피가공물(11)에 피막(12)을 형성하기 위한 성분으로서 40 체적% 이상의 탄화물을 형성하지 않거나 또는 형성하기 어려운 성분을 포함하고, 전극은 도막용 연필 긋기 시험에 의한 경도에서 B ~ 8B의 범위의 경도로 되도록 성형된다.

Description

방전 표면 처리용 전극, 방전 표면 처리용 전극의 제조 방법과 평가 방법, 방전 표면 처리 장치 및 방전 표면 처리 방법{DISCHARGE SURFACE TREATING ELECTRODE, PRODUCTION METHOD AND EVALUATION METHOD FOR DISCHARGE SURFACE TREATING ELECTRODE, DISCHARGE SURFACE TREATING DEVICE AND DISCHARGE SURFACE TREATING METHOD}

본 발명은 금속, 금속 화합물 또는 세라믹스의 분말을 압축 성형한 압분체(壓紛體)로 이루어지는 방전 표면 처리용 전극과 피가공물과의 사이에 펄스 형상의 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 피가공물 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막(被膜)을 형성하는 방전 표면 처리에 사용되는 방전 표면 처리용 전극과, 그 제조 방법과 평가 방법에 관한 것이다. 또, 이 방전 표면 처리용 전극을 이용한 방전 표면 처리 장치와 방전 표면 처리 방법에도 관한 것이다.

항공기용 가스터빈 엔진의 터빈 블레이드 등의 표면 처리에는 고온 환경하에서의 강도와 윤활성을 갖는 재료를 코팅 또는 두껍게 할 필요가 있기 때문에, 종래 용접(容接)이나 용사(溶射, thermal spraying) 등의 방법이 이용되고 있다. 용접이나 용사 등의 방법에 의하여, 고온 환경하에서 산화되어서 산화물로 되고, 윤활성 을 발휘하는 것이 알려져 있는 Cr(크롬)이나 Mo(몰리브덴)를 베이스로서 포함하는 재료의 피막을 피가공물(이하, 워크라고 함)상에서 두껍게 하고 있다. 여기서, 용접이란 워크와 용접봉과의 사이의 방전에 의해 용접봉의 재료를 워크에 용융 부착시키는 방법을 말하고, 용사란 금속 재료를 녹인 상태로 하여 스프레이 형상으로 워크에 분사하여 피막을 형성하는 방법을 말한다.

그러나, 이 용접이나 용사의 방법도 사람의 손에 의한 작업이며 숙련을 필요로 하기 때문에, 작업을 라인화하는 것이 곤란하고, 비용이 높아진다고 하는 문제점이 있다. 또, 특히 용접은 열이 집중되어서 워크에 들어가는 방법이기 때문에, 두께가 얇은 재료를 처리하는 경우나, 단결정(單結晶) 합금이나 한 방향 응고 합금 등의 방향 제어 합금과 같이 갈라지기 쉬운 재료를 처리하는 경우에는 용접 분열이 발생하기 쉽고, 수율이 낮다고 하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 기술로서 액중(液中) 방전에 의하여 워크인 금속 재료의 표면을 코팅하는 방법이 제안되어 있다. 예를 들면, 제1의 종래 기술에는 우선 1차 가공으로서 워크에 형성하는 피막의 성분을 포함하는 전극 재료로 액중 방전을 행한 후에, 2차 가공으로서 별도의 동(銅) 전극이나 그래피토 등과 같은 그다지 소모 없이 전극에서 워크에 퇴적한 전극 재료에 대하여 재용융 방전 가공을 행하는 것이 개시되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조). 이로 인해, 워크인 강재(鋼材)에 대해서는 경도가 있으면서 밀착도가 양호한 피복층이 얻어진다. 이에 따라, 초경 합금과 같은 소결 재료의 표면에는 강고한 밀착력을 갖는 피복층을 형성하는 것이 곤란하다. 또, 이 방법에서는 피막을 형성하는 1차 가공과, 피막 을 재용융 방전 가공하여 워크에 밀착시키는 2차 가공이라고 하는 2 단계의 과정이 필요하여 처리가 복잡하게 된다고 하는 문제점이 있었다.

제2의 종래 기술에서는 이와 같은 2 단계의 가공으로 피막을 형성하는 처리에 있어서, 전극을 교환하는 일 없이 방전 전기 조건의 변경만으로 금속 표면에 경질(硬質)의 세라믹스 피막을 형성하는 기술이 개시되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조). 이 제2의 종래 기술에서는 전극을 구성하는 재료로 되는 세라믹스 분말을 이론(理論) 밀도가 5O% ~ 90%로 되도록, 10 t/㎠와 극히 높은 압력으로 압축 성형하여 가소결한 것을 전극으로서 이용하고 있다.

제3의 종래 기술에서는 Ti(티탄) 등의 경질 탄화물을 형성하는 재료를 전극으로 하고, 워크인 금속 재료와의 사이에 방전을 발생시킴으로써, 제1과 제2의 종래 기술에서는 필요했던 재용융의 과정 없이 강고한 경질 피막을 금속 표면에 형성하고 있다(예를 들어, 특허 문헌 3 참조). 이것은 방전에 의해 소모한 전극 재료와 가공액 중의 성분인 C(탄소)가 반응하여 TiC(탄화 티탄)가 생성하는 것을 이용하는 것이다. 또, TiH₂(수소화 티탄) 등, 금속의 수소화물의 압분체 전극에 의하여 워크인 금속 재료와의 사이에 방전을 발생시키면, Ti 등의 금속 재료를 사용하는 경우보다 빠르고 밀착성이 양호한 경질 피막을 형성할 수 있다. 또한, TiH₂ 등의 수소 화물에 다른 금속이나 세라믹스를 혼합한 압분체 전극을 이용하여 워크인 금속 재료와의 사이에 방전을 발생시키면 높은 경도, 내마모성 등 각종 성질을 갖는 경질 피막을 신속하게 형성할 수도 있다.

또, 제4의 종래 기술에서는 세라믹스 분말을 압축 성형하고, 예비 소결에 따라 강도가 높은 압분체 전극을 제조하고, 이 전극을 이용하여 TiC 등의 경질 재료의 피막을 방전 표면 처리에 의하여 형성하고 있다(예를 들어, 특허 문헌 4 참조). 이 제4의 종래 기술의 일례로서 WC(탄화 텅스텐) 분말과 Co(코발트) 분말을 혼합한 분말로 이루어지는 방전 표면 처리용 전극(이하, 단순히 전극이라고 함)을 제조하는 경우에 대하여 설명한다. WC 분말과 Co 분말을 혼합하여 압축 성형하여 되는 압분체는 WC 분말과 Co 분말을 혼합하여 압축 성형하는 것만으로도 되지만, 왁스를 혼입한 후에 압축 성형하면 압분체의 성형성이 향상하기 때문에 보다 바람직하다. 그러나, 왁스는 절연성 물질이므로 전극 중에 대량으로 남으면 전극의 전기 저항이 커지기 때문에 방전성이 악화된다. 여기서, 왁스를 제거하는 것이 필요하게 된다. 이 왁스는 압분체를 진공노(vacuum furnace)에 넣어서 가열하여 제거된다. 이 때, 가열 온도가 너무 낮으면 왁스를 제거할 수 없고, 온도가 너무 높으면 왁스가 검댕이로 되고, 전극의 순도를 열화시키므로, 왁스가 용융하는 온도 이상으로, 또한 왁스가 분해되어서 검댕이로 되는 온도 이하로 가열 온도를 유지할 필요가 있다. 다음에, 진공노 중의 압분체를 고주파 코일 등에 의해 가열하고, 기계 가공에 견디는 강도를 부여하고, 또한 지나치게 경화하지 않을 정도로, 예를 들어 백묵 정도의 경도로 될 때까지 고온에서 소성한다. 이와 같은 소성을 예비 소결이라고 한다. 이 때, 탄화물 사이의 접촉부에 있어서 서로 결합이 진행되지만, 소결 온도가 비교적 낮고 본 소결에까지 도달하지 않는 온도이기 때문에 약한 결합으로 되어 있다. 이와 같이 예비 소결에 의하여 소성된 강도가 높은 전극으로 방전 표면 처리를 행하 면, 치밀하게 균질인 피막을 워크 표면에 형성할 수 있다.

특허 문헌 1

일본 특개평 5-148615호 공보

특허 문헌 2

일본 특개평 8-300227호 공보

특허 문헌 3

일본 특개평 9-192937호 공보

특허 문헌 4

국제공개 제99/58744호 팜플렛

제3과 제4의 종래 기술에 도시된 바와 같이, 압분체를 고온에서 소성하여 얻은 전극을 이용한 방전 표면 처리에 의하여 치밀한 경질 피막을 형성할 수 있다. 그러나, 이와 같은 방전 표면 처리에 의하여 후막(厚膜)을 형성하는 경우에는 제4의 종래 기술에 개시되어 있는 바와 같이 전극을 제조해도 전극의 특성에 큰 차이가 나타나게 되는 문제점이 있었다. 또, 치밀한 막을 형성하는 것은 곤란하였다.

이 차이의 원인 중 하나로서 전극을 구성하는 소재의 분말의 입경의 분포의 불균일이 고려된다. 이것은 제조되는 전극마다 분말의 입경의 분포에 불균일이 있으면, 동일한 프레스압으로 가압하여 전극을 성형해도 전극마다 굳은 상태가 다르므로, 최종적인 전극의 강도에 뷸균형이 생기기 때문이다. 또, 상기 전극의 특성에 의한 차이의 원인 중 다른 하나로서 워크에 형성하는 피막의 재질을 바꾸기 위하여 행해지는 전극의 재질(성분)의 변경이 생각된다. 이것은 전극의 재질을 변경하는 경우, 물성치(物性値)의 상위에 따라 전극의 강도가 변경전의 전극의 강도와는 다르게 되기 때문이다.

또, 방전 표면 처리에 의하여 후막을 형성하는 경우에는 전극측으로부터의 재료의 공급과, 그 공급된 재료의 워크 표면에서의 용융 및 워크 재료와의 결합의 방법이 피막 성능에 가장 영향을 미친다는 것도 알려져 있다. 이 전극 재료의 공급에 영향을 주는 하나의 지표가 전극의 경도이다. 예를 들어 제4의 종래 기술에서는 방전 표면 처리용 전극의 경도를 기계 가공에 견디는 강도로, 또한 지나치게 경화하지 않은 경도(예를 들어 백묵 정도의 경도)로 하고 있다. 이와 같은 경도의 전극에 의하여, 방전에 의한 전극 재료의 공급이 억제되고, 공급된 재료가 충분히 용융하므로 워크 표면에 경질 세라믹스 피막의 형성이 가능하게 된다.

또한, 방전 표면 처리용 전극의 경도의 지표로 한 백묵 정도라고 하는 경도는 상당히 애매 모호하다. 그리고, 이 전극의 경도 등의 특성에 의하여 워크 표면에 형성되는 후막에 차이가 생기게 된다고 하는 문제점도 있었다. 전극으로 되는 분말의 재질이나 크기가 바뀌면, 전극의 성형 조건이 달라진다. 그 때문에, 전극의 성형 조건을 다수 변경하고 피막의 형성 테스트를 행하여, 그 재질의 방전 표면 처리용 전극으로서의 사용에 적합한 성형 조건을 결정하는 프로세스가 전극의 재질마다 필요하다라고 하는 문제점이 있었다. 즉, 전극을 구성하는 재질의 종류만은 양호한 피막을 형성하기 위한 전극의 성형 조건을 구하는 테스트가 필요하게 되어서 수고가 따른다고 하는 문제점이 있었다. 그 외에, 동일한 재질의 분말을 이용하여 동일한 제조 분법에 의해 전극을 제조해도, 계절(온도나 습도)에 의하여 분말의 체 적이 변화하게 되기 때문에, 상기의 재질이 바뀌었을 경우와 동일하게 각각을 실제로 가공하여 피막을 형성시키고, 그 전극을 평가하지 않으면 안되며 노력이 따랐다.

또, 이러한 종래의 방전 표면 처리는 경질 피막의 형성, 그것도 특히 상온에 가까운 곳에서의 경질 피막의 형성에 주목적이 있고, 경질 탄화물을 주성분으로 하는 피막을 형성하는 것이 현상이었다. 이 방법에서는 10 ㎛ 정도의 박막밖에 형성하지 못하고, 피막의 두께를 수 10 ㎛ 이상으로는 두껍게 할 수 없었다. 종래는 탄화물을 형성하기 쉬운 재료의 비율이 많이 포함되어 있고, 예를 들면 Ti 등의 재료를 전극에 포함하면, 유중(油中)에서의 방전에 의해 화학 반응을 일으키고, 피막으로서는 TiC 라고 하는 경질의 탄화물로 된다. 표면 처리가 진행됨에 따라, 워크 표면의 재질이 강철재(강재로 처리하는 경우)로부터 세라믹스인 TiC로 바뀌고, 여기에 수반하여 열전도나 융점 등의 특성이 변화하기 때문이다.

그러나, 본 발명자 등의 실험에 의하면, 전극 재질의 성분에 탄화물을 형성하지 않거나 또는 탄화물을 형성하기 어려운 재료를 첨가하는 것에 수반하여, 피막을 두껍게 할 수 있다는 것이 알려졌다. 이것은 탄화하지 않거나 또는 탄화하기 어려운 재료를 전극에 가하여, 탄화물로 되지 않고 금속 상태인 채 피막에 남는 재료가 증가함에 의한 것이다.

그리고, 이 전극 재료의 선정이 피막을 두껍게 하는데 큰 의미를 갖는 것이 판명되었다. 이 경우에도, 형성되는 피막이 경도, 치밀성 및 균일성을 갖고 있다. 그러나, 종래의 방전 표면 처리는 상술한 바와 같이 TiC 나 WC 등의 상온에 가까운 곳에서 경질성을 발휘하는 피막의 형성에 주목적이 있으며, 항공기용 가스터빈 엔진의 터빈 블레이드에의 용도 등의 고온 환경하에서 윤활성을 갖는 치밀하고 비교적 두꺼운 피막(100 ㎛의 단위 이상의 후막)의 형성에 관해서는 주목받지 않고, 그러한 두꺼운 피막을 형성할 수 없다는 문제점이 있었다.

한편, 제2의 종래 기술에는 전극을 구성하는 재료로 되는 세라믹스 분말을 이론 밀도가 5O% ~ 9O%로 되도록, 10 t/㎠으로 극히 높은 압력으로 압축 성형하여 가소결한 전극을 이용하고 있다. 이것은 (1)얇은 경질 피막을 형성하는 것이 목적이기 때문에, 전극의 경도가 높아질수록 형성되는 피막이 강해지는 점, (2)재질의 주성분이 세라믹스이기 때문에, 전극을 구성하는 세라믹스 분말을 압축 성형할 때의 압력을 높게 해도 되는 점 등의 이유에 의한다. 그러나, 방전 표면 처리로 치밀한 금속의 후막을 형성하는 경우에, 제2의 종래 기술에 나타나는 방법으로 제조한 전극을 이용할 수 없다. 이것은 금속 분말을 제2의 종래 기술에 나타난 바와 같이 10 t/㎠로 극히 높은 압력으로 프레스하면 전극이 굳어져서, 방전 표면 처리에 의한 피막을 형성하지 못하고, 이와 같은 전극으로 방전 표면 처리를 행하면 워크의 표면을 깎는 형조(形彫) 방전 가공으로 되기 때문이다. 즉, 제2의 종래 기술에서는 세라믹스 분말을 사용하고 있으므로, 상술한 바와 같이 높은 압력으로 프레스하여 방전 표면 처리용 전극을 제조해도 문제없지만, 그 조건을 금속 분말로 이루어지는 방전 표면 처리용 전극에 그대로 적용시킬 수는 없으며, 방전 표면 처리로 치밀한 금속의 후막을 형성하기 위한 방전 표면 처리용 전극의 제조 방법에 대해서는 종래에 알려지지 않았다.

본 발명은 상술한 것을 감안하여 이루어진 것으로, 방전 표면 처리 방법에 따라, 피가공물상에 치밀한 후막을 용이하게 형성하는 것이 가능한 방전 표면 처리용 전극을 얻는 것을 목적으로 한다.

또, 방전 표면 처리에 있어서 고온 환경하에서 윤활성을 갖는 두꺼운 피막을 형성할 수 있는 방전 표면 처리용 전극을 얻는 것도 목적으로 한다. 그리고, 그 방전 표면 처리용 전극이 피막 형성에 사용할 수 있는지의 여부를 정확하게 평가하는 방전 표면 처리용 전극의 평가 방법을 얻는 것도 목적으로 한다.

또한, 금속 분말을 압분체 전극으로서 사용하는 방전 표면 처리에 있어서, 면조(面粗)를 저하시키는 일 없이 안정된 방전을 행하게 하여 두꺼운 피막을 퇴적시키는 것이 가능한 방전 표면 처리용 전극을 얻는 것도 목적으로 한다.

또한, 이러한 방전 표면 처리용 전극을 이용한 방전 표면 처리 장치와 그방법을 얻는 것도 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 방전 표면 처리용 전극은 금속, 금속 화합물 또는 세라믹스의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리에 이용되는 방전 표면 처리용 전극에 있어서, 상기 분말은 5 ~ 10 ㎛의 평균 입경(粒徑)을 갖는 동시에, 피가공물에 피막을 형성하기 위한 성분으로서, 40 체적% 이상의 탄화물을 형성하지 않거나 또는 형성하기 어려운 성분을 포함하고, 상기 전극이 도막용 연필 긋기 시험(pencil scratching test)에 의한 경도에서 B ~ 8B의 범위의 경도로 되도록 성형되는 것을 특징으로 한다.

다음의 발명에 따른 방전 표면 처리용 전극은 금속 또는 금속 화합물의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리에 이용되는 방전 표면 처리용 전극에 있어서, 상기 전극이 평균 입경-압축 강도 편대수(片對數) 상관도에 있어서 대수 눈금에서 평균 입경 0.05 ㎛, 1 ㎛, 3 ㎛에 대하여 각각 압축 강도 16O MPa, 100 MPa, 50 MPa의 값을 직선으로 이은 선분 이하의 압축 강도인 것을 특징으로 한다.

다음의 발명에 따른 방전 표면 처리용 전극은 금속 또는 금속 화합물의 분말인 전극 재료를 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 상기 전극 재료 또는 상기 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리에 이용되는 방전 표면 처리용 전극에 있어서, 상기 전극의 체적을 차지하는 상기 전극 재료의 체적 비율을 25% ~ 65%의 범위로서 입경 분포에 의존한 소정 범위내로 하고, 상기 소정 범위는 입경 분포가 넓은 경우에는 체적 비율이 크고, 입경 분포가 좁은 경우에는 체적 비율이 작은 범위인 것을 특징으로 한다.

다음의 발명에 따른 방전 표면 처리용 전극은 금속 또는 금속 화합물의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 피가공물 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리에 이용되는 방전 표면 처리용 전극에 있어서, 열전도율이 10 W/mK 이하인 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 방전 표면 처리 방법은 금속, 금속 화합물 또는 세라믹스의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리 방법에 있어서, 상기 분말은 5 ~ 10 ㎛의 평균 입경을 갖는 동시에, 상기 피가공물에 피막을 형성하기 위한 성분으로서, 40 체적% 이상의 탄화물을 형성하지 않거나 또는 형성하기 어려운 성분을 포함하고, 도막용 연필 긋기 시험에 의한 경도에서 B ~ 8B의 범위의 경도로 되도록 성형되는 전극을 사용하여 상기 피막을 형성하는 것을 특징으로 한다.

다음의 발명에 따른 방전 표면 처리 방법은 금속 또는 금속 화합물의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리 방법에 있어서, 상기 평균 입경-압축 강도 편대수 상관도에 있어서 대수 눈금에서 평균 입경 0.05 ㎛, 1 ㎛, 3 ㎛에 대하여 각각 압축 강도 16O MPa, 100 MPa, 50 MPa의 값을 직선으로 이은 선분 이하의 압축 강도인 것을 특징으로 한다.

다음의 발명에 따른 방전 표면 처리 방법은 금속 또는 금속 화합물의 분말인 전극 재료를 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 상기 전극 재료 또는 상기 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리 방법에 있어서, 상기 전극의 체적을 차지하는 상기 전극 재료의 체적 비율을 25% ~ 65%의 범위내로서 입경 분포에 의존한 소정 범위내로 하고, 상기 소정 범위는 입경 분포가 넓은 경우에는 체적 비율이 크고, 입경 분포가 좁은 경우에는 체적 비율이 작은 소정 범위인 전극을 사용하여 상기 피막을 형성하는 것을 특징으로 한다.

다음의 발명에 따른 방전 표면 처리 방법은 금속 또는 금속 화합물의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리 방법에 있어서, 열전도율이 10 W/mK 이하인 전극을 이용하여 상기 피막을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 방전 표면 처리 장치는 금속, 금속 화합물 또는 세라믹스의 분말을 압축 성형한 압분체로 이루어지는 전극과, 피막이 형성되는 피가공물이 가공액 중 또는 공기 중에 배치되고, 상기 전극과 상기 피가공물에 전기적으로 접속되는 전원 장치에 의하여 상기 전극과 상기 피가공물과의 사이에 펄스 형상의 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성시키는 방전 표면 처리 장치에 있어서, 상기 전극은 피가공물에 피막을 형성하기 위한 성분으로서, 40 체적% 이상의 탄화물을 형성하지 않거나 또는 형성하기 어려운 성분을 포함하는 평균 입경 5 ~ 10 ㎛의 분말을 도막용 연필 긋기 시험에 의한 경도에서 B ~ 8B의 범위의 경도로 되도록 성형하는 것을 특징으로 한다.

다음의 발명에 따른 방전 표면 처리 장치는 금속 또는 금속 화합물의 분말을 압축 성형한 압분체로 이루어지는 전극과, 피막이 형성되는 피가공물이 가공액 중 또는 공기 중에 배치되고, 상기 전극과 상기 피가공물에 전기적으로 접속되는 전원 장치에 의하여 상기 전극과 상기 피가공물과의 사이에 펄스 형상의 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의하여 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성시키는 방전 표면 처리 장치에 있어서, 상기 전극은 평균 입경-압축 강도 편대수 상관도에 있어서 대수 눈금에서 평균 입경 0.05 ㎛, 1 ㎛, 3 ㎛에 대하여 각각 압축 강도 16O MPa, 100 MPa, 50 MPa의 값을 직선으로 이은 선분 이하의 압축 강도인 것을 특징으로 한다.

다음의 발명에 따른 방전 표면 처리 장치는 금속 또는 금속 화합물의 분말을 압축 성형한 압분체로 이루어지는 전극과, 피막이 형성되는 피가공물이 가공액 중 또는 공기 중에 배치되고, 상기 전극과 상기 피가공물에 전기적으로 접속되는 전원 장치에 의해 상기 전극과 상기 피가공물과의 사이에 펄스 형상의 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의하여 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성시키는 방전 표면 처리 장치에 있어서, 상기 전극은 이 전극의 체적을 차지하는 상기 전극 재료의 체적 비율을 25% ~ 65%의 범위내로서 입경 분포에 의존한 소정 범위내로 하고, 상기 소정 범위는 입경 분포가 넓은 경우에는 체적 비율이 크고, 입경 분포가 좁은 경우에는 체적 비율이 작은 소정 범위로 한 것을 특징으로 한다.

다음의 발명에 따른 방전 표면 처리 장치는 금속 또는 금속 화합물의 분말을 압축 성형한 압분체로 이루어지는 전극과, 피막이 형성되는 피가공물이 가공액 중 또는 공기 중에 배치되고, 상기 전극과 상기 피가공물에 전기적으로 접속되는 전원 장치에 의해 상기 전극과 상기 피가공물과의 사이에 펄스 형상의 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의하여 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성시키는 방전 표면 처리 장치에 있어서, 상기 전극은 10 W/mK 이하의 열전도율을 갖는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 목적을 달성하기 때문에, 본 발명에 따른 방전 표면 처리용 전극의 평가 방법은 금속 또는 금속 화합물의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리에 이용되는 방전 표면 처리용 전극의 평가 방법에 있어서, 상기 전극에 대하여 소정의 부하를 서서히 가압하고, 상기 전극 표면에 균열이 생기기 직전의 압축 강도에 근거하여 소정의 피막을 상기 피가공물 표면에 형성하는 것이 가능한 전극인가의 여부를 평가하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 방전 표면 처리 장치에 있어서 방전 표면 처리의 개략을 나타내는 도면.

도 2는 방전 표면 처리용 전극의 제조 프로세스를 나타내는 플로우차트.

도 3은 분말을 성형할 때의 성형기 상태를 모식적으로 나타내는 단면도.

도 4a는 방전시의 방전 표면 처리용 전극과 워크의 사이에 걸리는 전압 파형을 나타내는 도면.

도 4b는 방전시에 방전 표면 처리 장치에 흐르는 전류의 전류 파형을 나타내는 도면.

도 5는 Cr₃C₂ 분말에 혼합하는 Co 분말량을 변화시켜서 제조된 방전 표면 처리용 전극에 있어서의 Co 량의 변화에 의한 피막 두께의 관계를 나타내는 도면.

도 6은 탄화물을 형성하지 않는 재료 또는 탄화물을 형성하기 어려운 재료가 방전 표면 처리용 전극에 포함되지 않는 경우의 처리 시간에 대한 피막 형성의 양상을 나타내는 도면.

도 7은 Co 함유량이 70 체적%의 전극을 이용하여 방전 표면 처리를 행했을 경우에 형성된 피막의 사진.

도 8은 Cr₃C₂ 3O%-Co 7O%의 체적비의 방전 표면 처리용 전극의 경도를 변화시켰을 경우의 후막 형성 상태를 나타내는 도면.

도 9는 전극의 압축 강도를 측정하는 실험 장치의 개요를 나타내는 사진.

도 10은 전극의 압축 강도와 피막 두께와의 관계를 나타내는 도면.

도 11은 평균 입경과 두꺼운 피막의 퇴적이 가능한 전극의 압축 강도와의 관계를 나타내는 도면.

도 12는 열전도율이 다른 방전 표면 처리용 전극을 이용하여 방전 표면 처리했을 경우의 워크 표면에 형성되는 피막 두께와 방전 표면 처리용 전극의 열전도율의 관계를 나타내는 도면.

도 13a는 성막 시험에 의해 전극의 양호 여부(良否)를 판정하는 방법의 개요를 나타내는 도면.

도 13b는 성막 시험에 의해 전극의 양호 여부를 판정하는 방법의 개요를 나타내는 도면.

도 13c는 성막 시험에 의해 전극의 양호 여부를 판정하는 방법의 개요를 나타내는 도면.

이하에 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 방전 표면 처리용 전극, 방전 표면 처리용 전극의 제조 방법과 평가 방법, 방전 표면 처리 장치 및 방전 표면 처리 방법의 매우 적합한 실시 형태를 상세하게 설명한다.

실시 형태 1.

우선, 본 발명에 이용되는 방전 표면 처리 방법과 그 장치의 개요에 대하여 설명한다. 도 1은 방전 표면 처리 장치에 있어서 방전 표면 처리의 개략을 나타내는 도면이다. 방전 표면 처리 장치(1)는 피막(14)을 형성하고자 하는 피가공물(이 하, 워크라 칭함)(11)와, 워크(11)의 표면에 피막(14)을 형성시키기 위한 방전 표면 처리용 전극(12)과, 워크(11)와 방전 표면 처리용 전극(12)에 전기적으로 접속되어서 양쪽 사이에 아크 방전을 일으키게 하기 위하여 양쪽에 전압을 공급하는 방전 표면 처리용 전원(13)을 구비하여 구성된다. 방전 표면 처리를 액중에서 행하는 경우에는 워크(11)와 방전 표면 처리용 전극(12)의 워크(11)에 대향하는 부분이 오일 등의 가공액(15)으로 채워지도록 가공조(16)가 추가로 설치된다. 또, 방전 표면 처리를 공기 중에서 행하는 경우에는 워크(11)와 방전 표면 처리용 전극(12)과는 처리 분위기 중에 놓여진다. 또한, 도 1과 이하의 설명에서는 가공액 중에서 방전 표면 처리를 행하는 경우를 예시한다. 또, 이하에서는 방전 표면 처리용 전극을 단지 전극이라고 표기하기도 한다. 더욱 이하에서는 방전 표면 처리용 전극(12)과 워크(11)와의 대향하는 면 사이의 거리를 극간 거리라고 한다.

이와 같은 구성의 방전 표면 처리 장치(1)에 있어서 방전 표면 처리 방법에 대하여 설명한다. 방전 표면 처리는 예를 들어, 피막(14)을 형성하고자 하는 워크(11)를 양(陽)극으로 하고, 피막(14)의 공급원으로 되는 금속이나 세라믹스 등의 평균 입경 10 nm ~ 수 ㎛의 분말을 성형한 방전 표면 처리용 전극(12)을 음(陰)극으로 하고, 이러한 전극을 가공액(15) 중에서 양쪽이 접촉하지 않도록 미도시한 제어 기구에 의하여 극간 거리를 제어하면서, 양쪽 사이에 방전을 발생시킴으로써 행하게 된다.

방전 표면 처리용 전극(12)과 워크(11)와의 사이에 방전이 발생하면, 이 방전의 열에 의해 워크(11) 및 전극(12)의 일부는 용융된다. 여기서, 전극(12)의 입 자간 결합력이 약한 경우에는 방전에 의한 폭풍(爆風)이나 정전기력에 의하여 용융한 전극(12)의 일부(이하, 전극 입자라고 칭함)(21)가 전극(12)으로부터 분리되고, 워크(11) 표면으로 향하여 이동한다. 그리고, 전극 입자(21)가 워크(11) 표면에 도달하면, 재응고하여 피막(14)으로 된다. 또, 분리된 전극 입자(21)의 일부가 가공액(15) 중이나 공기 중의 성분(22)에 반응한 것인 (23)도 워크(11) 표면에서 피막(14)을 형성한다. 이와 같이 하여, 워크(11) 표면에 피막(14)이 형성된다. 그러나, 전극(12)의 분말 사이의 결합력이 강한 경우에는 방전에 의한 폭풍이나 정전기력으로는 전극(12)이 벗겨지지 않고, 전극 재료를 워크(11)에 공급할 수 없다. 즉, 방전 표면 처리에 의한 두꺼운 피막의 형성의 가능 여부는 전극(12)측으로부터의 재료의 공급과 그 공급된 재료의 워크(11) 표면에서의 용융 및 워크(11) 재료와의 결합의 방법에 영향을 받는다. 그리고, 이 전극 재료의 공급에 영향을 주는 것이 전극(12)의 딱딱함인 경도이다.

여기서, 방전 표면 처리에 이용되는 방전 표면 처리용 전극(12)의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다. 도 2는 방전 표면 처리용 전극의 제조 프로세스를 나타내는 플로우차트이다. 우선, 워크(11)에 형성하고자 하는 피막(14)의 성분을 갖는 금속이나 세라믹스 등의 분말을 분쇄한다(단계 S1). 복수의 성분으로 이루어지는 경우에는 원하는 비율로 되도록 각각의 성분의 분말을 혼합하여 분쇄한다. 예를 들면, 시장에 유통하고 있는 평균 입경이 수십 ㎛ 인 금속이나 세라믹스 등의 구(球)형 분말을 볼밀 장치 등의 분쇄기로 평균 입경 3 ㎛ 이하로 분쇄한다. 분쇄를 액체 중에서 행해도 되지만, 이 경우에는 액체를 증발시켜서 분말을 건조시킨다(단 계 S2). 건조 후의 분말은 분말과 분말이 응집하여 큰 덩어리를 형성하고 있으므로, 이 큰 덩어리를 따로따로 흩어지게 하는 동시에 다음의 공정에서 사용하는 왁스와 분말을 충분히 혼합시키기 위하여 체로 친다(단계 S3). 예를 들면, 응집한 분말이 남아 있는 체로 친 그물상에 세라믹스구 또는 금속구를 실어서 그물을 진동시키면, 응집할 수 있던 덩어리는 진동의 에너지나 구와의 충돌에 의하여 따로따로 흩어져서 그물코를 통과한다. 이 그물코를 통과한 분말만이 이하의 공정에서 사용된다.

여기서, 이 단계 S3에서 분쇄한 분말을 체로 치는 것에 대하여 설명한다. 방전 표면 처리에 있어서, 방전을 발생시키기 위하여 방전 표면 처리용 전극(12)과 워크(11)의 사이에 인가되는 전압은 통상 80V ~ 40OV 의 범위이다. 이 범위의 전압을 전극(12)과 워크(11)와의 사이에 인가하면, 방전 표면 처리중의 전극(12)과 워크(11)의 사이의 거리는 0.3mm 정도로 된다. 상술한 바와 같이, 방전 표면 처리에 대해서는 양극 사이에 생기는 아크 방전에 의하여, 전극(12)을 구성하는 응집한 덩어리는 그 크기인 채로 전극(12)으로부터 이탈하는 경우도 있다고 추측할 수 있다.

여기서, 덩어리의 크기가 극간 거리 이하(0.3mm 이하)이면, 극간에 덩어리가 존재해도 다음의 방전을 발생시킬 수 있다. 또, 방전은 거리의 가까운 개소에서 발생하기 때문에, 덩어리가 있는 곳에서 방전이 일어나고, 방전의 열에너지나 폭발력으로 덩어리를 세세하게 부술 수 있다고 생각된다.

그러나, 전극(12)을 구성하는 덩어리의 크기가 극간 거리 이상(0.3mm 이상)이면, 방전에 의하여 그 덩어리가 전극(12)으로부터 그대로의 크기로 이탈하고, 워 크(11) 상에 퇴적하거나, 전극(12)과 워크(11)의 사이의 가공액(15)에 채워진 극간을 감돌거나 한다. 전(前)자와 같이 큰 덩어리가 퇴적하면, 방전은 전극과 워크(11)의 거리의 가까운 곳에서 발생하기 때문에 그 부분에서 방전이 집중하고, 그 외의 장소에서 방전을 발생할 수 없게 되고, 피막(14)을 워크(11) 표면에 균일하게 퇴적할 수 없게 된다. 또, 이 큰 덩어리는 너무 커서 방전의 열에 따라서는 완전하게 용융할 수 없다. 그 때문에, 피막(14)은 상당히 무르고, 손으로 깎을 수 있을 정도로 된다. 또, 후자와 같이 큰 덩어리가 극간을 감돌면 전극(12)과 워크(11)의 사이를 단락(短絡)시켜서 방전을 발생할 수 없게 된다. 즉, 피막(14)을 균일하게 형성하고 또한 안정한 방전을 얻기 위해서는 분말이 응집함으로써 형성되는 극간 거리 이상의 크기의 덩어리가 전극을 구성하는 분말에 존재해서는 안된다. 이 분말의 응집은 금속 분말이나 도전성 세라믹스의 경우에 일어나기 쉽고, 비도전성의 분말인 경우에는 일어나기 어렵다. 또 분말의 평균 입경을 작게 할수록 분말의 응집은 일어나기 쉽다.

따라서, 이와 같은 분말의 응집에 의하여 생성되는 덩어리에 의한 방전 표면 처리 중의 폐해를 막기 위하여, 단계 S3에서의 응집한 분말을 체로 치는 공정이 필 요하게 된다. 이상의 취지로, 체로 치는 것을 행할 때 극간 거리보다 작은 사이즈의 그물코를 사용할 필요가 있다.

그 후, 후의 공정에서의 프레스 시에 분말 내부에의 프레스의 압력의 전달을 양호하게 하는 경우에는 필요에 따라서 분말에 파라핀 등의 왁스를 중량비 1% ~ 10% 정도 혼입한다(단계 S4). 분말과 왁스를 혼합하면, 성형성을 개선할 수 있으나 분말의 주위가 다시 액체로 덮이게 되므로, 그 분자간력이나 정전기력의 작용에 의해 응집하여 큰 덩어리를 형성하게 된다. 여기서, 다시 응집한 덩어리를 따로따로 흩어지게 하기 위하여 체로 친다(단계 S5). 여기서 체로 치는 방법은 상술한 단계 S3에서의 방법과 동일하다.

그 다음에, 얻은 분말을 압축 프레스로 성형한다(단계 S6). 도 3은 분말을 성형할 때의 성형기 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 하부 펀치(104)를 금형(다이)(105)에 형성되어 있는 구멍의 하부로부터 삽입하고, 이러한 하부 펀치(104)와 금형(다이)(105)으로 형성되는 공간에 상기 단계 S5에서 체로 친 분말(복수의 성분으로 이루어지는 경우에는 분말의 혼합물)(101)을 충전한다.

그 후, 상부 펀치(103)를 금형(다이)(105)에 형성되어 있는 구멍의 상부로부터 삽입한다. 그리고, 가압기 등에서 이와 같은 분말(101)이 충전된 성형기 상부 펀치(103)와 하부 펀치(104)의 양측으로부터 압력을 가하여 분말(101)을 압축 성형한다. 이하에서는 압축 성형된 분말(101)을 압분체라고 한다. 이 때, 프레스 압력을 높게 하면 전극(12)은 딱딱해지고, 낮게 하면 전극(12)은 부드러워진다. 또, 전극 재료의 분말(101)의 입경이 작은 경우에 전극(12)은 딱딱해지고, 분말(101)의 입경이 큰 경우에 전극(12)은 부드러워진다.

그 후, 성형기로부터 압분체를 취출하고, 진공노 또는 질소 분위기의 노에서 가열한다(단계 S7). 가열 시에, 가열 온도를 높게 하면 전극(12)은 딱딱해지고, 가열 온도를 낮게 하면 전극(12)은 부드러워진다. 또, 가열함으로써, 전극(12)의 전기 저항을 낮출 수도 있다. 그 때문에, 단계 S4에서 왁스를 혼입하지 않고 압축 성 형했을 경우에도 가열하는 것에는 의미가 있다. 이로 인해, 압분체에 있어서 분말간의 결합이 진행되어서 도전성을 갖는 방전 표면 처리용 전극(12)이 제조된다.

또한, 상술한 단계 S1의 분쇄 공정을 생략했을 경우, 즉 평균 입경이 수십 ㎛인 분말을 그대로 사용한 경우나, 단계 S3의 체로 치는 공정을 생략하여 0.3mm 이상의 큰 덩어리가 혼재하는 경우에도, 방전 표면 처리용 전극(12)을 성형할 수 있다. 단, 그 전극(12)은 표면의 경도가 약간 높아지거나 중심부의 경도가 낮아져서 경도의 격차를 갖는다고 하는 문제는 있다.

또, 산화되기 어려운 Co나 Ni(니켈), 이들의 합금, 또는 산화물이나 세라믹스의 평균 입경 3 ㎛ 이하의 분말은 시장에 유통되어 있는 것이 많기 때문에 이와 같은 분말을 이용하는 경우에는 상술한 단계 S1의 분쇄 공정과 단계 S2의 건조 공정을 생략할 수 있다.

다음에, 상술한 방법에 따라 제조되는 방전 표면 처리용 전극의 구체적인 실시 형태에 대하여 설명한다. 실시 형태 1에서는 전극을 구성하는 분말의 평균 입경이 5 ~ 10 ㎛인 경우에, 탄화물을 형성하지 않는 재료 또는 탄화물을 형성하기 어려운 재료의 비율과 전극의 경도와, 그 전극에 의하여 형성되는 피막의 두께와의 관계에 대하여 설명한다.

이 실시 형태 1에서는 탄화물을 형성하지 않는 재료 또는 탄화물을 형성하기 어려운 재료의 성분을 변화시킨 방전 표면 처리용 전극에 대하여 그 전극의 경도와 방전 표면 처리 방법에 따라 피가공물상에 형성되는 피막의 두께의 변화를 시험한 결과를 이하에 나타낸다. 시험에 이용한 방전 표면 처리용 전극의 베이스로 되는 재질은 Cr₃C₂(탄화 크롬) 분말이며, 이것에 탄화물을 형성하지 않는 재료 또는 탄화물을 형성하기 어려운 재료로서 Co 분말을 첨가하였다. 첨가하는 Co는 체적에서 O ~ 80%의 사이에서 변화시키고, 시험되는 방전 표면 처리용 전극의 경도는 후술하는 소정의 경도로 하였다.

또한, 전극은 입경이 5 ㎛의 Cr₃C₂ 분말과 입경이 5 ㎛의 Co 분말로 도 2의 플로우차트에 따라서 제조하였으나, 단계 S1의 분말의 분쇄 공정에서는 입경이 5 ㎛인 분말이 얻어지도록 된 조건에서 분쇄를 행하고, 단계 S4의 왁스와의 혼합 공정에서는 2 ~ 3 중량%의 왁스를 혼합하고, 단계 S6의 프레스 공정에서는 분말을 약 100 MPa의 프레스압으로 압축 성형하고, 단계 S7의 가열 공정에서는 가열 온도를 400℃ ~ 8OO℃의 범위에서 변화시켰다. 이 가열 온도는 Cr₃C₂ 분말의 비율이 많을수록 높게 하고, Co 분말의 비율이 많을수록 온도를 낮게 하였다. 이것은 Cr₃C₂ 분말의 비율이 많은 경우에는 제조한 전극이 무르게 되기 쉽고, 낮은 온도로 가열하자마자 무너지게 되는데 반해, Co 분말의 비율이 많은 경우에는 가열 온도가 낮아도 전극의 강도가 강해지기 쉬웠기 때문이다.

또한, 이 명세서에서 이용되는 체적비(체적%)란 혼합되어 있는 재료 각각을 그 재료의 밀도로 나눈 값의 비율을 말한다. 구체적으로, 재료를 복수 혼합했을 경우에는 각각의 체적의 비율 그 자체이며, 재료가 합금의 경우에는 합금에 포함되는 재료(금속 원소)의 각각을 각각의 밀도(비중)로 나눈 값의 비율을 체적%로 하고 있다. 즉, 목적으로 하는 성분의 중량%를 그 성분의 밀도로 제거한 값을, 방전 표면 처리용 전극에 사용되는 각각의 성분의 중량%를 그 성분의 밀도로 제거한 값을 합계한 값으로 제거한 것을 말한다. 예를 들어, 이 예의 Cr₃C₂ 분말과 Co 분말의 혼합물에 있어서의 Co 분말의 체적비(체적%)는 다음 식으로 나타낸다.

이 식에 의해, 합금으로서 혼합하는 재료의 원래의 비중이 가까운 재료이면, 중량%과는 거의 동일하게 되는 것은 물론이다.

여기서, 이 실시 형태 1에서의 방전 표면 처리시에 있어서 방전의 펄스 조건에 대하여 설명한다. 도 4a와 도 4b는 방전 표면 처리시에 있어서 방전의 펄스 조건의 일례를 나타내는 도면이고, 도 4a는 방전시의 방전 표면 처리용 전극과 워크의 사이에 따른 전압 파형을 나타내고, 도 4b는 방전시에 방전 표면 처리 장치에 흐르는 전류의 전류 파형을 나타내고 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이 시각 to에서 양극 사이에 무부하 전압 ui가 걸리지만, 방전 지연 시간 td 경과 후의 시각 t₁에 양극 사이에 전류가 흐르기 시작하여 방전이 시작된다. 이 때의 전압이 방전 전압 ue 이며, 이 때 흐르는 전류가 피크 전류치 ie 이다. 그리고 시각 t₂에서 양극 사이 에의 전압의 공급이 중지되면, 전류는 흐르지 않게 된다. 즉, 방전이 정지한다. 그리고, 시각 t₂-t₁을 펄스 폭 te라고 한다. 이 시각 t₀∼t₂에 있어서의 전압 파형을 휴지 시간 t₀에서 반복하여 양극 사이에 인가한다. 즉, 이 도 4a에 도시된 바와 같이, 방전 표면 처리용 전극(12)과 워크(11)와의 사이에, 펄스 형상의 전압을 인가한다. 이 예에서는 방전 표면 처리시에 있어서 사용한 방전의 펄스 조건은 피크 전류치 ie=10A, 방전 지속 시간(방전 펄스폭) te=64 ㎲, 휴지 시간 t₀=128 ㎲ 로 하였다. 또, 시험에서는 15mm×15mm의 면적의 전극을 이용하여 워크(11)에 대하여 방전 표면 처리를 15 분간 행하였다.

도 5는 탄화물인 Cr₃C₂ 분말에 탄화물을 형성하기 어려운 Co 분말량을 변화시켜서 제조한 방전 표면 처리용 전극에 있어서 Co 량의 변화에 의한 피막 두께의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도 5에 있어서, 횡축은 방전 표면 처리용 전극에 포함된 CO의 체적%를 나타내고 있고, 종축은 피가공물에 형성되는 피막의 두께(㎛)를 대수 메모리로 나타내고 있다.

상기의 방전 펄스 조건에 근거하여 피막을 형성한 경우, 제조된 전극내에 함 유되는 Co의 체적%에 의하여 워크상에 형성되는 피막의 두께가 차이가 난다. 도 5에 의하면, Co 함유량이 10 체적% 이하인 경우에는 10 ㎛ 정도의 막 두께로 하였으나, Co 함유량이 3O 체적% 정도로부터 점차 두꺼워지고, Co 함유량이 40 체적%를 넘을 때부터 10,OOO ㎛ 근처에까지 두꺼워지는 것을 나타내고 있다.

이것에 대하여 더욱 상세하게 검토한다. 상기와 같은 조건에 근거하여 워크 위에 피막을 형성한 경우, 전극내의 Co 함유량이 O 체적%인 경우, 즉 Cr₃C₂ 분말이 100 체적%인 경우에는 형성할 수 있는 피막의 두께는 10 ㎛ 정도가 한계이며, 그 이상으로 두께를 증가시킬 수 없다.

도 6은 탄화물을 형성하지 않는 재료 또는 탄화물을 형성하기 어려운 재료가 방전 표면 처리용 전극에 포함되지 않는 경우의 처리 시간에 대한 피막의 형성의 양상을 나타내는 도면이다. 이 도 6에 있어서, 횡축은 단위면적 근처의 방전 표면 처리를 행하는 처리 시간(분/㎠)을, 종축은 방전 표면 가공 처리를 행하기 전의 워크의 표면의 위치를 기준으로 했을 때의 피막의 두께(워크의 표면 위치)(㎛)를 나타내고 있다. 이 도 6에 도시된 바와 같이, 방전 표면 처리의 초기의 단계에서는 피막이 시간과 함께 성장하여 두꺼워지지만, 어느 곳(약 5 분/㎠)에서 포화한다. 그 후 당분간은 피막의 두께가 성장하지 않지만, 어느 시간(약 2O 분/㎠) 이상, 방전 표면 처리를 계속하면 피막의 두께가 감소하기 시작하여 마지막에는 피막의 두께는 마이너스로 되고, 굴입 즉 제거 가공으로 바뀐다. 그러나, 제거 가공으로 바뀐 상태에 있어서도, 실제로는 워크상의 피막은 존재하고 있고, 10 ㎛ 정도의 두께를 갖고 있다. 즉, 피막의 두께는 적절한 시간(처리 시간이 5 ~ 2O 분/㎠의 사이)으로 처리한 상태와 거의 변함없다. 이와 같은 결과로부터, 5 ~ 20 분 사이에서의 처리 시간을 적절하다고 생각할 수 있다.

도 5로 돌아와서, 전극내에 탄화물을 형성하기 어려운 재료인 Co 량을 늘림에 따라 피막을 두껍게 할 수 있게 되고, 전극중에 있어서의 Co 함유량이 30 체적% 를 초과하면 형성되는 피막의 두께가 두꺼워지기 시작하고, 40 체적%를 초과하면 안정되어서 후막이 형성되기 쉬워진다. 도 6에서는 Co 함유량이 30 체적% 정도에서부터 매끄럽게 막 두께가 상승하도록 기재하고 있지만, 이것은 여러 차례의 시험을 행한 평균치이며, 실제로는 Co 함유량이 3O 체적% 정도인 경우에는 피막이 두꺼워지지 않는 경우가 있거나, 두꺼워진 경우에도 피막의 강도가 약한, 즉 금속 조각 등으로 강하게 문지르면 제거되는 경우가 있기도 하여 안정되지 않았다. 따라서, 바람직하게는 Co 함유량이 40 체적% 이상이면 된다.

이와 같이 피막 중에 금속으로서 남는 재료를 많이 함으로써, 탄화물로 되지 않는 금속 성분을 포함하는 피막을 형성할 수 있고, 안정하게 후막을 형성하기 쉽게 할 수 있다.

도 7은 Co 함유량이 70 체적%인 전극을 이용하여 방전 표면 처리를 행한 경우에 형성된 피막의 사진을 나타낸다. 이 사진은 후막의 형성을 예시하는 것이고, 2mm 정도인 후막이 형성되어 있는 경우를 나타내고 있다. 이 피막은 15 분의 처리 시간에 형성된 것이지만, 처리 시간을 늘리면 더욱 두꺼운 피막을 형성할 수 있다.

이와 같이 하여, 전극내에 Co 등의 탄화물을 형성하기 어려운 재료 또는 탄화물을 형성하지 않는 재료를 40 체적% 이상 함유하는 전극을 이용함으로써, 방전 표면 처리에 의해 워크 표면에 안정되어서 두꺼운 피막을 형성할 수 있다.

상술한 예에서는 탄화물을 형성하기 어려운 재료로서 Co를 이용했을 경우를 설명하였으나, Ni, Fe(철), Al(알루미늄), Cu(동), Zn(아연) 등에서도 동일한 결과를 얻을 수 있었다.

또한, 여기서 말하는 후막이란, 조직의 내부(펄스 형상의 방전에 의해 형성하는 피막이기 때문에, 최표면은 면조(面粗)가 나쁘고 일견 광택이 없게 보임)가 금속 광택을 갖도록 된 치밀한 피막을 말한다. 예를 들어 Co와 같은 탄화물을 형성하기 어려운 재료의 함유량이 적은 경우에도, 전극의 강도(경도)를 약하게 하면 워크상의 부착물이 부풀어 오르는 일이 있다. 그러나, 이 부착물은 치밀한 피막이 아니고, 금속 조각 등으로 문지르면 용이하게 제거할 수 있는 것이며, 이와 같은 피막은 본 발명에서는 후막이라고는 말하지 않는다. 동일하게, 상술한 특허 문헌 1 등에 기재되어 있는 퇴적층은 이와 같은 치밀하지 않는 피막이며, 금속 조각 등으로 문지르면 용이하게 제거할 수 있는 것이므로, 이와 같은 피막도 본 발명에 있어서 후막이라고는 말하지 않는다.

또, 상기의 설명에 있어서는 Cr₃C₂ 분말 및 Co 분말을 압축 성형한 후에 가열하여 전극을 제조한 경우에 대하여 설명하였으나, 압축 성형한 압분체를 그대로 전극으로서 사용해도 되는 경우도 있다. 그러나, 치밀한 후막을 형성하기 위해서는 전극의 경도가 너무 딱딱해도 너무 부드러워도 좋지 않으며, 적절한 경도가 필요하므로, 일반적으로는 가열 처리가 필요하다. 압분체를 가열하는 것은 성형의 유지나 고형화로 이어진다.

이 전극의 경도는 전극 재료의 분말의 결합의 강도에 상관이 있으며, 방전에 의한 전극 재료의 워크측으로의 공급량에 관계하고 있다. 전극의 경도가 높은 경우에는 전극 재료의 결합이 강하기 때문에, 방전이 발생해도 소량의 전극 재료밖에 방출되지 않으며, 충분한 피막 형성을 행할 수 없다. 반대로, 전극의 경도가 낮은 경우에는 전극 재료의 결합이 약하기 때문에, 방전이 발생하면 대량의 재료가 공급되고, 이 양이 너무 많은 경우에는 이러한 재료를 충분히 방전 펄스의 에너지로 용융시킬 수 없으며, 치밀한 피막을 형성할 수 없게 된다.

동일한 원료로 동일한 입경의 분말을 사용했을 경우, 전극의 경도, 즉 전극의 재료의 결합 상태에 영향을 주는 파라미터가 프레스압과 가열 온도이다. 이 실시 형태 1에서는 프레스압의 예로서 약 10O MPa를 사용하였으나, 이 프레스를 더욱 올리면 가열 온도를 낮게 해도 동일한 경도가 얻어진다. 반대로, 프레스압을 낮게 하면, 가열 온도를 높게 설정할 필요가 있다.

또, 이 실시 형태 1에서는 방전 표면 처리시의 방전 펄스 조건의 예로서 하나의 조건에서의 시험 결과를 나타냈지만, 피막의 두께 등이 다르지만 그외의 조건에서도 동일한 결과가 얻어지는 것은 물론이다.

이상과 같이 후막을 형성하기 위해서는 재료적인 조건이 중요하다라는 것을 알지만, 방전 표면 처리, 특히 후막 형성의 경우에는 다른 조건도 극히 중요하다는 것을 알았다. 통상, 방전 표면 처리용 전극은 상술한 도 2의 플로우차트에 따라서, 분말 재료를 압축 성형하고, 가열하여 전극을 제조한다. 그 때, 일반적으로는 압축 성형때의 프레스압과 가열 처리때의 가열 온도에 의해 전극 상태를 결정하는 일이 많다. 즉, 종래에서 전극 상태의 관리는 프레스압과 가열 온도 등의 소정의 조건에서 성형한 전극을 사용하여 피막 형성을 행하고, 그 상태에 의해 판단하고 있었다. 그러나, 이 방법에서는 전극 상태의 관리를 위하여 피막을 형성하지 않으면 안되며 시간이 걸렸다. 여기서, 발명자 등은 전극 상태를 관리하는 방법으로서 (1)전극의 전기 저항, (2)전극의 구부러짐 시험 및 (3)전극의 경도 시험의 방법에 대하여 검토하였다.

우선, (1)의 전기 저항은 방전 표면 처리용 전극을 소정의 형상으로 자르고, 전기 저항을 측정하는 방법이다. 전기 저항은 방전 표면 처리용 전극이 단단히 굳어질수록 작아지는 경향이 있고, 방전 표면 처리용 전극의 강도의 좋은 지표이기는 하지만, 측정에 격차가 나기 쉬운 점, 재료의 물성치의 영향을 받기 때문에 다른 재료인 경우에는 다른 값으로 되므로, 다른 재료마다 최적의 상태인 경우의 값을 파악해야 하는 점 등의 문제점이 있다.

다음에, (2)의 구부러짐 시험은 방전 표면 처리용 전극을 소정의 형상으로 잘라서 3점 휨 시험을 행하고, 휨에 대한 저항력을 측정하는 방법이다. 이 방법은 측정에 격차가 나기 쉬운 점, 측정에 비용이 드는 점 등의 문제점이 있다.

그리고, 마지막 (3)의 경도 시험은 방전 표면 처리용 전극에 압자를 눌러서 그 압흔의 형상에 의하여 경도를 측정하는 방법이나, 연필 등의 측정자로 방전 표면 처리용 전극을 그어서 상처가 나는지의 여부로 판단하는 방법 등이 있다.

이들 3 개의 방법은 서로 강한 상관을 갖는 것이지만, 측정의 간이성 등의 이유로 (3)의 연필 등의 측정자에 의한 경도 시험에 의하여 방전 표면 처리용 전극 상태를 판단하는 방법이 가장 적합한 것을 알았다. 여기서, 전극의 경도와 그 전극에 의해 형성되는 피막의 성질의 관계에 대하여 이하에 설명한다. 또한, 이 아래에 전극의 경도의 기준으로서 사용하는 지표는 전극을 구성하는 분말의 입경이 큰 전 극이 부드러운 경우에는 JIS K 56OO-5-4에 있는 도막용 연필 긋기 시험을, 전극을 구성하는 분말의 입경이 작아서 전극이 딱딱한 경우에는 록웰 경도(Rockwell hardness)를 이용하였다. 상술한 JIS K 56OO-5-4의 규격은 본래 도장(塗裝) 피막의 평가에 사용되고 있는 것이지만, 경도가 낮은 재료의 평가에는 편리하다. 물론, 다른 경도 평가 방법의 결과와 이 도막용 연필 긋기 시험의 결과는 환산할 수 있는 것이며, 다른 경도 평가 방법을 지표로서 사용해도 되는 것은 물론이다.

상술한 바와 같이 후막을 형성하기 위해서는 재료적인 조건이 중요하지만, 실험에 따라 후막 형성의 경우에는 다른 조건, 특히 전극의 경도도 극히 중요하다. 방전 표면 처리에 의한 후막의 형성과 방전 표면 처리용 전극의 경도와의 사이의 관계에 대하여, 예로서 Cr₃C₂ 30% - Co 7O%의 체적비로 제조된 방전 표면 처리용 전극의 경우를 예로 들어 설명한다. 도 8은 Cr₃C₂ 3O% - Co 7O%의 체적비의 방전 표면 처리용 전극의 경도를 변화시켰을 경우의 후막 형성 상태를 나타내는 도면이다. 이 도 8에 있어서, 횡축은 경도의 평가에 이용한 도막용 연필의 경도에 의하여 측정된 방전 표면 처리용 전극의 경도를 나타내고, 왼쪽을 향할수록 딱딱해지고 오른쪽을 향할수록 부드러워진다. 종축은 방전 표면 처리용 전극에 의하여 형성된 피막의 두께의 평가 상태이다. 이 평가 시험을 행할 때의 방전 표면 처리시에 있어서 사용된 방전의 펄스 조건은 피크 전류치 ie=10A, 방전 지속 시간(방전 펄스 시간) te=64 ㎲, 휴지 시간 t₀=128 ㎲ 이다. 또, 평가 시험에서는 15mm×15mm의 면적의 전극으로 피막을 형성했다.

이 도 8에 도시된 바와 같이, 방전 표면 처리용 전극의 경도가 4B ~ 7B 정도인 경도의 경우에 피막 상태가 매우 양호하며, 치밀한 후막이 형성되었다. 또, 방전 표면 처리용 전극의 경도가 B ~ 4B의 사이에서도 양호한 후막이 형성된다. 그러나 이 범위에서는 딱딱해짐에 따라서 피막의 형성 속도가 늦어지는 경향이 있고, B 정도의 경도에서는 후막의 형성이 어려워지게 된다. 또한, B 보다 딱딱하게 되면 후막의 형성은 불가능하게 되고, 방전 표면 처리용 전극의 경도가 딱딱해짐에 따라 공작물(워크)을 제거하면서 가공하게 된다.

한편, 방전 표면 처리용 전극의 경도가 8B 정도인 경도에서도 양호한 후막을 형성하는 일이 생기지만, 조직의 분석을 행하면 피막 중에 빈 구멍이 서서히 증가하게 되는 경향이 있다. 또한, 방전 표면 처리용 전극의 경도가 9B 정도보다 부드러워지면, 전극 성분이 충분히 용융하지 않는 채로 공작물에 부착하는 현상을 볼 수 있고, 피막이 치밀하지 않은 다공질(porous)의 것으로 된다. 또한, 상술한 방전 표면 처리용 전극의 경도와 피막 상태와의 사이의 관계는 사용하는 방전 펄스 조건에 의해서도 다소 변화하고, 적절한 방전 펄스 조건을 사용했을 경우에는 어느 정도 양호한 피막을 형성할 수 있는 범위를 확대할 수도 있다. 이상과 같은 경향은 전극을 구성하는 재료에 의하지 않고, 평균 입경이 5 ~ 10 ㎛인 크기의 분말로 제조되는 전극에 대하여 확인되었다.

이 실시 형태 1에 의하면, 입경이 5 ~ 10 ㎛ 인 분말로 방전 표면 처리용 전극을 구성하는 재료에 Co, Ni, Fe, Al, Cu, Zn 등의 탄화물을 형성하지 않는 재료 또는 탄화물을 형성하기 어려운 재료를 40 체적% 이상 첨가하고, 도막용 연필 긋기 시험에 의한 경도에서 B ~ 8B의 사이, 보다 바람직하게는 4B ~ 7B의 사이의 경도로 되도록 방전 표면 처리용 전극을 제조하고, 이 방전 표면 처리용 전극을 이용하여 방전 표면 처리를 행함으로써, 워크상에 후막을 안정하게 형성할 수 있다는 효과를 갖는다. 또, 이 방전 표면 처리용 전극을 이용함으로써, 용접이나 용사의 작업을 대체하는 것이 가능하게 되고, 종래에서는 용사나 용접으로 행한 작업을 라인화하는 것이 가능하게 된다.

실시 형태 2.

방전 표면 처리에 있어서, 방전에 의해 전극으로부터 전극 재료가 방출되는지의 여부는 전극을 구성하고 있는 분말의 결합 강도에 의한다. 즉, 결합 강도가 강하면 분말은 방전의 에너지에 의해 방출되기 어려워지고, 약하면 방출되기 쉬워진다. 또, 이 결합 강도는 전극을 구성하는 분말의 크기에 의해 다르게 된다. 예를 들어, 전극을 구성하는 분말의 입경이 큰 경우에는 전극 중에서의 분말이 서로 결합하고 있는 점의 수가 적게 되기 때문에 전극 강도는 약해지지만, 전극을 구성하는 분말의 입경이 작은 경우에는 전극 중에서의 분말이 서로 결합하고 있는 점의 수가 많아지기 때문에 전극 강도는 강하게 된다. 따라서, 방전에 의해 전극으로부터 전극 재료가 방출되는지의 여부는 분말의 입경의 크기에 따라서 다르다. 상술한 실시 형태 1에서는 입경이 5 ~ 1O ㎛ 정도인 분말을 사용했을 경우에, 도막용 연필 긋기 시험에 의한 경도로 B ~ 8B의 경도가 최적치로 되었지만, 이 실시 형태 2에서는 입경이 1 ~ 5 ㎛ 인 경우의 전극의 경도와 피막의 두께에 대하여 설명한다.

여기서는 Co, Cr, Ni 등의 성분을 소정의 비율로 포함하는 합금 분말을, 예 를 들면 아트마이즈법이나 밀 등에 의해(입경이 3 ㎛ 정도로 되도록) 분쇄, 혼합하고, 실시 형태 1의 도 2의 플로우차트에 따라서 방전 표면 처리용 전극을 제조하는 경우를 예로 든다. 단, 단계 S4의 왁스와의 혼합 공정에서는 2 ~ 3 중량%의 왁스를 혼합하고, 단계 S6의 프레스 공정에서는 전극을 제작할 때의 분말을 약 100 MPa의 프레스압으로 압축 성형하고, 단계 S7의 가열 공정에서는 가열 온도를 600℃ ~ 8OO℃의 범위에서 변화시켰다. 또한, 이 전극의 제조에 있어서, 단계 S7의 가열 공정을 생략하고, 혼합 분말을 압축 성형하여 얻은 압분체를 전극으로 하여 이용해도 된다. 또, 상기의 합금 분말의 조성은 Cr 20 중량%, Ni 10 중량%, W(텅스텐) 15 중량%, Co 55 중량% 이며, 이 경우의 Co의 체적%는 40% 이상이다.

제조한 전극을 이용하여 방전 표면 처리를 행할 때의 방전의 펄스 조건은 도 4a와 도 4b에 있어서, 피크 전류치 ie=10 A, 방전 지속 시간(방전 펄스폭) te=64 ㎲, 휴지 시간 t₀=128 ㎲ 로 하였다. 또, 15mm×15 mm의 면적의 전극으로 피막을 형성했다. 그 결과, 전극 재료는 분말로 구성되어 있지만, 합금을 분말화한 것을 사용하고 있으므로 재질이 균일하고 격차가 없으므로, 성분에 격차가 없는 양질의 피막을 형성할 수 있었다.

물론, 소정의 조성으로 되도록 칭량(秤量)한 각 재료의 분말(여기서는 Cr 분말, Ni 분말, W 분말, Co 분말)을 혼합하여 전극을 제조하는 경우에도 동일한 전극을 제조하는 것은 가능하다. 단, 분말의 혼합의 격차가 생기는 등의 문제는 있으므로, 약간 성능이 저하하는 것은 어쩔 수 없다.

상기의 설명에서는 Cr 20 중량%, Ni 10 중량%, W 15 중량%, 나머지가 Co인 비율의 합금을 분말화한 재료를 사용하였으나, 분말화하는 합금의 조성은 이것에 한정되는 것이 아니며, 예를 들면 Cr 25 중량%, Ni 10 중량%, W 7 중량%, 나머지가 Co인 비율의 합금이나, Mo 28 중량%, Cr 17 중량%, Si(실리콘) 3 중량%, 나머지가 Co인 비율의 합금, Cr 15 중량%, Fe 8 중량%, 나머지가 Ni인 비율의 합금, Cr 21 중량%, Mo 9 중량%, Ta(탄탈) 4 중량%, 나머지가 Ni인 비율의 합금, Cr 19 중량%, Ni 53 중량%, Mo 3 중량%, (Cd(카드뮴)+Ta) 5 중량%, Ti 0.8 중량%, Al 0.6 중량%, 나머지가 Fe인 비율의 합금 등인, 탄화물을 형성하기 어려운 원소인 Co, Ni, Fe, Al, Cu, Zn를 체적%에서 40% 이상 포함하는 것이면 된다.

단, 합금의 합금 비율이 다르면 재료의 경도 등의 성질이 다르기 때문에, 전극의 성형성이나 피막 상태에 다소의 차이가 생긴다. 예를 들어, 전극 재료의 경도가 딱딱한 경우에는 프레스에 의한 분말의 성형이 곤란하게 된다. 또, 가열 처리에 의해 전극의 강도를 더하는 경우에도 가열 온도를 높게 하는 등의 고안이 필요하다. 예를 들면 Cr 25 중량%, Ni 10 중량%, W 7 중량%, 나머지가 Co인 비율의 합금은 비교적 부드럽고, Mo 28 중량%, Cr 17 중량%, Si 3 중량%, 나머지가 Co인 비율의 합금은 비교적 딱딱한 재료이지만, 전극에 필요한 경도를 주기 위한 전극의 가열 처리에 있어서의 가열 처리에 있어서, 전자보다 후자가 평균적으로 10O℃ 전후 높게 가열 온도를 설정할 필요가 있다.

또, 후막의 형성의 용이함은 실시 형태 1에 나타낸 바와 같이, 피막 중에 함유되는 금속의 양이 많아짐에 따라서 용이하게 된다. 전극의 성분인 합금 분말에 포함되는 재료로서는 탄화물을 형성하기 어려운 재료인 Co, Ni, Fe, Al, Cu, Zn가 많을수록 치밀한 후막을 형성하기 쉬워진다.

각종 합금 분말로 시험을 실시하는데, 실시의 형태 1과 동일하게 전극 중에 있어서 탄화물을 형성하기 어려운 재료 또는 탄화물을 형성하지 않는 재료의 함유율이 40 체적%을 초과하면 안정되어서 후막이 형성하기 쉬워지는 것이 판명되었다.그리고, 전극 중에 있는 Co의 함유량이 5O 체적%를 초과하면 충분한 두께의 후막을 형성할 수 있기 때문에 바람직한 것으로 판명되었다.

또, 탄화물을 형성하기 어려운 재료인 Co, Ni, Fe, Al, Cu, Zn 이외에 합금의 성분으로서 혼합되는 재료가 탄화물을 형성하는 재료로서도, 그 포함되는 재료 중에서 상대적으로 탄화물을 형성하기 어려운 재료인 경우에 피막 중에는 Co, Ni, Fe, Al, Cu, Zn 이외의 금속 성분이 포함되게 되고, Co, Ni, Fe, Al, Cu, Zn의 비율은 추가로 적어도 치밀한 후막을 형성할 수 있다.

또, Cr와 Co의 2 원소로 이루어지는 합금의 경우에는 전극 중에 있어서의 Co의 함유량이 2O 체적%를 초과하므로 후막이 형성하기 쉬워지는 것이 판명되었다. Cr은 탄화물을 형성하는 재료이지만, Ti 등의 활성인 재료와 비교하면 탄화물을 형성하기 어려운 재료이다. 즉, Cr의 경우에는 탄화하기 쉬운 재료이지만, Ti와 같은 재료에 비하면 탄화하기 용이함은 낮고, 전극 중에 Cr가 포함되어 있는 경우에는 그 일부가 탄화물로 되고, 일부는 금속의 Cr인 채로 피막이 되는 것으로 된다. 이상의 결과로부터 고찰하면, 피막 중에 금속으로서 남는 재료의 비율이 체적으로 3O% 정도 이상 존재하는 것이 치밀한 후막을 형성하기 위해 필요한 것으로 고려된 다.

입경 1 ~ 5 ㎛ 인 분말로 제조된 전극을 이용하여 피막을 형성했을 경우의 전극 경도와 피막의 두께와의 관계를 조사한 결과를 이하에 나타낸다. 또한, 입경이 6 ㎛ 정도의 크기인 분말로 전극을 제조했을 경우에는 상술한 JIS K 5600-5-4에 규정되어 있는 도막용 연필 긋기 시험을 이용할 수 있지만, 입경이 그것보다 작은 분말로 전극을 제조했을 경우에는 이 시험에서는 대응할 수 없게 된다. 여기서, 이 예에서는 1/4 인치의 강구(鋼球)를 15 kgf로 눌렀을 때의 압입 거리 거리 h(㎛)로부터 구하는 경도 H=100-100O×h 라고 하는 경사의 지표를 이용했다.

그 결과, 전극의 경도가 25 ~ 35 정도인 경도의 경우가 가장 피막 상태가 좋으며, 치밀한 후막을 형성할 수 있었다. 단, 그 범위를 다소 벗어나도 후막의 형성이 가능한 범위는 있고, 딱딱할 방향에서는 50 정도인 경도까지는 후막이 가능하고, 부드러운 방향에서는 2O 정도까지 후막의 형성이 가능하다. 그러나, 딱딱해짐에 따라 피막의 형성 속도는 늦어지는 경향이 있고, 5O 정도인 경도에서는 후막의 형성이 어려워진다. 더욱 딱딱해지면 후막의 형성은 할 수 없게 되고, 딱딱해짐에 따라 공작물측을 제거 가공하게 된다. 또, 부드러운 방향에서는 2O 정도까지의 경도에서 후막의 형성이 가능하지만, 미용융인 재료가 증가하는 경향이 있고, 20 정도보다 전극이 부드럽게 되면 전극 성분이 충분히 용융하지 않는 채로 공작물측에 부착하는 현상이 보여지게 된다. 또한, 이 전극 경도와 피막 상태의 관계는 사용하는 방전 펄스 조건에 의해서도 다소 변화하고, 적절한 방전 펄스 조건을 사용했을 경우에는 어느 정도 양호한 피막을 형성할 수 있는 범위를 확대할 수도 있다.

또한, 이 실시 형태 2와 같이 분말의 입경이 3 ㎛ 정도(1 ㎛ ~ 5 ㎛ 정도)로 되면, 방전 표면 처리에 적절한 전극의 경도도 높아지고, 실시 형태 1에 나타낸 바와 같은 JIS K 56OO-5-4에 있는 도막용 연필 긋기 시험에서는 측정이 곤란하게 된다. 그 때문에, 여기서는 록웰 경도 시험을 사용하였다. 록웰 경도 시험은 구를 소정의 하중으로 누르고, 그 압흔의 형상으로부터 경도를 구하는 것이다. 하중은 너무 높으면 전극의 파손으로 이어지기 때문에, 적당한 강도로 할 필요가 있다. 경도 시험에는 그 외에도 빅커스 경도 시험 등이 있고, 전극의 경도의 측정은 물론 할 수 있으나, 이 경우에는 압흔의 단부가 무너지는 등 보기 어렵다고 하는 문제가 있고, 압자 형상은 구의 쪽이 보다 바람직하다고 말할 수 있다.

이 실시 형태 2에 의하면, 탄화물을 형성하지 않는 재료 또는 형성하기 어려운 재료를 40 체적% 이상 포함하고, 전극을 구성하는 분말의 평균 입경을 1 ~ 5 ㎛로 한 분말로, 경도를 2O ~ 50로 되도록 방전 표면 처리용 전극을 제조하고, 이 전극을 이용하여 방전 표면 처리를 행함으로써, 워크 표면에 치밀하고 두꺼운 피막을 형성할 수 있다.

실시 형태 3.

실시 형태 2와 동일하게 재료의 분말을 평균 1 ㎛로 하여 전극을 제조하였다. 동일한 재료임에도 불구하고, 분말 입경을 작게 하여, 방전 표면 처리에 적절한 전극 경도를 더욱 증가시킬 수 있었다. 이 경우에도, 탄화물을 형성하지 않는 재료는 형성하기 어려운 재료가 40 체적% 이상 포함하면 안정되어서 후막이 형성하기 쉬워졌다.

이 경우, 전극의 경도가 3O ~ 50 정도인 경도의 경우가 가장 피막 상태가 좋으며, 치밀한 후막을 형성할 수 있었다. 단, 그 범위를 다소 벗어나도 후막의 형성이 가능한 범위는 있으며, 딱딱한 방향에서는 6O 정도인 경도까지 후막이 가능하고, 부드러운 방향에서는 25 정도까지 후막의 형성이 가능하다. 그러나, 딱딱해짐에 따라 피막의 형성 속도는 늦어지는 경향이 있고, 60 정도인 경도에서는 후막의 형성은 어려워진다. 또한, 딱딱해지면 후막의 형성은 할 수 없게 되고, 딱딱하게 됨에 따라 공작물측을 제거하는 제거 가공으로 된다. 또, 부드러운 방향에서는 25 정도까지의 경도에서는 후막의 형성은 할 수 있으나, 미용융의 재료가 증가하는 경향이 있고, 25 정도보다 전극이 부드러워지면 전극 성분이 충분히 용융하여 하지 않는 채로 공작물측에 부착하도록 된 현상을 볼 수 있게 된다. 또한, 이 전극 경도와 피막 상태의 관계는 사용하는 방전 펄스 조건에 의해서도 다소 변화하고, 적절한 방전 펄스 조건을 사용했을 경우에는 어느 정도 양호한 피막을 형성할 수 있는 범위를 확대할 수도 있다. 또, 평균 입경이 1 ㎛ 이하인 분말로 제조한 전극에 관하여 동일한 결과가 얻어졌다.

이 실시 형태 3에 의하면, 탄화물을 형성하지 않는 재료 또는 형성하기 어려운 재료를 40 체적% 이상 포함하고, 전극을 구성하는 분말의 평균 입경을 1 ㎛ 이하로 한 분말로부터, 경도를 25 ~ 60으로 되도록 방전 표면 처리용 전극을 제조하고, 이 전극을 이용하여 방전 표면 처리를 행함으로써, 워크 표면에 치밀하고 두꺼운 피막을 형성할 수 있다.

실시 형태 4.

이 실시 형태 4에서는 방전 표면 처리 방법에 따라 워크에 형성하는 피막을 두껍게 하는 것이 가능한 방전 표면 처리용 전극에 대하여 설명한다.

우선, 방전 표면 처리용 전극을 구성하는 입경의 크기에 의한 경도의 변화에 대하여 설명한다. 도 2의 플로우차트의 단계 S6의 프레스 공정에서, 분말을 프레스 성형할 때, 프레스면이나 금형면에 접한 분말에서부터 전극의 내부로 향하여 압력이 전달되고, 그 때에 분말은 조금 움직인다. 이 때, 분말의 평균 입경이 수십 ㎛ 정도의 크기인 경우에는 분말과 분말의 사이에 형성되는 공간이 커지게 되고, 프레스면이나 금형면에 접한(전극의 표면의) 분말이 그 공간을 매우도록 움직이고, 전극의 표면에 존재하는 입자 밀도가 증가하여 그 부분의 마찰이 증대한다. 즉, 프레스 압력에 대한 반작용력을 전극 표면에서만 보관 유지할 수 있게 되고, 전극 내부에는 압력이 전해지지 않게 된다. 이것이 원인으로 전극에 경도의 분포가 형성된다.

이와 같은 경도의 분포를 갖는 방전 표면 처리용 전극을 이용하여 처리를 행하면, 이하의 두 경우 중 어느 하나의 상태로 된다. 첫번째는 전극의 외주부가 최적인 경도로 내부가 너무 부드러운 경우이다. 이 경우에 전극의 외주부에서는 워크상에 피막을 퇴적할 수 있으나, 그 내부에서는 워크상에 피막을 형성할 수 없는 너덜너덜한 피막을 형성한다. 두번째는 전극의 외주부가 너무 딱딱하고 내부가 부드러운 경우이다. 이 경우에는 외주부에서는 방전 표면 처리중에 전극이 소모되지 않기 때문에 제거 가공으로 되지만, 그 내부에서는 워크상에 너덜너덜한 피막을 형성한다. 또, 워크 표면의 제거 가공으로 될 정도로 전극 외주부가 딱딱한 경우에는 전극의 내부는 소모되지만, 외주부가 소모되지 않기 때문에, 전극의 방전하는 측의 면은 외주부가 돌출된 형상으로 되고, 외주부에서 다수의 방전이 발생하게 된다. 이와 같이 되면 방전 집중을 일으키기 쉽고, 방전이 불안정하게 된다. 이것들은 모두 방전 표면 처리에 대하여 바람직하지 않다.

여기서, 입경이 작은 분말을 이용하여 제조한 방전 표면 처리용 전극의 경도와 피막의 형성에 대하여 시험을 행하였다. 여기서는 평균 입경이 1.2 ㎛ 인 합금 분말만을 이용하여 50mm×11mm×5.5mm 인 형상의 방전 표면 처리용 전극을 도 2에 도시된 순서로 제조했다. 이 때에 이용된 합금 분말은 Cr 25 wt%, Ni 10 wt%, W 7 wt%, C 0.5 wt%, 나머지가 Co인 비율의 합금이다. 또, 이 조성의 합금 분말 외에 Mo 28 wt%, Cr 17 wt%, Si 3 wt%, 나머지가 Co인 비율의 합금, 또는 Cr 28 wt%, Ni 5 wt%, W 19 wt%, 나머지가 Co인 비율의 합금 등을 사용해도 된다. 또한, 도 2의 단계 S6의 프레스 공정에 있어서, 67 MPa의 압력으로 분말을 압축 성형하고, 또, 다른 경도를 갖는 전극을 얻기 위하여, 단계 S7의 가열 공정에 있어서 730℃ 및 750℃의 각 온도에서 압분체를 진공노에서 1시간 가열했다.

처음에, 가열 온도를 변경하여 제조한 각각의 전극의 경도에 대하여 조사했다. 또한, 이 실시 형태 4에서는 전극의 경도로서 전극의 압축 강도를 이용했다. 도 9는 전극의 압축 강도를 측정하는 실험 장치의 개요를 나타내는 사진이다. 도 9의 실험 장치에서는 매초 1N의 비율로 전극에 부하하는 힘을 증가시키고, 전극(Electrode)에 부하한 힘을 전극 상부의 로드 셀(Load Cell)로 측정한다. 어느 힘으로 되면 전극 표면에 균열이 들어가고, 부하하고 있던 힘이 개방되므로, 그 균열 이 들어가기 직전의 힘으로부터 전극의 압축 강도를 산출했다. 그 결과, 730℃ 에서 가열한 전극의 압축 강도는 100 MPa 이며, 75O℃ 에서 가열한 전극의 압축 강도는 180 MPa 였다.

다음에, 합금 분말로 제조된 전극의 압축 강도와 피막 두께의 관계에 대하여 설명한다. 이 때의 방전 표면 처리 조건은 피크 전류치를 10A로 하고, 방전 지속 시간(방전 펄스폭)을 4 ㎲로 하였다.

도 11은 상기 조건으로 방전 표면 처리를 행했을 때의 전극의 압축 강도와 피막 두께의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도 11에 있어서, 횡축은 방전 표면 처리용 전극의 압축 강도(MPa)를 나타내고, 종축은 횡축에 나타나는 압축 강도를 갖는 방전 표면 처리용 전극을 이용하여 방전 표면 처리를 행했을 경우에 워크 표면에 형성되는 피막 두께(mm)를 나타내고 있다. 또, 종축의 피막 두께 O mm 보다 작은 값은 피막이 형성되지 않고, 워크 표면을 깎는 제거 가공을 나타내고 있다. 이 도면에도 도시된 바와 같이, 방전 표면 처리용 전극의 압축 강도가 100 MPa 인 경우에는 워크 표면상에 퇴적 가공을 행할 수 있지만, 압축 강도가 180 MPa 인 경우에는 워크 표면의 제거 가공으로 되게 된다. 특히, 두께 0.2mm 이상의 두꺼운 피막을 워크상에 형성하기 위해서는 전극의 압축 강도가 100 MPa 이하일 필요가 있다. 또한, 전류의 피크나 방전 시간이 커지게 되면, 전극으로부터 공급되는 전극 분말의 양이 커지는 것만으로, 전극으로부터 전극 분말을 벗기는 힘은 증가하지 않기 때문에, 그 외의 가공 조건에서도 도 11과 동일한 결과로 되었다.

분말을 압축 성형하여 제조되는 방전 표면 처리용 전극의 압축 강도는 단위 체적 부근에 포함되는 입자와 입자의 결합의 수로 정해진다. 평균 입경이 커지면 단위 체적에 포함되는 입자와 입자의 결합의 수가 줄기 때문에, 압축 강도는 떨어진다. 즉, 평균 입경이 동일하면, 압축 강도를 두꺼운 피막을 형성 가능한 어느 값 이하로 하면, 어느 재질에서도 두꺼운 피막을 형성할 수 있는 것을 의미하고 있다. 예를 들어, 이 전극 경도에 관하여 고찰하면, 평균 입경이 약 1 ㎛ 인 합금 분말의 압분체 전극에 의한 방전 표면 처리에 있어서는 적정한 피막 형성을 위한 전극 평가의 한 지침으로서 압축 강도가 100 MPa 이하로 되도록 관리하는 것이 중요한 것으로 볼 수 있으나, 이 두꺼운 피막을 형성할 수 있는 전극 평가의 한 지침인 압축 강도는 평균 입경이 동일하게 되면, 어느 재질로 바뀌어도 변함없다. 단, 재질을 바꾸었을 경우에는 전극 제조를 위한 가열 온도나 프레스 압력 등의 성형 조건은 변경하지 않으면 안된다.

이상으로 설명한 바와 같이, 방전 표면 처리에 의한 두꺼운 피막의 형성의 가능 여부를 좌우하는 주요인의 하나가 전극의 경도인 것이 확인된다. 즉, 평균 입경이 약 1 ㎛ 인 분말을 이용했을 경우, 압축 성형 때의 압력 또는 가열 온도를 변경하고, 압축 강도가 10O MPa 이하로 되도록 제조한 방전 표면 처리용 전극으로 방전 표면 처리를 행하면, 워크 표면에 두꺼운 피막을 형성할 수 있다. 방전에 의해 발생하는 힘은 전극 분말을 분리하도록 작용하고, 이 힘이 미치는 범위는 φ 수십 ㎛ ~ φ 수 mm이다. 즉, 이 단위의 크기로, 전극의 강도를 알 필요가 있지만, 그러기 위해서는 전극의 매크로인 경도를 파악할 수 있는 압축 강도가 최적이다.

추가로, 전극의 분말의 입경이 작아지는 경우에는 동일한 프레스 압력, 동일 한 가열 온도로 전극을 제조해도, 단위 체적 부근의 입자수가 증가하고, 하나의 입자가 그 주위의 입자와 결합하는 면의 수는 변화하지 않지만 4 단위 체적에 포함되는 총결합면 수가 증가하기 때문에, 전극이 딱딱하게 된다.

최근, 분말의 성형 기술이 진행되고, 1O nm ~ 1OO nm 인 평균 입경을 갖는 금속 분말이나 세라믹스 분말의 제조가 가능하게 되었다. 여기서, 평균 입경이 5O nm 인 Ni 분말을 이용하여 방전 표면 처리용 전극을 제조한 경우에 대한 압축 강도와 피막 두께와의 관계에 대하여 실험했다. 또한, 평균 입경이 나노 단위인 분말을 이용하여 전극을 제조하는 경우에는 프레스만으로 충분한 강도를 갖는 전극이 얻어지기 때문에, 도 2의 단계 S7의 가열 공정을 생략해도 되고, 이 예에서는 가열 공정을 생략하고 있다. 또, 제조한 전극에서의 방전 표면 처리에 있어서 방전의 펄스 조건은 상술한 도 10에 나타나는 바와 동일한 조건에서 행하였다. 실험의 결과, 압축 강도가 16O MPa 보다 작은 경우에는 워크 표면에 퇴적 가공을 행할 수 있지만, 그 이상의 압축 강도의 경우에는 워크 표면의 제거 가공으로 되는 것이 확인되었다.

여기서, 평균 입경이 5O nm 인 Ni 분말의 전극 경도에 관하여 고찰하면, Ni 분말의 압분체 전극에 의한 방전 표면 처리에 있어서는 적정한 피막 형성을 위한 전극 평가의 한 지침으로서 압축 강도가 16O MPa 이하로 되도록 관리하는 것이 중요하다는 것이 보여졌다.

상술한 바와 같이, 분말을 압축 성형하여 제조되는 전극의 압축 강도는 단위 체적 부근에 포함되는 입자와 입자의 결합의 수로 결정한다. 평균 입경이 작아지면 단위 체적에 포함되는 입자와 입자의 결합의 수가 증가하기 때문에, 압축 강도는 높아진다. 또한, 상술한 바와 같이 평균 입경이 50nm 인 Ni 분말의 압분체 전극에 의해 방전 표면 처리에 있어서는 적정한 피막 형성을 위한 전극 평가의 한 지침으로서, 압출 강도가 160 MPa 이하로 되도록 관리하는 것이 중요하다는 것이 확인외었다. 이것은 평균 입경이 1.2 ㎛ 인 경우의 결과와 합하여 고찰하면, 평균 입경에 따라서 두꺼운 피막을 형성할 수 있는 전극의 압축 강도가 다른 것을 의미하고 있다. 또 적정한 피막 형성을 위한 전극 평가의 한 지침으로서 압축 강도의 값은 평균 입경이 동일하면, 전극 재료의 재질에 의하지 않는다. 이로 인해, 평균 입경이 작은 분말로 이루어지는 방전 표면 처리용 전극이 두꺼운 피막을 퇴적할 수 있는지의 여부를 파악할 때는 그 압축 강도를 크게 해도 된다.

추가로, 그 외의 전극 재료로서 평균 입경이 3 ㎛ 인 Co 분말을 이용하여 동일한 시험을 행하였는데, 피막을 퇴적할 수 있는 한계의 전극의 압축 강도는 5O MPa 정도인 것이 확인되었다. 이 경우에도, 방전 표면 처리에 의한 두꺼운 피막의 형성의 가능 여부를 좌우하는 주요인 중 하나가 전극의 경도인 것이 확인되었다. 즉, 평균 입경이 3 ㎛ 인 분말을 이용하여 압축 성형 때의 압력 또는 가열 온도를 변경하고, 압축 강도가 50 MPa 이하로 되는 전극을 제조하고, 그 전극으로 방전 표면 처리를 행하면, 워크 표면에 두꺼운 피막을 형성할 수 있는 것이 확인되었다.

이 경우에도, 분말을 압축 성형하여 제조되는 전극의 압축 강도는 단위 체적 부근에 포함되는 입자와 입자의 결합의 수로 정해지기 때문에, 적정한 피막 형성을 위한 전극 평가의 한 지침으로서의 압축 강도의 값은 평균 입경이 동일하면, 전극 재료의 재질에 의하지 않는다. 이로 인해, 평균 입경이 큰 분말로 이루어지는 방전 표면 처리용 전극이 두꺼운 피막을 퇴적할 수 있는지의 여부를 파악할 때, 그 압축 강도를 소자로 할 필요가 있다.

도 11은 평균 입경과 두꺼운 피막의 퇴적이 가능한 전극의 압축 강도와의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도 11에 있어서, 횡축은 방전 표면 처리용 전극을 구성하는 분말의 평균 입경(㎛)을 대수 메모리로 나타내고 있고, 종축은 워크 표면에 피막을 형성할 수 있는 전극의 압축 강도인 퇴적 한계 압축 강도(MPa)를 나타내고 있다. 이 도에 도시된 바와 같이, 평균 입경이 작아질수록 퇴적 한계 압축 강도가 증가한다.

이 실시 형태 4에 의하면, 평균 입경이 1 ㎛ 인 분말을 원료로 하고, 압축 강도가 100 MPa 이하로 되도록 제조된 방전 표면 처리용 전극을 이용하여 방전 표면 처리를 행함으로써, 워크상에 고온 환경하에서 윤활성을 갖는 치밀한 후막을 형성할 수 있다. 또, 평균 입경이 5O nm 인 분말인 경우에는 압축 강도를 16O MPa 이하로 되도록, 또 평균 입경이 3 ㎛ 인 분말인 경우에는 압축 강도가 5O MPa 이하로 되도록 방전 표면 처리용 전극을 제조하고, 그 방전 표면 처리용 전극을 이용하여 방전 표면 처리를 행함으로써, 워크상에 고온 환경하에서 윤활성을 갖는 치밀한 후막을 형성할 수 있다.

또한, 이 실시 형태 4에 의하면, 제조된 방전 표면 처리용 전극이 방전 표 면 처리에 이용될 때에, 워크상에 두꺼운 피막을 퇴적할 수 있는지의 여부를 그 압축 강도를 이용하여 평가할 수 있다. 이로 인해, 방전 표면 처리용 전극이 같은 조 건으로 한 번에 대량으로 제조되는 경우의 전극의 평가 방법에 적용하는 것도 가능하다. 구체적으로, 동일한 조건으로 한 번에 대량으로 제조되는 전극 중에서 추출되는 한 개 또는 몇 개의 전극의 압축 강도의 측정 결과를 동시에 제조된 전극의 평가로 한 것이다. 이로 인해, 전극이 대량 생산되는 경우에도 모든 전극의 품질을 관리하는 것이 가능하게 된다.

실시 형태 5.

이 실시 형태 5에서는 금속 분말을 압분체 전극으로서 사용하는 방전 표면 처리에 있어서, 면 엉성함을 저하시키는 일 없이 안정된 방전을 행하게 하여 두꺼운 피막을 퇴적되는 것이 가능한 방전 표면 처리용 전극에 대하여 설명한다.

실시 형태 1 ~ 3에서 설명한 바와 같이, 방전 표면 처리에 의하여 워크 표면에 후막을 형성하기 위해서는 탄화물을 형성하지 않는 재료 또는 탄화물을 형성하기 어려운 재료를 전극 재질의 성분에 첨가한다고 하는 재료적인 조건이 중요하다. 그러나, 탄화물을 형성하지 않는 재료 또는 탄화물을 형성하기 어려운 재료를 단지 전극에 가하는 것만으로는 워크 표면에 형성된 후막에 빈 구멍이 남게 되어서 치밀한 피막의 형성은 곤란하다고 하는 문제점이 있다. 여기서, 이 실시 형태 5에서는 후막에서, 또한 치밀한 피막을 형성하기 위하여 필요한 기술에 대하여 설명한다.

여기서는 Cr 3O%, Ni 3%, Mo 2%, W 5%, Fe 3% 등을 포함한 Co 베이스의 합금(이하, 단지 Co 합금이라고 함)을 예로 들어 설명한다. 이 Co 합금 분말은 시판되고 있는 것을 사용했다. 또한, Co 합금으로서는 Cr 25%, Ni 10%, W 7% 등을 포함하는 Co 베이스의 합금이나, Cr 2O%, Ni 10%, W 15% 등을 포함하는 Co 베이스의 합금 등인, Co를 베이스로서 포함하는 것이면 된다.

평균 입경이 3 ㎛ 정도인 Co 합금 분말로, 상술한 도 2의 공정에 따라서 방전 표면 처리용 전극을 제조했다. 이 때의 단계 S6에 있어서 프레스 공정에서의 프레스압은 93 ~ 280 MPa 정도가 된다. 그 이상으로 강해지면 분말이 부서져서 전극의 경도에 격차가 생기거나 프레스 시에 전극에 에어 분열이 발생하기 때문이다.

이상과 같이 제조된 Co 합금 분말로 이루어지는 방전 표면 처리용 전극을 이용하여 방전 표면 처리를 행하면, 워크 표면에 Co 합금의 피막이 형성된다. 그러나, 발명자 등의 실험에 의해 피막의 성능이 전극 중에 차지하는 전극 재료인 분말의 비율에 의해 크게 영향을 받는 것이 밝혀져 왔다. 전극은 분말 재료를 압축 성형하여 만들어지고 있기 때문에, 공간이 많은 상태로 되어 있다. 이 공간이 너무 많으면 전극의 강도가 약해지고, 방전의 펄스에 의해 전극 재료의 공급이 정상적으로 행해지게 된다. 예를 들어, 방전의 충격에 의하여 전극이 넓은 범위에서 무너지게 되는 등의 현상이 생긴다. 한편, 공간이 너무 적으면 전극 재료가 강고하게 너무 밀착하고, 방전의 펄스에 의한 전극 재료의 공급이 적게 되는 현상이 생겨서 후막의 형성을 할 수 없게 된다.

여기서, 사용한 입경 3 ㎛ 정도의 분말은 입경 수십 ㎛의 입경의 분말을 분쇄하여 제조되는 것이고, 입경의 입도 분포가 3 ㎛를 피크로 한 분포를 갖는 분말이다. 이와 같은 어느 정도 균일한 입경의 분말을 압축 성형하여 전극을 제조하는 경우에는 발명자 등의 실험에 의하면, 양호한 피막을 형성하는 것이 가능한 전극에 대한 전극 체적을 차지하는 전극 재료의 체적의 비율(나머지는 공간으로 됨)은 25% ~ 50%의 범위에 있었다. 단, 전극 재료의 체적의 비율(이하, 전극 재료 체적의 비율이라고 함)이 25% 인 경우에는 전극으로서는 상당히 부드럽게 강도가 부족한 기미가 있었다. 반대로, 전극 재료 체적의 비율이 50%에서는 전극으로서는 상당히 딱딱하고, 일부에 에어 분열이 생기는 경우도 볼 수 있었다. 이 경우의 전극 재료 체적의 비율에 의한 피막 상태의 개략을 표 1에 나타낸다. 단, 이 비율은 분말 입경의 분포 등에 의해 다소 변화하고, 예를 들면 입경의 분포가 넓은 분말을 사용했을 경우에는 전극의 공간율(=(100-전극 재료 체적의 비율)%)은 작아지는 경향으로 된다. 반대로 입경의 분포가 좁은 분말을 사용했을 경우에는 전극의 공간율이 커지는 경향으로 된다.

표 1

전극 재료 체적의 비율	피막 상태
15%	전극이 무너져서 사용 불가
20%	피막 형성 가능하지만 너덜너덜한 상태
25%	다공질이지만 후막 형성 가능
30%	치밀한 후막 형성 가능
40%	치밀한 후막 형성 가능
50%	치밀한 후막 형성 가능하지만 막형성이 지연됨
55%	워크를 제거 가공하여 후막 형성할 수 없음

한편, 입경이 다른 분말을 혼합했을 경우, 예를 들면 상기의 예로 사용한 입경이 3 ㎛ 정도인 분말에 입경 6 ㎛ 정도인 분말을 혼합했을 경우에는 양호한 피막을 형성하는 것이 가능한 전극에 대한 전극 체적을 차지하는 전극 재료 체적의 비율은 40% ~ 65%의 범위에 있었다. 단, 전극 재료 체적의 비율이 40% 인 경우에는 전극으로서 상당히 부드럽게 강도가 부족한 기미가 있었다. 반대로, 전극 재료 체적의 비율이 65%에서는 전극으로서 상당히 딱딱해지고 있었다. 이 경우의 전극 재료 체적의 비율에 의한 피막 상태의 개략을 표 2에 나타낸다.

표 2

전극 재료 체적의 비율	피막 상태
30%	전극이 무너져서 사용 불가
35%	피막 형성 가능하지만 너덜너덜한 상태
40%	다공질이지만 후막 형성 가능
50%	치밀한 후막 형성 가능
60%	치밀한 후막 형성 가능
65%	치밀한 후막 형성 가능하지만 막형성이 지연됨
70%	워크를 제거 가공하여 후막 형성할 수 없음

이 실시 형태 5에 의하면, 전극 체적을 차지하는 전극 재료의 체적 비율을 고려한 방전 표면 처리용 전극을 이용하여 방전 표면 처리를 행하도록 하였으므로, 금속 분말을 원료로 하여 제조된 방전 표면 처리용 전극에서도 워크상에 빈 구멍이 없는 치밀한 피막을 형성할 수 있다.

또한, 상술한 특허 문헌 2에서는 극히 높은 압력으로 형성할 수 있는 세라믹스의 전극에 있어서, 이론 밀도가 50% ~ 9O%로 되도록 압축 성형한 전극을 사용하는 기재가 있으나, 이 실시 형태 5와 같이 치밀한 금속의 후막을 형성하는 것이 아니며, 그 기술 범위, 용도, 효과도 다른 것이다.

실시 형태 6.

이 실시 형태 6에서는 금속 분말을 압축 성형하여 제조한 방전 표면 처리용 전극을 이용한 방전 표면 처리에 있어서, 두꺼운 피막을 퇴적시키는 방전 표면 처리에 대하여 설명한다.

도 2에 나타나는 공정에 의하여 제조되는 방전 표면 처리용 전극에 있어서, 분말과 분말의 결합이 강한 경우에는 분말 사이의 열 이동이 원활하게 되고, 즉 열전도율이 커지고, 반대로 그 결합이 약한 경우에는 분말 사이의 열 이동이 원활하게 행해지지 않고, 열전도율이 작아진다. 가열 온도를 높게 하면, 분말과 분말의 금속 결합이 진행되고, 전극의 열전도율은 커진다. 반대로, 가열 온도를 낮게 하면, 분말과 분말의 금속 결합이 별로 진행되지 않고, 전극의 열전도율은 작아진다.

전극의 열전도율(단위 길이, 단위 온도 근처의 에너지)이 작은 경우에는 국소적으로 고온으로 되기 때문에, 방전의 열에 의해 전극 재료를 일순간에 기화시킬 수 있다. 이 폭발력에 의해 전극의 용융부 또는 고체부를 벗겨내고, 전극으로부터 이탈한 것이 워크 표면에 퇴적된다. 한편, 전극의 열전도율이 큰 경우에는 열이 확산하기 쉽기 때문에, 히트 스폿을 일으키기 어렵고, 전극 재료가 거의 기분화하지 않는다. 이 때문에, 폭발력이 발생하지 않고, 전극 재료를 거의 공급할 수 없게 된다. 이상으로부터, 워크 표면에 두꺼운 피막을 형성하기 위해서는 방전의 열에 의한 워크를 구성하는 재료의 제거량보다 많은 양의 전극 재료를 워크에 퇴적시킬 필요가 있다. 그러기 위해서는 방전 표면 처리용 전극의 열전도율이 작지 않으면 안 된다.

이하에, 방전 표면 처리용 전극의 열전도율을 작게 하는 것에 대하여 설명한다. 도 2의 공정에 따라서, 평균 입경이 1.2 ㎛ 인 합금 분말만을 이용하여 50 mm×11mm×5.5mm 형상의 방전 표면 처리용 전극을 제조했다. 이 때에 이용된 합금 분말은 Cr 25 wt%, Ni 10 wt%, W 7 wt%, C 0.5 wt%, 나머지가 Co인 비율의 합금이다. 또, 이 조성의 합금 분말 외에 Mo 28 wt%, Cr 17 wt%, Si 3 wt%, 나머지가 Co인 비율의 합금은 Cr 28 wt%, Ni 5 wt%, W 19 wt%, 나머지가 Co인 비율의 합금을 사용해도 된다. 또한, 도 2의 단계 S6의 프레스 공정에 있어서, 67 MPa의 압력으로 분말을 압축 성형하고, 또, 다른 경도를 갖는 전극을 얻기 위하여, 단계 S7의 가열 공 정에 있어서, 730℃ 및 750℃의 각 온도에서 압분체를 진공노에서 1시간 가열했다. 또, 방전 표면 처리는 실시 형태 4와 동일한 방전의 펄스 조건에서 행하였다.

우선, 가열 온도를 변경하여 제조한 각각의 전극의 열전도율에 대하여 레이저-플래시법에 따라 조사했다. 그 결과, 730℃에서 가열한 전극의 열전도율은 10 W/mK 이며, 75O℃에서 가열한 전극의 열전도율은 12 W/mK로 하였다.

도 12는 열전도율이 다른 방전 표면 처리용 전극을 이용하여 5 분간 방전 표면 처리했을 경우의 워크 표면에 형성되는 피막 두께와 방전 표면 처리용 전극의 열전도율의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도 12에 있어서, 횡축은 방전 표면 처리용 전극의 열전도율(W/mK)을 나타내고, 종축은 횡축에 나타나는 열전도율을 갖는 방전 표면 처리용 전극으로 방전 표면 처리를 행했을 경우에 워크 표면에 형성되는 피막 두께(mm)를 나타내고 있다. 또한, 종축의 피막 두께의 값이 부(負)인 경우에는 제거 가공을 나타내고 있다. 이 도에 도시된 바와 같이, 가공 시간을 동일하게 했을 경우에는 열전도율이 적어질수록 피막 두께가 커진다. 또, 전극의 열전도율을 약 11.8 W/mK 이상으로 하면, 워크 표면을 제거하는 제거 가공으로 된다. 이로 인해, 두꺼운 피막을 형성시키기 위해서는 전극의 열전도율이 11.8 W/mK 이하로 하지 않으면 안되는 것이 실험에 의해 찾아내졌다. 특히, 0.2mm 이상의 두꺼운 피막을 형성하기 위해서는 전극의 열전도율이 10 W/mK 이하일 필요가 있다.

방전 표면 처리 후에, 열전도율이 12 W/mK 인 방전 표면 처리용 전극의 방전이 발생한 면을 관찰하면, 전극의 분말이 용융하여, 재응고한 결과인 금속 광택을 확인할 수 있다. 즉, 방전이 발생한 면은 분말끼리가 조금 결합한 압분체가 아니 고, 금속 분말이 용융하여 서로 달라붙어서 형성된 재응고체로 되어 있다. 한편, 열전도율이 10 W/mK 인 방전 표면 처리용 전극의 방전이 발생한 면의 상태는 광택이 관찰되지 않는다.

이와 같이 열전도율이 10 W/mK 이상으로 되면 전극에 히트 스폿이 형성되지 않고, 전극과 아크 기둥이 접하는 부분이 거의 기화하지 않기 때문에, 폭발력이 작아지게 되어서 전극에 형성되는 용융 영역을 모두 제거하지 못하고, 전극의 표면에 남게 된다. 그리고, 방전의 반복에 의하여 그 용융 영역이 축적되어서 전극 표면에는 이용하여 재응고한 금속층이 형성된다. 이와 같은 금속층이 형성되면 전극에서부터 워크로 이행하는 전극분(粉)이 없어지고, 워크 표면을 제거하는 제거 가공으로 된다.

또한, 이 실시 형태 6에서는 상기와 같은 조성을 갖는 합금 분말인 경우에 대하여 설명하였으나, Co 합금 분말, Ni 합금 분말 또는 Fe 합금 분말에서도 동일하게 열전도율을 10 W/mK 이하로 한 전극을 제조하고, 그것을 이용하여 방전 표면 처리되면 두꺼운 피막을 형성할 수 있다.

전극은 분말을 압축 성형한 압분체이며, 전극의 열전도율을 결정(지배)하는 것은 전극 분말의 재질이 아니고, 분말과 분말의 결합 상태이다. 그 때문에, 모든 재료에 대하여, 이 열전도율(10 W/mK) 이하로 되도록 전극을 제조하면, 워크상에 두꺼운 피막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 열전도율이 좋은 Cu(약 300 W/mK)나 Al(200 W/mK)를 이용해도, 그 분말로부터 제조한 전극의 열전도율이 상기의 열전도율(10 W/mK)을 만족하는 것이면 워크 표면에 두꺼운 피막을 형성할 수 있고, 그 열 전도율이 상기의 열전도율 이상이면 워크상에 피막을 형성할 수 없다.

이 실시 형태 6에 의하여, 열전도율이 10 W/mK 이하인 전극을 이용하면 두꺼운 피막을 형성할 수 있음이 실험에 의해 증명되고, 그 값을 두꺼운 피막을 형성하기 위한 전극에 필요한 지표로서 이용하는 것의 유용성도 증명되었다. 이와 같이 전극의 지표로서 열전도율을 이용하면, 두꺼운 피막을 형성할 수 있는 전극을 간단하게 평가할 수 있는 장점이 있다.

또한, 방전 가공용의 전극의 열전도율에 관하여, 일본 특개소 54-1248O6호 공보에 전극의 열전도율을 0.5 Kcal/cmㆍsecㆍ℃ 이하로 하는 것이 기재되어 있다. 그러나, 이 일본 특개소 54-1248O6호 공보에 기재된 발명은 전극의 소모를 피하여 전극 형상을 워크(11)에 전사 가공하는 것을 목적으로 한 방전 가공에 관한 것이며, 본 발명과 같이 워크상에 피막을 형성하는 방전 표면 처리용 전극에 관한 것은 아니다.

또, 일본 특개소 54-1248O6호 공보에는 열전도율의 하한치의 기재는 없지만, 전극의 열전도율을 작게(예를 들면, 10 W/mK) 한 경우에는 전극에 히트 스폿이 형성되어서 전극이 소모되고, 가공 형상을 전사한다고 하는 방전 가공의 목적을 달성할 수 없게 되는 것은 분명하다. 즉, 전극을 적극적으로 소모시켜서 워크상에 피막을 형성하는 이 실시 형태 6과 동일한 방전 표면 처리란, 목적과 수법이 크게 다른 것이다. 또한, 0.5 Kcal/cmㆍsecㆍ℃(=2093O3 W/mK)라고 하는 값은 너무 크고, 종래 열전도율이 가장 높게 되어 있는 순동의 값 398 W/mK를 상회하고 있다.

이 실시 형태 6에 의하면, 열전도율이 10 W/mK 이하인 방전 표면 처리용 전 극을 이용하여 방전 표면 처리를 행하도록 하였으므로, 금속 분말을 원료로서 제조된 방전 표면 처리용 전극에서도 워크상에 두꺼운 피막을 형성할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 분말의 입경에 따라 방전 표면 처리용 전극의 경도, 그 압축 강도, 그 체적을 차지하는 전극 재료 체적의 비율, 또는 그 열전도율을 소정의 범위내에 들어가도록 제조하고, 그 전극을 이용하여 방전 표면 처리를 행하도록 하였으므로, 워크상에 두꺼운 치밀한 피막을 형성할 수 있다.

실시 형태 7.

이 실시 형태 7에서는 전극의 평가 방법으로서 소정의 조건에 의해 실제로 연속 방전을 발생시키고, 전극의 소모량, 처리 시간, 형성되는 피막 두께로부터 전극의 양호 여부를 평가하는 방법에 대하여 설명한다.

실시 형태 4에 나타낸 합금 분말(평균 입경 1.2 ㎛으로 분쇄한 것)을 압축 성형하고, 50mm×11mm×5.5mm 인 형상의 방전 표면 처리용 전극을 제조했다. 이 전극 제조의 프로세스는 실시 형태 4와 동일하다. 이와 같이 제조된 전극은 분말 입경, 제조 조건 등이 관리되어서 제조되지만, 제조때의 기온이나 습도의 차이, 분말의 분쇄 상태, 왁스와 분말의 혼합 상태 등에 의하여 격차가 생기는 경우도 있다. 이와 같은 격차를 전극 경도 등에 의해 관리하는 방법에 대해서는 상기와 같이 설명하였으나, 이 방법 이외에 전극을 이용하여 직접적으로 피막의 형성을 행하여 조사할 수도 있다.

도 13a ~ 도 13c는 성막 시험에 의해 전극의 양호 여부를 판정하는 방법의 개요를 설명하기 위한 도면이다. 이러한 도에는 실시 형태 1의 도 1에서 이용된 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고 있다. 또한, 판정 방법의 개략에 관한 설명을 위한 도면이므로, 전원이나 구동축 등의 구성 요소는 생략하고 있다.

이 실시 형태 7의 전극의 평가 방법으로는 상기와 같이 제조된 전극으로 소정의 양의 방전 표면 처리에 의하여 피막의 형성을 행한다. 상기의 전극의 경우, 11mm×5.5mm 인 면이 방전면으로 되도록 설치하는 것이 처리의 간편성 측면에서 바람직하지만, 다른 면이 방전면으로 되도록 설치해도 된다. 우선, 도 13a에 도시된 바와 같이, 이 전극(12)과 워크(11)와의 사이의 위치 결정을 행한다. 다음에, 도 13b에 도시된 바와 같이, 방전을 개시하여 피막 형성을 행한다. 그리고, 도 13c에 도시된 바와 같이, 워크(11) 상에는 피막(14)이 형성된다. 이 도 13b와 도 13c에 있어서, 부호 17은 방전의 아크 기둥을 나타내고 있다. 여기서, 전극(12)을 도면의 Z 축의 하향으로 구동하는 거리를 소정의 값으로 유지하고, 성막 형성 시간과 형성된 피막 두께를 측정했다. 또한, Z 축 방향의 이송량은 2mm로 하였다. 전극을 Z 축 향으로 2mm 전송하므로, 피막 형성 후의 전극 소모량(길이)은 2mm+(형성된 피막 두께)+(방전 갭)으로 된다. 방전 갭은 수 10 ~ 100 ㎛ 정도이다. 또, 방전 표면 처리 조건은 피크 전류치 ie=10 A, 방전 지속 시간(방전 펄스 시간) te=4 ㎲로 하였다. 실제로 성막 시험을 행한 결과를 표 3에 나타낸다.

표 3

전극 번호	피막 형성 시간(분)	피막 두께(mm)	인장 강도(MPa)
No.1	16	0.35	35
No.2	20	0.11	25
No.3	16	0.34	35
No.4	16	0.35	35
No.5	13	0.30	20

이 표 3에 의해, 전극 번호는 시험을 행한 전극에 첨부된 번호이며, 피막 형성 시간은 방전 표면 처리 시간을 나타내고, 피막 두께는 피막 형성 시간내에 형성된 피막의 두께를 나타내고, 인장(引長) 강도는 워크(11)상에 형성된 피막의 표면에 접착제로 시험 조각을 접착하고, 워크와 피막에 접착한 시험편을 인장 시험기에 의하여 인장 시험을 행하여 피막이 파단(破斷)한 압력을 나타내고 있다.

전극 번호가 No.1인 전극은 피막 형성 시간이 16 분이며, 그 때의 피막 두께는 0.35mm 이고, 전극 번호 No.3, No.4도 거의 동일하였다. 전극 번호 No.2의 전극은 전극 번호 No.1과 비교하면, 피막 형성 시간이 2O 분으로 길지만, 피막 두께는 작아지고 있다. 전극 번호 No.5의 전극은 반대로 피막 형성 시간이 13 분으로 짧고, 피막 두께는 0.3O mm로 되어 있다. 이러한 전극에 의하여 형성된 피막의 강도는 처리 시간이 통상(약 16 분)보다 길어도 짧아도 저하하는 경향이 있고, 처리 시간이나 형성할 수 있는 피막 두께에 최적치가 존재하는 것을 알 수 있다. 이 최적치는 전극 재질, 전극 형상, 처리 조건 등에 의해 다르지만, 소정의 조건에서 피막 형성을 행했을 경우의 피막 형성 시간이나 피막 두께로부터 전극의 양호 여부를 판단할 수 있다. 이 판단의 기준은 예를 들면 평균적인 처리 시간의 플러스 마이너스 1 할을 양호로 판단하고, 그 범위로부터 일탈한 것을 불량으로 하는 등과 같이 설정할 수 있다.

또는 피막의 두께에서도 동일한 일이 생긴다. 예를 들면, 상기 시험에서는 전극의 이송량을 소정의 값으로 하고 시험을 행하였으나, 처리 시간을 소정의 시간으로 하고, 그 때의 피막 두께를 판단 기준으로서 평균치의 플러스 마이너스 1 할을 양호로 판단하고, 그 범위로부터 일탈한 것을 불량으로 하는 등과 같이 설정할 수 있다.

이 실시 형태 7에 의하면, 전극에 의해 워크상에 소정의 조건으로 피막을 형성하였을 때의 피막 형성 시간 또는 피막 두께를 이용하여 전극의 양호 여부를 판정할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 워크 표면에 두꺼운 피막을 형성시키는 처리를 자동화하는 것이 가능한 방전 표면 처리 장치에 적절하다.

Claims (52)

1. 금속, 금속 화합물 또는 세라믹스의 분말을 압축 성형한 압분체(壓紛體)를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막(被膜)을 형성하는 방전 표면 처리에 이용되는 방전 표면 처리용 전극에 있어서,

   상기 분말은 5 ~ 10 ㎛의 평균 입경(粒徑)을 갖는 동시에, 피가공물에 피막을 형성하기 위한 성분으로서, 40 체적% 이상의 탄화물을 형성하지 않거나 또는 형성하기 어려운 성분을 포함하고,

   상기 전극은 도막용 연필 긋기 시험에 의한 경도에서 B ~ 8B의 범위의 경도로 되도록 성형되는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리용 전극.
2. 금속, 금속 화합물 또는 세라믹스의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리에 이용되는 방전 표면 처리용 전극에 있어서,

   상기 분말은 1 ~ 5 ㎛의 평균 입경을 갖는 동시에, 피가공물에 피막을 형성하기 위한 성분으로서, 40 체적% 이상의 탄화물을 형성하지 않거나 또는 형성하기 어려운 성분을 포함하고,

   상기 전극은 1/4 인치 강구(鋼球)로 15 kgf로 눌렀을 때의 압입 거리를 h(㎛)로 했을 때에 구해지는 경도 H=10O-100O×h에 있어서 2O ~ 50의 범위의 경도로 되도록 성형되는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리용 전극.
3. 금속, 금속 화합물 또는 세라믹스의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리에 이용되는 방전 표면 처리용 전극에 있어서,

   상기 분말은 1 ㎛ 이하의 평균 입경을 갖는 동시에, 피가공물에 피막을 형성하기 위한 성분으로서, 40 체적% 이상의 탄화물을 형성하지 않거나 또는 형성하기 어려운 성분을 포함하고,

   상기 전극은 1/4 인치 강구로 15 kgf로 눌렀을 때의 압입 거리를 h(㎛)로 했을 때에 구해지는 경도 H=10O-100O×h에 있어서 25 ~ 6O의 범위의 경도로 되도록 성형되는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리용 전극.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 탄화물을 형성하지 않거나 또는 탄화물을 형성하기 어려운 성분은 Co, Ni, Fe, Al, Cu, Zn 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리용 전극.
5. 금속 또는 금속 화합물의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리에 이용되는 방전 표면 처리용 전극에 있어서,

   상기 전극은 평균 입경-압축 강도 편대수(片對數) 상관도에 있어서 대수 눈금에서 평균 입경 0.05 ㎛, 1 ㎛, 3 ㎛에 대하여 각각 압축 강도 16O MPa, 100 MPa, 50 MPa의 값을 직선으로 이은 선분 이하의 압축 강도인 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리용 전극.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제5항에 있어서,

   상기 전극을 구성하는 분말로서 Co 분말, Co 합금 분말, Ni 분말, 또는 Ni 합금 분말 중 어느 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리용 전극.
10. 금속 또는 금속 화합물의 분말인 전극 재료를 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 상기 전극 재료 또는 상기 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리에 이용되는 방전 표면 처리용 전극에 있어서,

    상기 전극의 체적을 차지하는 상기 전극 재료의 체적 비율을 25% ~ 65%의 범위내로서 입경 분포에 의존한 소정 범위내로 하고, 상기 소정 범위는 상기 25%~65%의 입경 분포에 의존한 범위내로서 입경 분포가 넓은 경우에는 체적 비율이 크고, 입경 분포가 좁은 경우에는 체적 비율이 작은 범위인 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리용 전극.
11. 제10항에 있어서,

    상기 전극 재료는 탄화물을 형성하기 어려운 재료를 40 체적% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리용 전극.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,

    상기 전극 재료는 평균 입경 3 ㎛ 이하의 금속 분말 또는 금속 화합물의 분말인 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리용 전극.
13. 제10항 또는 제11항에 있어서,

    상기 전극 재료는 Cr, Ni 또는 W를 포함하는 Co 베이스의 Co 합금인 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리용 전극.
14. 금속 또는 금속 화합물의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리에 이용되는 방전 표면 처리용 전극에 있어서,

    열전도율이 10 W/mK 이하인 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리용 전극.
15. 제14항에 있어서,

    평균 입경 3 ㎛ 이하의 상기 금속 분말 또는 상기 금속 화합물의 분말을 분쇄에 의해 미세화한 분말을 이용하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리용 전극.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서,

    상기 금속 화합물의 분말은 Co 합금, Ni 합금 또는 Fe 합금 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리용 전극.
17. 삭제
18. 삭제
19. 금속, 금속 화합물 또는 세라믹스의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리 방법에 있어서,

    상기 분말은 5 ~ 10 ㎛의 평균 입경을 갖는 동시에, 상기 피가공물에 피막을 형성하기 위한 성분으로서, 40 체적% 이상의 탄화물을 형성하지 않거나 또는 형성하기 어려운 성분을 포함하고,

    도막용 연필 긋기 시험에 의한 경도에서 B ~ 8B의 범위의 경도로 되도록 성형되는 전극을 사용하여 상기 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 방법.
20. 금속, 금속 화합물 또는 세라믹스의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리 방법에 있어서,

    상기 분말은 1 ~ 5 ㎛의 평균 입경을 갖는 동시에, 상기 피가공물에 피막을 형성하기 위한 성분으로서, 40 체적% 이상의 탄화물을 형성하지 않거나 또는 형성하기 어려운 성분을 포함하고,

    1/4 인치 강구로 15 kgf로 눌렀을 때의 압입 거리를 h(㎛)로 했을 때에 구해지는 경도 H=100-10OO×h에 있어서 20 ~ 50의 범위의 경도로 되도록 성형되는 전극을 사용하여 상기 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 방법.
21. 금속, 금속 화합물 또는 세라믹스의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리에 이용되는 방전 표면 처리 방법에 있어서,

    상기 분말은 1 ㎛ 이하의 평균 입경을 갖는 동시에, 피가공물에 피막을 형성하기 위한 성분으로서, 40 체적% 이상의 탄화물을 형성하지 않거나 또는 형성하기 어려운 성분을 포함하고,

    1/4 인치 강구로 15 kgf로 눌렀을 때의 압입 거리를 h(㎛)로 했을 때에 구해지는 경도 H=100-100O×h에 있어서 25 ~ 6O의 범위의 경도로 되도록 성형되는 전극을 사용하여 상기 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 방법.
22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 탄화물을 형성하지 않거나 또는 탄화물을 형성하기 어려운 성분은 Co, Ni, Fe, Al, Cu, Zn 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 방법.
23. 금속 또는 금속 화합물의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리 방법에 있어서,

    평균 입경-압축 강도 편대수 상관도에 있어서 대수 눈금에서 평균 입경 0.05 ㎛, 1 ㎛, 3 ㎛에 대하여 각각 압축 강도 16O MPa, 100 MPa, 50 MPa의 값을 직선으로 이은 선분 이하의 압축 강도를 갖는 전극을 사용하여 상기 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리용 전극.
24. 삭제
25. 금속 또는 금속 화합물의 분말인 전극 재료를 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리 방법에 있어서,

    상기 전극의 체적을 차지하는 상기 전극 재료의 체적 비율을 25% ~ 65%의 범위내로서 입경 분포에 의존한 소정 범위내로 하고, 상기 소정 범위는 상기 25%~65%의 입경 분포에 의존한 범위내로서 입경 분포가 넓은 경우에는 체적 비율이 크고, 입경 분포가 좁은 경우에는 체적 비율이 작은 범위인 동시에, 상기 전극으로서 극간 거리 이하의 크기의 상기 금속 또는 금속 화합물의 분말을 93 ~ 280 MPa의 압력으로 압축 성형된 압분체 전극을 사용하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 방법.
26. 제25항에 있어서,

    상기 전극으로서, 상기 압축 선형된 압분체를 상기 분말의 성분에 의해 정해진 온도에서 가열한 압분체 전극을 사용하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 방법.
27. 제23항 또는 제25항 또는 제26항에 있어서,

    상기 전극을 구성하는 분말로서 Co 분말, Co 합금 분말, Ni 분말, 또는 Ni 합금 분말 중 어느 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 방법.
28. 금속 또는 금속 화합물의 분말인 전극 재료를 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 상기 전극 재료 또는 상기 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리 방법에 있어서,

    상기 전극의 체적을 차지하는 상기 전극 재료의 체적 비율을 25% ~ 65%의 범위내로서 입경 분포에 의존한 소정 범위내로 하고, 상기 소정 범위는 상기 25%~65%의 입경 분포에 의존한 범위내로서, 입경 분포가 넓은 경우에는 체적 비율이 크고, 입경 분포가 좁은 경우에는 체적 비율이 작은 범위인 전극을 사용하여 상기 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 방법.
29. 제28항에 있어서,

    상기 전극 재료는 탄화물을 형성하기 어려운 재료를 40 체적% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 방법.
30. 제28항 또는 제29항에 있어서,

    상기 전극 재료는 평균 입경 3 ㎛ 이하의 금속 분말 또는 금속 화합물의 분말인 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 방법.
31. 제28항 또는 제29항에 있어서,

    상기 전극 재료는 Cr 또는 Ni 또는 W를 포함하는 Co 베이스의 Co 합금인 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 방법.
32. 금속 또는 금속 화합물의 분말을 압축 성형한 압분체를 전극으로 하여 가공액 중 또는 공기 중에 있어서 상기 전극과 피가공물의 사이에 펄스 형상의 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표 면 처리 방법에 있어서,

    열전도율이 10 W/mK 이하인 전극을 이용하여 상기 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 방법.
33. 제32항에 있어서,

    상기 전극을 구성하는 분말은 Co 합금, Ni 합금 또는 Fe 합금 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 방법.
34. 제32항에 있어서,

    상기 전극과 상기 피가공물의 사이에, 펄스 폭이 4 ~ 100 ㎲ 이고, 피크 전류치가 5 ~ 3OA 인 펄스 형상의 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 방법.
35. 금속, 금속 화합물 또는 세라믹스의 분말을 압축 성형한 압분체로 이루어지는 전극과, 피막이 형성되는 피가공물이 가공액 중 또는 공기 중에 배치되고, 상기 전극과 상기 피가공물에 전기적으로 접속되는 전원 장치에 의해 상기 전극과 상기 피가공물과의 사이에 펄스 형상의 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리 장치에 있어서,

    상기 전극은 피가공물에 피막을 형성하기 위한 성분으로서, 40 체적% 이상의 탄화물을 형성하지 않거나 또는 형성하기 어려운 성분을 포함하는 평균 입경 5 ~ 10 ㎛의 분말을 도막용 연필 긋기 시험에 의한 경도에서 B ~ 8B의 범위의 경도로 되도록 성형하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 장치.
36. 금속, 금속 화합물 또는 세라믹스의 분말을 압축 성형한 압분체로 이루어지는 전극과, 피막이 형성되는 피가공물이 가공액 중 또는 공기 중에 배치되고, 상기 전극과 상기 피가공물에 전기적으로 접속되는 전원 장치에 의해 상기 전극과 상기 피가공물과의 사이에 펄스 형상의 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리 장치에 있어서,

    상기 전극은 피가공물에 피막을 형성하기 위한 성분으로서, 40 체적% 이상의 탄화물을 형성하지 않거나 또는 형성하기 어려운 성분을 포함하는 평균 입경 1 ~ 5 ㎛의 분말을, 1/4 인치 강구로 15 kgf로 눌렀을 때의 압입 거리를 h(㎛)로 했을 때에 구해지는 경도 H=100-100O×h에 있어서 20 ~ 5O의 범위의 경도로 되도록 성형하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 장치.
37. 금속, 금속 화합물 또는 세라믹스의 분말을 압축 성형한 압분체로 이루어지는 전극과, 피막이 형성되는 피가공물이 가공액 중 또는 공기 중에 배치되고, 상기 전극과 상기 피가공물에 전기적으로 접속되는 전원 장치에 의해 상기 전극과 상기 피가공물과의 사이에 펄스 형상의 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리 장치에 있어서,

    상기 전극은 피가공물에 피막을 형성하기 위한 성분으로서, 40 체적% 이상의 탄화물을 형성하지 않거나 또는 형성하기 어려운 성분을 포함하는 평균 입경 1 ㎛ 이하의 분말을, 1/4 인치 강구로 15 kgf로 눌렀을 때의 압입 거리를 h(㎛)로 했을 때에 구해지는 경도 H=10O-100O×h에 있어서 25 ~ 60의 범위의 경도로 되도록 성형하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 장치.
38. 제35항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 탄화물을 형성하지 않거나 또는 탄화물을 형성하기 어려운 성분은 Co, Ni, Fe, Al, Cu, Zn 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 장치.
39. 금속 또는 금속 화합물의 분말을 압축 성형한 압분체로 이루어지는 전극과, 피막이 형성되는 피가공물이 가공액 중 또는 공기 중에 배치되고, 상기 전극과 상기 피가공물에 전기적으로 접속되는 전원 장치에 의해 상기 전극과 상기 피가공물과의 사이에 펄스 형상의 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리 장치에 있어서,

    상기 전극은 평균 입경-압축 편대수 강도 상관도에 있어서 대수 눈금에서 평균 입경 0.05 ㎛, 1 ㎛, 3 ㎛에 대하여 각각 압축 강도 16O MPa, 100 MPa, 50 MPa의 값을 직선으로 이은 선분 이하의 압축 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 장치.
40. 삭제
41. 삭제
42. 삭제
43. 제39항에 있어서,

    상기 전극을 구성하는 분말로서 Co 분말, Co 합금 분말, Ni 분말, 또는 Ni 합금 분말 중 어느 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 장치.
44. 금속 또는 금속 화합물의 분말을 압축 성형한 압분체로 이루어지는 전극과, 피막이 형성되는 피가공물이 가공액 중 또는 공기 중에 배치되고, 상기 전극과 상기 피가공물에 전기적으로 접속되는 전원 장치에 의해 상기 전극과 상기 피가공물과의 사이에 펄스 형상의 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리 장치에 있어서,

    상기 전극의 체적을 차지하는 상기 전극 재료의 체적 비율을 25% ~ 65%의 범위내로서 입경 분포에 의존한 소정 범위내로 하고, 상기 소정 범위는 상기 25%~65%의 입경 분포에 의존한 범위내로서 입경 분포가 넓은 경우에는 체적 비율이 크고, 입경 분포가 좁은 경우에는 체적 비율이 작은 범위인 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 장치.
45. 제44항에 있어서,

    상기 전극 재료는 탄화물을 형성하기 어려운 재료를 40 체적% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 장치.
46. 제44항 또는 제45항에 있어서,

    상기 전극 재료는 평균 입경 3 ㎛ 이하의 금속 분말 또는 금속 화합물의 분말인 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 장치.
47. 제44항 또는 제45항에 있어서,

    상기 전극 재료는 Cr 또는 Ni 또는 W를 포함하는 Co 베이스의 Co 합금인 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 장치.
48. 금속 또는 금속 화합물의 분말을 압축 성형한 압분체로 이루어지는 전극과, 피막이 형성되는 피가공물이 가공액 중 또는 공기 중에 배치되고, 상기 전극과 상 기 피가공물에 전기적으로 접속되는 전원 장치에 의해 상기 전극과 상기 피가공물과의 사이에 펄스 형상의 방전을 발생시키고, 그 방전 에너지에 의하여 상기 피가공물의 표면에 전극 재료 또는 전극 재료가 방전 에너지에 의해 반응한 물질로 이루어지는 피막을 형성하는 방전 표면 처리 장치에 있어서,

    상기 전극은 10 W/mK 이하의 열전도율을 갖는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 장치.
49. 제48항에 있어서,

    평균 입경 3 ㎛ 이하의 상기 금속 분말 또는 상기 금속 화합물의 분말을 분쇄에 의해 미세화한 분말을 이용하는 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 장치.
50. 제48항 또는 49항에 있어서,

    상기 금속 화합물의 분말은 Co 합금, Ni 합금 또는 Fe 합금 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방전 표면 처리 장치.
51. 삭제
52. 삭제

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