TWI253365B - Method for surface treatment by electric discharge - Google Patents

Description

1253365 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關放電表面處理技術，詳細而言，係藉由 將孟屬粉末或金屬化合物粉末加以壓縮而形成之壓粉體作 $電極，使電極與工件之間產生脈衝狀放電，並利用其能 ϊ將電極材料所構成之被膜，或電極材料由放電能量反應 之物質所構成之被膜形成於工件表面，俾形成緻密厚膜之 技術。 【先前技術】 以往利用壓縮粉末材料所形成之壓粉體作為電極，藉 由脈衝狀放電壓工件上形成被膜之表面處理技術，例如， 主要目標係放在接近常溫時之硬質被膜上，建立了以陶瓷 為主之形成較薄之硬質被膜之技術（例如，參照專利文獻 〇上述專利文獻1所揭示之技術，係使電極維持在某種 程度之硬度，抑制由於放電而供給之電極材料，並且令供 給之材料完全炼融，而於工件表面形成硬質陶1被膜:然 而該方法所形成之被膜厚度係限定在10 # m以内之薄膜。 以放電表面處理形成厚膜之技術而言，係包括：於铭 表面形成主成分為碳化物之被膜技術（例如，參照專利文 獻2);主成分為碳化物之被膜形成技術（例如/參照專利 文獻3);將放電脈衝寬度增加至32心左右，以形成 ^ m左右厚膜之技術（例如，參照專利文獻4 )等。 專利文獻1 ’ 315552 6 1253365 國際公開第99/58744號資料（pamphlet) 專利文獻2 曰本特開平7-70761號公報 專利文獻3 曰本特開平7-197275號公報 專利文獻4 α 開平1 1-827號公報 述專利文獻所揭示之技術雖均為厚膜，但皆 然而，上 f 八，，J 匈 7手 5 、反化物為主成分，而無法形成緻密之厚膜。因此，上述 、、J文獻2以及專利文獻3，在形成多孔性厚膜後，須利 用'肖耗較少之電極進行再溶融之步驟。 例如’專利文獻3之技術，乍看下雖形成狀似緻密之 ’但詳細探究即發現其實際上為多孔性被膜。而專利 形成厂技：，以氫化物為電極而形成薄膜時’則確實可 炼：=:然而被膜之緻密部分僅於工件材料與被膜材料 起：部：I面附近’如第13圖所示，披覆極厚而形成凸 4为A則成為多孔性被膜。 :年來基於須在高溫環境下兼具強度與潤滑 厚；需要形成一種較厚之緻密被膜(⑽…上之 予Μ )。以隆起厚膜之技術而言， 之 棒間之放電，使熔接_之材’、 ·彳用工件與熔接 (堆焊）方式，以及將金屬材料融J =件；之溶接 件上成喷霧狀而形成被膜之熔射方式。 贺附於工 然而，無論是何種方式，皆需有；悉作業之人員操作， 315552 7 1253365 2不易將製程流線化，而有生產成本過高之問題 p ，係為熱集中而進入工件之方法，故處理厚度較薄：： =县或者採用如單晶合金、單向凝固合金等控制方向人 -之易裂材料時，易於炼接時斷裂，造成良率偏低之問題： 〜因此’殷切期待能建立一種可使用放電表面處理 術&里減少人工作業，使製程流線化’以 於工件，位於古、西巧±立 …、此杲中 術。 皁於间溫核境下形成兼具強度與潤滑性之厚膜技 【發明内容】 本發明係鑑於上述問題而研發者，其目的在提供 不必使用熔接、炫：射夕姑# Η w生技術，即能於工件上形成緻密厚膜 之放電表面處理方法。 本發明之放電表面處理方法，係利用壓縮金屬粉末或 =化合物粉末而形成之壓粉體作為電極，於加工液中或 :二=極與工件間產生脈衝狀放電，並利用其能量： 电’斗所構成之被膜，或者電極材料由放電能所反庳 之物質所構成之被膜形成在工杜“ 电％所反應 & ^ 散胰办成在工件表面之放電表面處理方 1、、、特徵為：使用將平均粒徑為—至10心之金屬 屬化合物粉末加以混合並I縮成形之電極，在脈 下見:—^至5〇〇化電流峰值30A以下之加工條件 進仃主成分為金屬之厚膜形成。 本發明人於研贫中旅招· + .^ μ ^ 中卷現·在以放電表面處理形成緻密 、 A ^極之電極材料粉末粒徑、電流缘值與脈衝 見又之間具有極高之關聯性。 315552 8 1253365 亦即，本發明以盥構成放雷 袓亚 ，、稱风风包表面處理用電極之電極材 "、平均粒徑相對應之適當的放+ 矣 私表面處理條件，施行放電 处理’即能夠形成緻密厚膜。 【實施方式】 以下將根據圖式’詳細說明本發明放電表面處理方法 ::形態。本發明並不限於下文所示之形態，只要未脫 %明主旨之範圍内皆可予以適當變更。附圖中，為使 凡件易於理解，於各構件之比例尺上會有彼此不同之情 況0 第1實施形態 首先，說明本實施形態中，利 〜 ⑺用放電表面處理以形成 緻岔厚膜之概念。習知之放雷矣 白夭之放電表面處理，係使鈦（Ti)等 包極材料藉由壓油中的放電而產 座生化學反應，而形成碳化 鈦（TlC)之硬質碳化物被膜。因 ^ 凡孜％表面處理所用 之電極，含有極高比例之易形成碳化物之材料。 因此，隨著放電表面處理之谁弁 + 士 处之進仃，例如對鋼材施以放 笔表面處理時，工件表面之材質由 貝田鋼材轉變為陶瓷的碳化 鈦，而且，熱傳導率與熔點等特性亦隨之改變。 發明人於實驗研究中發現：於 丄返形成被膜之過程 中，將不易碳化之材料掺入電極材質之成分中，可將所米 成之被膜製作成主成分為金屬之被膜，而且可形成極厚I 被膜厚度。其原理係於電極中摻入不易碳化之材料，使殘 留於被膜之材料不致變成碳化物而仍保持金屬狀態之材料 增多。此在隆起更厚被膜上具有重要音義。 , 315552 9 1253365 接著使用第1圖說明製造放電表 驟。第1圖传矣-# w处主用兒極之步 、不弟1實施形態中放電表面處理用電柽（ 下亦有僅稱雷托+达 π电極（以 稱屯極之情況）之製造方法 易形成碳化物之材料的钬“ w 口百先’將 何竹的鉻（Chrome )粉1，與不易 化物之材料的鈷r t Λ 、+易形成石反 ' a 1 )粉2，以特定比例（例如·· Cr: 25 重里/〇, C〇: 75重量％)混合。 於第1圖中金屬模具之上衝頭3、金屬模具之 4、金屬模具之沖模5所包圍之空間中，充填該混合粉末1 : 2然後，以上衝頭3與下衝頭4將該混合粉末丨、2壓縮 成形形成特疋形狀之壓粉體。於放電表面處理中，該壓 粉體係作成放電電極。另外，於本實施形態中，鉻粉= 鈷粉2係使用平均粒徑為6 β m至1〇 # m之粉末。 於壓縮成形之際，為使壓力能適當地傳達至混合粉末 1、2内部，如在混合粉末！、2中摻入石蠟（paraffijJ) 等蠟（wax )材時，即可提高混合粉末}、2之成形性。然 而’由於堪材為絕緣性物質，若大量殘留於電極中，會使 電極之電阻增加而導致放電性變差。 因此，於混合粉末1、2中摻有蠟時，最好將蠟除去。 蠟的去除，可採取將壓粉體電極置入真空爐中加熱而進 行。並且，藉由將壓粉體電極加熱，可獲得壓粉體電極電 阻降低、強度增加等其他功效，因此即使不摻入壞時，在 壓縮成形後施以加熱本身仍具有其意義。 以上述方式製成之壓粉體電極作為放電表面處理用電 極，施行放電表面處理’而形成被膜。放電之脈衝條件為·· 10 315552 !253365 電流峰值ie=1 〇A，访+杜读士 “s，休止時間（放電脈衝寬度）㈣4 形成緻密严膜卜，"者，在藉由放電表面處理以 办、、’構成電極之粉末粒徑與電流峰值、脈衝 見度：：，具有極高關聯性，而大致可將其關係歸納如下 ♦面：¥1某種平均粒徑之粉末所構成的電極而施以放電 = ;::r最佳脈衝寬度範圍之電性條件施行放電處 圍r卞广緻汝的厚膜。然而’無論脈衝寬度較適當範 二：較範圍長，皆會使形成之被膜產生空孔。進而， 脈衝見度較短時，電極材料雖附著於工件上 電極材料幾乎ϋ任何強声..^ 一附者之 態。巾…、任仃強度’而使被膜成為零零散散之狀 ，上述狀態係當放電表面處理時之脈衝寬度未在最佳脈 衝寬度範圍内，當脈衝寬度較短時，因放電能不足，無法 =该粒徑之粉末溶融’而使被膜上形成多孔。並且，當放 電表面處理時’脈衝寬度未在最佳脈衝寬度範圍内，:脈 衝寬度較長時’反而由於放電能過多而大幅破壞電極，迕 成電極間’亦即’電極與工件之間供給有大量粉末，以致 難以藉由放電脈衝將所有粉末完全熔融。 另外，發明人從實驗中發現：適當的脈衝寬度範圍雖 係依電流峰值而有某種程度之變化，但亦會隨電極材料粉 末粒徑增大而變長。 77 以外，採用某種脈衝寬度條件為放電脈衝條件時，使 用對應該脈衝寬度之適當粒徑範圍内之粉末所構成的電 極’施以放電表面處理’即可形成緻密被膜。然而，^使 315552 11 1253365 木取某種脈衝寬度條件時，無論是使用大於適當粒徑範圍 $粉末所構成之電極施行放電表面處理時；或使用小於適 *粒徑範圍之粉末所構成之電極施行放電表面處理時，兩 ::情，下所形成的被膜皆會形成多孔。再者，使用更大粒 仏㈣所構成之電極而施行放電表面處理時，電極材料雖 ▲:著於工件’但头乎無任何硬度，而使被膜成為零散之狀 怨〇 另外，構成電極之粉末粒子形狀與脈衝寬度之關係， 係受到根據電極加熱溫度等而決定之電極硬度所影響。亦 即，電極硬度較硬時，適於放電表面處理的脈衝寬度即向 長的方向位移。另外’電極硬度較軟時，適於放電表面處 理的脈衝寬度即向短的方向位移。該電極硬度與被膜形成 之關聯性係發明人從實驗中所發現者。 再者’有關放電之脈衝條件中之電流峰值，係在電流 =值過小時’會產生放電之脈衝不正常，使電極材料之粉 難以溶融等問題、然而’電流峰值若小於3GA，並且選 擇適當的脈衝寬度，則可形成良好的被膜。 、根據發明人的實驗結果可知，為了預防脈衝不正常， 電流峰值須大於2A。另-方面’電流峰值若超過3〇a，會 由於放電脈衝能量所產生的衝擊波，使電極受到衝擊而局 部破壞’將過多的粉末材料供給至工件，而仍然使被膜形 成多孔。 依據本實施形態’可使用粒徑為―至ι〇ρ程度 的絡粉1與鉛粉2所構成的放電表面處理用電極，放電脈 315552 12 1253365 =脈衝寬ί範圍為5°…5。。心，以形成敏密厚膜， 了以取適於構成放電表面處 加工條株f妓兩 丨儿1工的 心： 之脈衝條件）加工（放電表面處理），實施 % ^ ^ ^ p使於阿/皿裱丨兄下，亦能形成具有足夠 強度之緻密厚膜。 此外’金屬元素中之鉻係 發揮潤滑作用之材料。因此使 面處理用電極以施行放電表面 形成具有潤滑性之厚膜。 為於高溫下形成氧化物，而 用如上所述之含鉻之放電表 處理時，即可於高溫環境下 因此，根據本實施形態，可將作業流線化以節省人工 作業二可使用放電表面處理技術預防熱能集中於工件上， 而於鬲溫環境下亦能形成強度與潤滑性兼具之厚膜。 另外，此處所謂「緻密厚膜」之「緻密」，係界定為： 即使以銼刀等銼磨被膜’亦不易掉落（t然若以切削之方 式則可除去），而藉由研磨即可獲得金屬光澤之狀態。 此外，本發明中放電表面處理之施行環境，無論是於 加工液中或氣體中，皆可施行。 第2實施形態 接著’參照圖式以說明本發明第2實施形態。第2圖 係顯示採用將摻有本身為碳化物之碳化鉻Cr3c2(碳化$久· 粒徑3 // m )粉，與本身為不易形成碳化物之材料的始（銘： 粒I 2 // m )粉之混合粉末予以壓縮成形後，再經加熱製成 之放電表面處理用電極而進行放電表面處理時，藉由改變 放電表面處理用電極中之鈷含量，而使厚膜之容易形成程 315552 13 1253365 度亦隨之改變之情況。 而且放电表面處理用電極之基材係設定為碳化鉻心3^^， 、 不易形成碳化物之材料的鈷含量係設為40體積％ 以上’而混^ /v令\ 士 γ σ 1不Μ縮成形後之加熱溫度係設為約90(rc 程度。 a >使用上述條件製成之壓粉體電極（面積15mm X 15mm ) 二文甩表面處理，以形成被膜。施行放電表面處理時之 盥:脈衝條件範例係顯示於第3 A圖與第圖。第3 A圖 :第3B目係表不放電表面處理時之放電脈衝條件範例， ^ 圖係表不放電時電極與工件之間所施加之電壓波 ^第3Β圖係表示放電時流動電流之電流波形。如第3a 圖所示，於時間t〇,雖將無負載電壓ui施加於兩極間，但 、工過放電延遲時間td後之時間u，電流開始流動於兩極 間’亚開始放電。此時之電壓為放電電壓w，此時流通之 :流為電流峰值ie。然後於時間t2,若停止對兩極間供給 i壓’電流即不再流動。 時間t2-tl後為脈衝寬度u。此日寺t〇_t2之電壓波形係 曰 1隔休止時間t0而反覆施加於兩極間。亦即如該第3八圖 所不，使脈衝狀電壓施加於放電表面處理用電極與工件之 ΓθΙ 〇 、本貫施形悲中放電表面處理時之放電之脈衝條件，係 為電流峰值ie=10A，放電持續時間（放電脈衝寬度）te = 64 休止時間t0=128//s。另外，放電處理時間為u分鐘。 如第2圖所示，電極中之鈷c〇含量為〇%時，亦即電 315552 14 1253365 極中之石厌化鉻Cr3c2含量為ίο。％ 限為10"m，而無法m后、了形成被膜厚度之極 化鉻Cr3C2，係由摻入 朕之主材枓為碳 基材成分之材料所構成。 另外，電極内甚I π只 F1老 士 …不易形成碳化物之材料時，於夂又 同處理時間點卜所犯上、 了 於各不 U上所形成之被膜厚度，則如第 線。如第4圖所示，於放+ 、之曲 度係隨著睥… 之初始階段，被膜厚 反你1¾者日守間而增加，於令 八w 2、i 於放電表面處理一段時間後（約5 刀釦/cm )被膜之厚度即呈現飽和狀態。 隨後之短暫時間内，膜厚雖不再成長， 理持續一段時間（2〇分鐘/cm2 玉表面處 少，最後被膜之厚度成為負成長”尽度即開始減 凹狀。雖為凹狀，被膜仍被覆在工件上。其厚度本身= // m，與經過適當時間處理之狀態幾乎相同。 再爹照第2目，電極内不易碳化材料之始含量愈多， 所形成之被膜則愈厚，電極中鈷含量超過2〇體積％時，則 所形成之被膜厚度即開始增加，鈷含量超過4〇體積％時， 則容易穩定地形成厚膜。以上述方式藉由使被膜中殘留較 多作為金屬之材料時，可形成含有未形成碳化物之金屬成 分的被膜，而容易穩定地形成厚膜。鈷係用來作為被膜中 之黏結劑。 另外，此處所指之體積。/❶，係混合之各粉末重量除以 各材料密度後之值的比率，為該材料在全部粉末材料體積 中所佔之體積比例。 ' 例如鈷粉之體積％時，係為： 315552 15 1253365 粉體積+始粉體積） 「銘粉之體積％ =鈷粉體積/ ( Cr3C2 X 1 00 , 〇 Μ此外，粉末之體積並非外觀體積，而為粉末材料之實 質體積。例如，「鈷粉體積=鈷粉重量/鈷粉密度」。 、 從上述公式可推導出：電極中含有不易碳化材料之比 例以40體積％以上較佳。如第2圖所示，上述放電之脈衝 條件為：電流峰值ie=1GA、放電持續時間（放電脈衝寬声） ^心s、休止時間=128//s日夺，即使電極中所含之不易^ 化材料之比例在40體積％以下，亦可能形成…爪程度: 被膜。然而’》了形成緻密厚膜’必須設定適當之脈衝侔 件。例如，即使電極中所含之不易碳化材料之比例為 體㈣時，雖亦可形成緻密厚膜，但其條件範圍極為狹窄。 形成電極所含碳化物之材料過多時，在電性條件不人 適’電極狀態不佳等情況下所形成的膜，雖然形成隆起狀： 但可間單除去’即使加以研磨亦無法獲得金屬光澤。而於 本實施形態中’係藉由實施最適於構成電極之粉末粒徑的 加工條件（放電之脈衝條件）加卫（放電表面處理），即可 使=成之被膜中金屬由於被膜内的聯結，成長緻密之隆 起厚膜，形成具有足夠強度之被膜。 茶考用之第5圖，係電極中鉛含量7()體積％時所形 之被膜相片。、該相片係形成厚膜之具體實例。第$圖所示 相片中所形成之膜厚為2mm。該被膜係在上述條件下，以 更厚之被膜。 $成者。右增加處理時間’即可形成 315552 16 1253365 上述方式’使用電極内含有銘等不易碳化材料40 體積。/。以上之電極，並以最適於構成電極之粉末粒 工條件（放電之脈衝條件）加卫（放電表面處理），口 表:面可藉由放電表面處理而穩定形成細緻緊密的厚膜。件 弟3實施形態 、 〃以下將參照圖式以解說本發明第3實施形態。第 係表示第3實施形態之放電表 圖 念剖視圖。 電表面處理用電極之製造方法概 將粒徑！㈣度之钻粉n，充填於第6 具^、金屬模具之下衝頭13、金屬模具^ 14所包圍之空間中’並以上衝頭12與 知 :、1、1而形成特定形狀之厂堅粉體。於放電表面處理之 慶籾體係作為放電電極。 ’、。亥 如上述之方式，以特定推壓力施加於粉末 硬化成壓粉體。妙、& + # & At 1文物末 _ W而在该狀恶下壓粉體之電阻極高，吉处 以该狀恶之壓粉體作為放電表面處理 測試電極之電阻時，例如，以第7A圖所示：方有：：於 =…夾電㈣，將測試儀23:電極以 之電：測疋電阻值之簡單方法，即可測出約略 所示可使用；種更簡便之方法例如，以第7Β囷 ;H式儀33之電極端子34接觸於該電極3 1 之兩：：：定該金屬板22電阻值，而判定大致之電阻值。 只场恶中所用之電極材料銘，係炫點超過⑽代 315552 17 1253365 之材料。但發明人從研究中發現：若詳細觀察電極，即使 溫度只有200°C，一部分之材料（鈷）亦將熔融而使電極 之電阻因而降低。 弟6圖所不之粒位1 // m私度的始粉，成形為直押 1 8mm、長度3Omm程度大小的壓粉體時，係顯示在粉末拜 壓縮而成形時，以第7A圖所示之測定方法所測出之電阻 值為數Ω至數10Ω之值。第8圖係表示將該壓粉體置於真 空爐中，以特定時間昇溫之後，再保持於特定之加熱溫^ 僅1至2小時之後的電阻值與加熱溫度之關係。 壓粉體之加熱溫度較低（100°C )時，加熱後之壓粉體 電阻幾乎不會降低。然而在第8圖所示之2〇(TC之溫度範 圍τ下加熱壓粉體時，壓粉體之電阻幾近〇 q。以上述材 料所成形之壓粉體時，用以製作加熱放電表面處理用電極 之最佳加熱溫度為20(TC至25(TC程度之溫度。加熱溫度超 過300°C時，電極硬度則會過硬，於放電表面處理時，將 使電極材料經由放電而供給至電極材料之極間的供給量減 少，而不易形成厚膜。 第9圖係表示以採用經上述步驟所製成電極之放電表 面處理裝置而施行放電表面處理之狀態。第9圖係表示產 生脈衝狀放電之狀態。此外，第1 〇圖係表示以該放電表面 處理所形成之被膜相片。第10圖所示之相片係形成lmm 程度厚之厚膜。 第9圖所示之放電表面處理裝置為上述之放電表面處 理用電極，具備有：放電表面處理用電極4 1 (以下亦簡稱 315552 18 1253365 為電極41)，係由粒徑 壓粉體經過加執_ 、 ""又之鈷粉11經壓縮形成 …、處理之壓粉體所構成· Λ τ、广w从干士 面處理用電源裝置4S r 苒成，加工液43,放電表 衣置45，係於電極41盥 壓而產生脈衝狀放 二广件42之間化加電 極間距離，亦即電 第9圖中，用以控制 m α a t 〇 ^工件42間之間隙的伺服機構， 係故予以省略。 《貝丁存槽專，因與本發明無直接關 欲以該放電表面虛？ _ η 41 ^ "而於工件表面形成被膜，係 與工件42對向配置於加工液4”。再者，加工 : ❹放電表面處理用電源45,使電極41與工件 之間產生脈衝狀放電。呈體 ^ -筱而3，於電極41與工件42 之間施加電壓而產生放雷。访费^ 一 敌電放電之電弧柱44係如第9圖所 不’產生於電極41與工件42之間。 再者，藉由使電極41與工件42間產生放電之放電能， 於工件表面形成電極材料之被膜，或將電極材料因放電能 而反應之物質之被膜形成於工件表面。以極性而言，所採 用之方式係以電極41為陰極，工件42為陽極。另外，於 該構成令，放電時之電流J係從電極41流向放電表面處理 用電源45。 放電表面處理之放電脈衝之條件如下··電流峰值 二i〇A，放電持續時間（放電脈衝寬度）=8//s，休止時間 二16// s。本實施形態係以5分鐘之處理而形成丨爪历程度厚 之被膜。 上述第1實施形態中係採用摻有粒徑6 ^至1 〇 A m 315552 19 1253365 程度之鉻粉1與銘粉2之混合粉末所構成之電極，因此形 成之尽膜會因形狀不規則而有不均之情形。於第1實施形 態中之放電脈衝之脈衝寬度係使用5〇// S至500 // S之範圍 形成緻密的被膜，然若將粉末粒徑縮小，則可縮小脈衝寬 度而形成緻密之被膜。 其原因在於構成電極之電極材料粉末粒徑縮小時，可 在脈衝寬度較小，能量亦較小之條件下亦能使電極材料之 粉末完全熔融，而且可藉由較小的放電痕的堆積而形成被 膜’故能形成細緻緊密之被膜。 本實施例使用粒徑1 # m程度之鈷粉時，能以低於5〇 # S之脈衝寬度形成緻密之被膜。另外，若使用脈衝寬度 達到50/ZS之放電脈衝，則電極因放電而大幅破壞而形成 多孔被膜。 、條r木將說明電極之硬度。測定電極硬度之方法，指 構成電極之粉末粒徑較大而電極硬度柔軟時，使用爪κ 600 5-4中之塗膜用錯筆劃痕試驗加以測定。而構成電極 ^粉末粒徑較小、電極硬度較硬時，則使用洛式（⑽k㈣ 石^度等測定。m K 5600_5_4之規格原本係使用於評估塗 =被膜’由此而得知其亦適於評估硬度較低之材料。當然， 果了以其他t法作為指標，例如其他硬度評估方法之結 ’與该塗膜m劃痕試驗結果能夠相互換算者。 構成電極之粉末粒徑為5至程度時，電極硬度 4B至7B級硬度時為 膜。然而，亦具有雖稍二 ‘"形成緻密之厚 有隹稍祕偏離該範圍仍能形成厚膜之範圍， 315552 20 1253365 且於硬度硬化之方向，相㈣成可相b程度的硬度。 而於硬度軟化之方向，則厚膜的形成可達到8B程度。 然而，因電極硬度愈硬，被膜之形成速度則愈慢，若

Μ時’將極難以形成厚膜。若電極硬度比B 級更硬時，則無法形成厚膜，隨著電極硬度之增加，而變 成將工件除去加工。 此外，於電極硬度軟化之方向，厚膜的形成雖可達到 8B級之硬度，然若分析所形成之厚膜組織，可看到：空孔 呈現緩慢增加之趨勢，而硬度比9B級更軟時，將可看到 電極成分未完全熔融即附著於工件上之現象。另外，該電 極硬度與被膜狀態之關係，係依所用之放電脈衝條件而多 少有些改變，若使用適當之放電脈衝條件時，亦可擴大能 形成某種較佳程度被膜之電極硬度範圍。 把 、上述實施例中’因使用粒徑5//m程度之粉末，而使 上述電極硬度成為最佳值、然而該最佳值甚受該構成電極 之粕末粒徑影響。最佳硬度值受粉末粒徑影響之主要原因 如下·亦即，電極是否會由於放電而釋出電極材料，係依 構成電極之粉末鍵結強度而定。鍵結硬度較強時，粉末^ 易藉由放電能而釋出。另一方面，鍵結強度較弱時， 則容易藉由放電能而釋出。 1 此外’構成電極之粉末粒徑較大時，電極中之於 互鍵結數減少，使電極強度減弱。另一方面，冑成；極: 米刀末粒徑較小時，電極中之粉末相互鍵結數增加，二 rfe ,-L 彳之 Μ* 極 315552 21 1253365 如上述之說明，本實施形態中，係在最適於構成電極 之電極材料粉末粒徑以及電極硬度之加工條件下進行加 工，可進行緻密之厚膜隆起’而形成具有足夠強度之被膜。 士如上所述，使用不易形成碳化物之鈷粉作為電極材料 %，所用之放電之脈衝條件，為放電脈衝寬度5〇 # m以下， 電流峰值之條件時，可形成極厚之緻密被膜。然而， 從本發明人之實驗可知：即使利電極係易於形成碳化物 之鉬（Molybdenum ’粒徑〇7//m)的電極材料亦可形 成緻岔厚被膜（只有|目M〇 )。 、由於鉬MO為容易形成碳化物之材料，故採用 以上70 " s以下之放電脈衝寬度較長之條件時，藉由放電 脈衝將未完全熔融之電極材料供給至工件，乃有利於形成 緻密被膜。若為如鉬M〇之易形成碳化物之材料時，於以 放電脈衝將電極材料完全熔融之狀態下供給至工件時，則 供給至工件之電極材料將碳化而形成碳化鉬，冑以形成厚 =2而’右以上述方式調整放電脈衝寬度，利用放電脈 ^將未㈣之電極材料供給至工件，即可形成緻密之被 膜0 第4實施形態 :著二將對照圖式以解說本發明第4實施形態。第" 圖係表^ 4實施形態中放電表面處理 概念剖視圖。在第n闰*八茂 弟11圖之金屬模具之上衝頭52、金屬模 具之下衝頭5 3、合屬M目々、士 〇 、，屬杈具之沖杈54所包圍之空間中，填 入粒徑1 // m程声夕处人人止 又、，a至粕5 1，利用上衝頭5 2與下衝頭 315552 22 1253365 53壓縮該鈷合金粉51使形成預定形狀之壓粉體。於放電 表面處理之際，將該壓粉體作為放電電極。 另外，本實施形態所用之平均粒徑1//m程度之鈷合 金粉 5 1 ’ 係含有鉻 Cr ( Chromium )、鎳 Ni ( nickel )、鎢 (tungsten)等之钻基底之合金（鉻Cr : 2〇重量％、鎳Ni : 1 0重ϊ %、鎢：1 5重量％、鈷：殘餘重量百分比）。 經壓縮成形後之狀態下，壓粉體電阻升高，若直接當 作放電表面處理用電極則會造成問題。 而且，用於鈷合金粉51為硬質合金，故不易以衝壓方 式使粉末硬化定形，為改善其成形性，必須於鈷合金粉Η 中摻入石蠟等蠟材。但電極内之蠟材殘留量愈多，放電表 面處理時之電傳導率則愈差。因&，理想之方式係於後段 製程中除去蠟材。 為除去蠟材並降低電極之電阻，而將壓粉體電極置入 真空爐中昇溫特定時間|，再保持於特定加熱溫度為丄至 2小時。 +於第3實施形態中，相對於以粒徑之銘粉形成 電2之最佳加熱溫度為2〇(rc至25〇t，由鈷合金粉Μ形 成包極日守，電阻降低之最佳加熱溫度為800。(：至90〇。〇之高 ，°此時若將電極加熱至8⑻t肖，犧材將碳化而成為殘 Θ於a極内之雜質，因&，必須暫以較低溫度除去虫鼠材。 士另外，本構造之電極，當加熱溫度在200°C與3〇(rc 時，為零散狀而無法形成被膜。而且，加熱溫度在1〇〇代 時，電極硬度變硬而無法形成被膜。 315552 23 1253365 緻密合，:51之平均粒徑為參數’研究可形成 、 包极峰值設定為10A，脈衝寬度則作多 種改^。所用夕夂$ “極係於施行放電表面處理之際形成適 田硬度者0此處之「、吞A> .!u 膜之條件。 適*硬度」，思扣具備能夠形成緻密被 电極硬度不適當時則難以形成緻密厚膜 硬時則無法形成相。而電極硬度太軟時，雖可 = 的膜，《膜令成為多孔性，而變得不緻密。 究可係顯示以姑合金粉21之平均粒徑為參數，研 圍Lr讀膜之條件之結果。雖'然形成緻密被膜之範 等非緻密性被膜之範圍有部分重疊， :/、原因係由於電極硬度等而有範圍上某程度之差里所 另外，第12圖中，m +丄 ^ φν , 口電極之隶佳硬度亦會由於電極材 枓粉末之粒徑大小而有 ^ 有所不同，因此即以某種尺寸大小之 粒徑粉末，比較可來士^ ^ 夕玉形成緻岔被膜之硬度。例如，電極材料 之平均粒徑為2 // m $ g V m之電極時，若電極硬度較硬， 印使1 〇 // s之脈衝寬声 ^ ^ ^ 、又亦可形成緻密被膜。另一方面，電 極硬度較軟時，即传 ^ 〇 M s之脈衝寬度也會形成多孔被 如上所述因電 覓度之條件亦不同 係具備可形成緻密 上述實施例中 極硬度等條件，可形成緻密被膜之脈衝 ，不過概略而言，第12圖所示之範圍中 膜厚之條件。 雖係使用將合金比例為「鉻C r : 2 0 315552 24 1253365

重里。/〇、鎳Ni : 1()重量％ w · B 餘重量百分1:卜 人 里里/。、鈷Co ·殘 合金當秋亦可1之a金予以粉末化之材料，不過粉末化之 田’、、，、可為其他種組合之合金。例 例為「鉻Cn击旦j便用合金比 旦〇/ 5重1/°、鎳Ni ·· 10重量°/〇、鎢W ·· 7重 殘餘重量百分比」之合金。另外，亦可使用 j為銦m〇:28重量％、鉻Cr:17重量％、石夕si: 「：c °·、〗鈷C〇:殘餘重量百分比」之合金；合金比例為 八5重量％、鐵Fe:8重量％、鎳Ni:殘餘重量百 :旦。」之合金；合金比例為「鉻Cr: 2i 9 重里/〇、|旦Ta : 4重量％、德•於丛！ 金；合全比^「 量百分比」之合 金比例為「鉻Cr: 19重量％、錄Ni: 53重量％、 %、:.3重量％、鎘αϋ: 5重量。/。、鈦Ti:0.8重量 ^二，0.6重量％、鐵Fe :殘餘重量百分比」之合金 不同二bi金之合金比例不同日寺，材料之硬度等性質亦 由在電極成形性與被膜狀態上產生若干差異。 之鈷：：’本實施形態中，雖係使用電極主成分為鈷 上述：；！’但採用該合金粉末之原因係其具有有利於以 由；=較厚被膜之效果。於放電表面處理中，使用僅 成為==碳化物材料所構成之電極，由於其形成之被膜 二=工狀態，因此被膜之熱傳導率變差，而容易 4之方式去除被膜。 之敎入不易形成石炭化物之材料的姑作成份，被膜 效果會惡化’而可形成厚被膜。以具有與銘相同 之材料而言係有鎳Ni、鐵Fe等。 315552 25 !253365 另外，放電條件之電流峰值，於本例中係設定為l〇A , 但只要是約30A以下之電流峰值，亦可獲得大略相同範圍 之緻密厚膜。若電流峰值為30A以上時，則因放電之衝擊 使電極不必要的大幅破壞，而且由於熱能變大，因此造成 電極硬度變硬等問題。 ° 依據本實施形態，構成電極之粉末粒徑，以及在最適 於電極硬度之加工條件（放電之脈衝條件）下施行加工（= 電表面處理）日寺，可進行緻密厚膜隆起，而形成具有足夠 強度之被膜。 (產業上之可利用性） 如上所述，本發明之放電表面處理方法對於需要形成 緻密厚被膜之產業極有助益，尤其，適用於需在高溫環境 下，兼具強度與潤滑性之用途等。 【圖式簡單說明】 第1圖係表示放電表面處理用電極之製造方法概 視圖。 弟2圖係表示以改變電梅φ 、 义包位中鈷含ΐ之方式而逐漸易於 形成厚膜之樣態特性圖。 第3Α圖係表示施行放電表面處理之際，電壓波形之 特性圖。 第3Β圖係表示對應第3Α圖之電麼波形之電流波形特 性圖。 第4圖係表示電極内去& Τ 0 W ii 0m、& β 3不易形成碳化物材料時，處 守間〃被膜形成狀態之關係特性圖。 315552 26 1253365 第5圖係表示鈷為7〇體積％時所形成之被膜之相片。 第6圖係表示放電表面處理用電極之製造方法概念剖 視圖。 第7A圖係表示測試電極電阻值之簡便方法圖。 第7B圖係表示測試電極電阻值之更簡便方法圖。 第8圖係表示加熱溫度與電極電阻關係之特性圖。 第9圖係表示加工液中施行放電表面處理之狀態圖 第1 〇圖係所形成之被膜相片。 第Π圖係表示放電表面處理用電極之製造方法概念 剖視圖。 ~ 第12圖係表示改變電極材料平均粒徑與脈衝寬度而 形成被膜之結果圖。 ' 第13圖係利用以往之電極形成被膜時之電子顯微鏡

相片。 ” W (元件符號說明） 1 鉻粉 2 ' 11 録粉 3 、 12 、 52 上衝頭 4 、 13 、 53 下衝頭 5 、 14 、 54 沖模 21、41 電極 22 金屬板 23、33 測試儀 24 電極端子 315552 27 1253365 3 1 電極 34 電極端子 42 工件 43 加工液 44 電弧柱 45 放電表面處理用電源裝置 51 鈷合金粉 I 電流 28 315552

Claims (1)

1253365 拾、申請專利範圍： 1 · 一種放電表面處理方法’係將金屬粉末或金屬化合物之 粉末壓縮成形之壓粉體作為電極，於加工液中或氣辦中 使電極與工件之間產生脈衝狀放電，並利用其能量， 工件表面形成由上述電極材料所構成之被膜，或由電極 材料因放電能量所反應之物質所構成之被膜，其特徵 為： 使用平均粒徑6 // m至1 〇 m之金屬粉末或金屬化 合物粉末混合並壓縮成形之電極，以脈衝寬度5 〇 “ s至 50〇# s，電流峰值30Α以下之加工條件，進行主成分為 金屬之厚膜隆起。 2·如申請專利範圍第1項之放電表面處理方法，其中，上 述電極係使用不易形成碳化物之材質的上述金屬粉末 與容易形成碳化物之材質的金屬粉末混合而壓縮形成 的電極。 3·如申請專利範圍第2項之放電表面處理方法，其中，上 述電極係使用含有40體積〇/〇以上之不易形成上述碳化 物之材質的上述金屬粉末之電極。 •如申睛專利範圍第1項至第3項中任一項之放電表面處 理方法’其中，上述電極係採用以「鉻Cr : 2〇重量0/〇、 錄Ni: 1〇重量％、鎢w : 15重量％、鈷& :殘餘重量 百分比」；「鉻Cr:25重量％、鎳Ni: 1〇重量％、鎢％: 7重$ °/〇、結Co :殘餘重量百分比」；「鉬Mo : 28重量 /〇、鉻Cr : 17重量％、矽Si : 3重量。/。、鈷c〇 :殘餘重 29 315552 I253365

物粉末加以壓縮形成之電極。 5· —種放電表面處理方法，係將金屬粉末或者金屬化合物 粉末壓縮成形之壓粉體作為電極，於加工液中或氣體中 使電極與工件間產生脈衝狀放電，並利用該能量，於工 件表面形成由上述電極材料所構成之被膜，或由電極材 料因放電能量所反應之物質所構成之被膜，其特徵為： 使用將平均粒徑3 // m以下之金屬粉末或者金屬化 合物粉末予以壓縮而形成之電極，以脈衝寬度7〇 # s以 下，電流峰值30A以下之加工條件，進行主成分為金屬 之厚膜隆起。 6·如申請專利範圍第5項之放電表面處理方法，其中，上 述電極係使用不易形成碳化物之材質的金屬粉末作為 電極材料。 7.如申請專利範圍第6項之放電表面處理方法，其中，上 述電極係使用含有40體積％以上之不易形成上述碳化 物之材質的上述金屬粉末之電極。

315552 30 1253365 理方法’ JSl中，μ、+、$ , • /、 述境極係採用以「鉻Cr : 20重量％、 錄Ni : 1〇重晋〇/ 拍 、烏W : 1 5重量％、鈷c〇 :殘餘重量 百分比」；「鉻Cr : 25會旦〇/》白 曰 重里/〇、鎳Ni : 1 0重量％、鎢W : 。 始C〇 ·殘餘重量百分比」；「鉬Mo : 28重量 2 Ό · 17重置％、矽Si : 3重量％、鈷Co :殘餘重 刀比」，絡Cr· 15重量％、鐵Fe: 8重量％、鎳Ni : 殘餘重量百分· r ^ p 」，路Cr : 21重量％、鉬Mo : 9重量 /〇 Λ Ta i 4 # w % > Αύ χτ· 里/°鎳Nl :殘餘重量百分比」；或者 「鉻 Cr : 1 9 舌旦。/ . 。 里/〇、鎳Nl : 53重量％、鉬Mo : 3重量 %編=」+纽Ta: 5重量％、鈦Ti: 0.8重量％、鋁A1 : :6重量％、鐵Fe :殘餘重量百分比」《比例混合上述 屬粕末之材料，或者該比例組成之上述金屬化合物粉 末加以壓縮而形成之電極。 八:表面處理方法，係將金屬粉末或者金屬化合物 米刀末I、、伯而形成壓粉體，或將經過加熱處理之該壓粉 體作為電極’於加工液中或氣體中使電極與工件間產生 脈衝狀放電’亚藉由其能量，於工件表面形成上述電極 材料所構成之被膜，或電極材㈣放電能所反應之物質 所構成之被膜，其特徵為·· 、 使用將平均粒徑2//m以上—以下之金屬粉末 或金屬化合物粉末加以壓縮而形成之電極，以脈衝寬度 5以S至100# s，電流峰值3〇A以下之加工條件，進行 主成分為金屬之厚膜隆起。 1 〇·如申凊專利範圍第9項之放電表面處理方法，其中， 315552 31 1253365 逑電極係使用含有不易形成碳化物之 電極材料。 討的合金作為 η·如申請專利範圍第10項之放電表面處理方法，其中， 上述電極係使用含有40體積％以上 /、 个约形成上述碳 化物之材質的上述金屬粉末之電極。 .如申請專利範圍第9項至第η項中任—項之放電表面 處理方法’其中，上述電極係採用以「鉻Cr: 20重量 %、鎳Ni : 1 〇重量％、鑄w :丨 旦 名旦τ、 1：)重里％、鈷Co :殘餘 重里百为比」；「鉻C r ·· 2 5重量％、禮M · 里里/〇、鎳Nl ·· 1〇重量。/〇、 鶬W ·· 7重量。/。、鈷c〇 ··殘餘重晋 欠你更里百分比」；「鉬Mo ·· 28重量％ '鉻Cr : 17重量％、 ’ Μ · 3重量％、鈷c〇 : 殘餘重量百分比」；「鉻Cr: 15重詈。 • 里里/〇、鐵Fe ·· 8重量％、 鎳Ni :殘餘重量百分比「 」 知· 21重量％、鉬mo : 9 重里 A 组 Ta ( tantalum ) : 4 舌曰 〇/ ；4重® 〇/〇、鎳Ni ··殘餘重 量百分比」；或者「鉻Cr: 19重 更里/〇、鎳Ni : 53重量％、 鉬Mo : 3重量％、鎘Cd -ia · 5 重量 ％、鈦 Ti ·· 〇·8 重量％、鋁A1 : 0.6重量％、 里里/〇鐵Fe ··殘餘重量百分比」 之比例混合上述金屬粉末 、人β 何抖，或者以該比例組成之 上述至屬化合物粉末力口以壓 &細而形成之電極。 315552 32