WO2000029158A1 - Procede de traitement de surface par decharge et electrode utilisee pour ce traitement - Google Patents

Procede de traitement de surface par decharge et electrode utilisee pour ce traitement Download PDF

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Akihiro Goto
Toshio Moro
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H1/00—Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
    • B23H9/008—Surface roughening or texturing

Definitions

  • the present invention relates to a method for treating a discharge surface and an electrode for treating a discharge surface, and more particularly to a method for treating a discharge electrode electrode consumable molten material generated by discharge energy caused by discharge in a liquid between the discharge electrode and the surface treatment material.
  • the present invention relates to a discharge surface treatment method for forming a film of an electrode material on a surface to be treated by adhering and depositing on the surface to be treated, and a discharge electrode used in the discharge surface treatment method.
  • Discharge between the discharge electrode and the surface treatment material due to submerged discharge caused by discharge energy causes the electrode-depleted molten material of the discharge electrode to adhere and deposit on the surface of the material to be treated, and coat the surface of the material with the electrode material
  • the surface treatment method for forming discharge is described in Japanese Patent Application Publication (JP-A-6-182626, JP-A-8-300227, JP-A-9-189629). And Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-192737).
  • the conventional discharge surface treatment method is to form a hard coating of a metal carbide or the like on the surface to be treated, mainly to obtain abrasion resistance.
  • the base material is generally coated with a corrosion-resistant coating made of a plating, and a typical plating is a chrome plating. Is well known.
  • the paint film has a clear boundary with the base material, easily peels off, and has a problem in durability.
  • Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 8-300027, Hei 9-1989, Hei 9-11 As shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-29337, when a discharge surface treatment film is formed by Ti or the like, a corrosion-resistant film that is difficult to peel off can be obtained. Below, it is difficult to ensure sufficient corrosion resistance.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and can form a corrosion-resistant coating exhibiting sufficient corrosion resistance even in a severe corrosive environment having a high acid concentration and a high alkali concentration. It is an object of the present invention to provide a discharge surface treatment method capable of forming a highly corrosion-resistant film without limiting the size of the discharge surface, and a discharge electrode used in the discharge surface treatment method. Disclosure of the invention
  • the present invention uses a discharge electrode containing a material having corrosion resistance, generates a pulse-like discharge between the discharge electrode and a material to be treated in a machining fluid, and is generated by discharge energy due to the pulse-like discharge.
  • a discharge surface treatment method can be provided in which the electrode consumable molten material of the discharge electrode is adhered and deposited on the surface to be treated of the surface treatment material to form a film having corrosion resistance on the surface to be treated.
  • the electrode material of the discharge electrode adheres and deposits on the surface to be treated, and a film having corrosion resistance, that is, a corrosion-resistant film can be formed on the surface to be treated.
  • this corrosion-resistant coating does not have a clear boundary with the base material as a characteristic of the discharge surface treatment method, and shows the characteristics of a gradient material with the base material. A film with strong adhesion to the base material.
  • the pulsed discharge in the machining fluid is performed by ejecting the machining fluid between the discharge electrode and the surface treatment material using a nozzle or the like, in addition to the discharge in the machining tank in which the machining fluid is stored. Can be.
  • the present invention can provide a discharge surface treatment method using nickel, chromium, molybdenum, or copper as a material having corrosion resistance.
  • nickel, chromium, molybdenum, and copper can be The electrode material of the discharge electrode containing is adhered and deposited on the surface to be treated, and a corrosion-resistant film containing nickel, chromium, molybdenum, and copper can be formed on the surface to be treated.
  • the present invention can provide a discharge surface treatment method using water as a working fluid.
  • the electrode material having corrosion resistance does not change to a compound such as carbide due to the reaction with the machining fluid component due to the pulse discharge in water, and adheres and deposits on the surface to be treated as the corrosion-resistant material.
  • a good corrosion-resistant film can be formed on the surface to be treated.
  • the present invention includes, as a discharge electrode used for carrying out the above-described discharge surface treatment method, a green compact electrode obtained by press-molding a powder of nickel, chromium, molybdenum, or copper, or a component thereof.
  • a metal electrode can be provided.
  • the electrode material of the discharge electrode containing nickel, chromium, molybdenum, and copper adheres and deposits on the surface to be treated by the discharge surface treatment method, and forms a corrosion-resistant film containing nickel, chromium, molybdenum, and copper on the surface to be treated. can do.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an electric discharge machining apparatus used for carrying out the electric discharge surface treatment method according to the present invention
  • FIG. 2 is a diagram showing a case where the electric discharge surface treatment method according to the present invention is applied to a linear guide rail. It is a perspective view showing an embodiment.
  • 1 is a machining tank for storing a machining fluid
  • 2 is a work table on which a workpiece 100, which is a material to be surface-treated, is placed in the machining tank 1
  • 3 is a discharge electrode.
  • Reference numeral 4 denotes a power supply for applying a discharge voltage between the discharge electrode 3 and the workpiece 100.
  • Reference numeral 5 denotes a switching element for switching the discharge voltage and current applied between the green compact electrode 3 and the workpiece W.
  • 6 is a control circuit for controlling the switching element 5 on and off.
  • And 7 indicate resistors respectively.
  • the discharge electrode 3 a green compact electrode obtained by compression-molding a powder of a corrosion-resistant metal material such as nickel Ni, chrome Cr, molybdenum Mo, and copper Cu is used. Metal electrodes containing these components are used, and tap water, treated water, and pure water that do not contain carbon components are used as processing fluids.
  • a corrosion-resistant metal material such as nickel Ni, chrome Cr, molybdenum Mo, and copper Cu
  • the gap between the discharge electrode 3 and the workpiece 100 that is, the discharge gap.
  • a discharge voltage is intermittently applied between the discharge electrode 3 and the workpiece 100, and the gap between the discharge electrode 3 and the workpiece 100 is kept in water. A pulse-like discharge is generated.
  • the discharge electrode 3 is consumed by the energy of this discharge, and the electrode depleted molten material of the discharge electrode 3 adheres and deposits on the surface of the workpiece 100 to be treated, and nickel, chromium, molybdenum, copper or A corrosion resistant film 101 is formed by a combination thereof.
  • Chromium film has excellent corrosion resistance and is used for mechanical parts used in various environments. Nickel, molybdenum, copper, or compounds thereof, in addition to chromium, are known as such corrosion-resistant substances.
  • nickel has good corrosion resistance to alkalis, and when copper is added to nickel, it has good corrosion resistance to reducing acids. Also, addition of chromium to Nigel makes it more resistant to oxidizing acids, and addition of molybdenum improves corrosion resistance in reducing environments.
  • the components of the corrosion-resistant film 101 in other words, the components of the discharge electrode 3 may be selected according to the use environment.
  • the gap between the discharge electrode 3 and the linear guide rail 110, which is the workpiece, that is, the discharge gap is controlled to an appropriate gap (10 m to 3 ⁇ 410 urn), and the nozzle 10 A discharge voltage is intermittently applied between the discharge electrode 3 and the linear guide rail 110 while spraying water as a machining fluid, and the discharge voltage is applied between the discharge electrode 3 and the linear guide rail 110.
  • the discharge gap is controlled to an appropriate gap (10 m to 3 ⁇ 410 urn)
  • the discharge electrode 3 is consumed by the discharge energy, and the electrode exhausted molten material of the discharge electrode 3 adheres and deposits on the surface of the linear guide rail 110 to be treated, and chromium, nickel, molybdenum, copper, or any of them is deposited on the surface to be treated.
  • a corrosion resistant film 1 1 1 is formed by the combination.
  • the discharge surface treatment method according to the present invention can form a corrosion-resistant film that is difficult to separate, and forms a corrosion-resistant film on a machine component used in a severe corrosive environment having a high acid concentration and an alkali concentration. Can be used for

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Description

明 細 書 放電表面処理方法および放電表面処理用電極 技術分野
この発明は、 放電表面処理方法および放電表面処理用電極に関し、 特に放電電 極と被表面処理材との間の液中放電による放電工ネルギによって生じる放電電極 の電極消耗溶融物質を被表面処理材の処理対象表面に付着堆積させ、 処理対象表 面に電極材料による被膜を形成する放電表面処理方法およびこの放電表面処理方 法で使用する放電電極に関するものである。 背景技術
放電電極と被表面処理材との間の液中放電による放電工ネルギによって生じる 放電電極の電極消耗溶融物質を被表面処理材の処理対象表面に付着堆積させ、 処 理対象表面に電極材料による被膜を形成する放電表面処理方法は、 日本国公開特 許公報 （特開平 6 - 1 8 2 6 2 6号， 特開平 8 - 3 0 0 2 2 7号， 特開平 9一 1 9 8 2 9号， 特開平 9— 1 9 2 9 3 7号） により公知になっている。
従来の放電表面処理方法は、 専ら、 耐摩耗性を得るために、 処理対象表面に金 属炭化物等による硬質被膜を形成するものである。
鋼材等の金属の酸化、 窒化、 硫化腐食を防止す防蝕対策として、 従来は、 メッ キによる防蝕皮膜により母材を被覆するのが一般的であり、 代表されるメツキと して、 クロ厶メツキがよく知られている。
しかし、 メツキ皮膜は、 母材との境界が明確で、 剥離し易く、 耐久性に問題が ある。
また、 メツキは、 一般にメツキ槽内で行われるため、 処理できるワークの大き さに制限があると云う欠点もある。
特開平 8 - 3 0 0 2 2 7号公報、 特開平 9— 1 9 8 2 9号公報、 特開平 9一 1 9 2 9 3 7号公報に示されているように、 T i等による放電表面処理皮膜を形成 れば、 剥離し難い防蝕皮膜が得られるが、 酸濃度、 アルカリ濃度が高い過酷な腐 蝕環境下では、 充分な耐蝕性を確保することが難し 、。
この発明は、 上述の如き問題点を解消するためになされたもので、 酸濃度、 ァ ルカリ濃度が高い過酷な腐蝕環境下でも充分な耐蝕性を示す防蝕皮膜を形成する ことができ、 またワークの大きさに制限を与えることがなく高度な防蝕皮膜を形 成することができる放電表面処理方法、 およびこの放電表面処理方法で使用する 放電電極を提供することを目的としている。 発明の開示
この発明は、 耐蝕性を有する材料を含む放電電極を使用し、 加工液中において 当該放電電極と被表面処理材との間にパルス状の放電を発生させ、 パルス状放電 による放電工ネルギによって生じる前記放電電極の電極消耗溶融物質を前記被表 面処理材の処理対象表面に付着堆積させ、 前記処理対象表面に耐蝕性を有する被 膜を形成する放電表面処理方法を提供することができる。
したがって、 放電表面処理方法により、 放電電極の電極材料が処理対象表面に 付着堆積し、 処理対象表面に耐蝕性を有する被膜、 すなわち耐蝕性皮膜を形成す ることができる。
この耐蝕性皮膜は、 メツキなどによる場合とは異なり、 放電表面処理方法の特 性として母材との間に明確な境界が生じることがなく、 母材との間に傾斜材料特 性を示し、 母材に対して密着力が強い皮膜になる。
なお、 加工液中のパルス状放電は、 加工液を貯められた加工槽内での放電以外 に、 放電電極と被表面処理材との間に、 ノズル等により加工液を噴出して行うこ とができる。
また、 この発明は、 耐蝕性を有する材料として、 ニッケル、 クロム、 モリブデ ン、 銅を使用する放電表面処理方法を提供することができる。
したがって、 放電表面処理方法により、 ニッケル、 クロム、 モリブデン、 銅を を含む放電電極の電極材料が処理対象表面に付着堆積し、 処理対象表面に二ッケ ル、 クロム、 モリブデン、 銅を含む耐蝕性皮膜を形成することができる。
また、 この発明は、 加工液として水を使用する放電表面処理方法を提供するこ とができる。
したがって、 水中でのパルス放電により、 耐蝕性を有する電極材料が、 加工液 成分との反応によって炭化物等の化合物に変化することなく、 耐蝕性を有する材 質のまま、 処理対象表面に付着堆積し、 処理対象表面に良好な耐蝕性皮膜を形成 することができる。
また、 この発明は、 上述のような放電表面処理方法の実施に使用する放電電極 として、 ニッケル、 クロム、 モリブデン、 銅の粉体を圧余宿成形した圧粉体電極あ るいはそれら成分を含む金属電極を提供することができる。
したがって、 放電表面処理方法により、 ニッケル、 クロム、 モリブデン、 銅を 含む放電電極の電極材料が処理対象表面に付着堆積し、 処理対象表面に二ッケル 、 クロム、 モリブデン、 銅を含む耐蝕性皮膜を形成することができる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 この発明による放電表面処理方法の実施に使用される放電加工装置 の構成図であり、 第 2図は、 この発明による放電表面処理方法をリニアガイドレ ールに適用した場合の実施の形態を示す斜視図である。 発明を実施するための最良の形態
この発明に係る好適な実施の形態を添付図面を参照して説明する。
第 1図において、 1は加工液を貯容する加工槽を、 2は加工槽 1内に配置され て被表面処理材であるワーク 1 0 0を載置されるワーク台を、 3は放電電極を、 4は放電電極 3とワーク 1 0 0との間に放電電圧を印加する電源を、 5は圧粉体 電極 3とワーク Wとの間に印加する放電電圧および電流のスィツチングを行うス イツチング素子を、 6はスィッチング素子 5のオン 'オフを制御する制御回路を 、 7は抵抗器をそれぞれ示している。
この発明による放電表面処理方法では、 放電電極 3として、 ニッケル N i、 ク ロム C r、 モリブデン M o、 銅 C uなど、 耐蝕性を有する金属材料の粉体を圧縮 成形した圧粉体電極あるいはそれら成分を含む金属電極が使用され、 加工液とし て炭素成分を含んでいない水道水、 処理水、 純水が使用される。
通常の放電加工装置が装備している図示されてし、ない周知の位置制御機構によ り、 加工液中において、 放電電極 3とワーク 1 0 0との間隙、 すなわち放電ギヤ ップを適切な間隙 （ 1 0 z m〜数 1 O m) に制御し、 放電電極 3とワーク 1 0 0との間に放電電圧を間欠的に印加し、 水中で放電電極 3とワーク 1 0 0との間 にパルス状の放電を発生させる。
すると、 この放電のエネルギにより放電電極 3が消耗し、 放電電極 3の電極消 耗溶融物質がワーク 1 0 0の処理対象表面に付着堆積し、 処理対象表面にニッケ ル、 クロム、 モリブデン、 銅あるいはそれらの組合せによる耐蝕性皮膜 1 0 1が 形成される。
この放電表面処理方法では、 耐蝕性皮膜 1 0 1 と母材 （スチール材） との境界 はほとんどわからず、 きわめて密着力の強い耐蝕性皮膜が形成される。 これによ り、 剝離しない長寿命の耐蝕性皮膜を得ることができる。
クロム皮膜は優れた耐蝕作用があり、 様々な環境で使用される機械部品などに 用いられる。 このような耐蝕性がある物質としては、 クロムの他に、 ニッケル、 モリブデン、 銅あるいはそれの化合物が知られている。
たとえば、 ニッケルはアルカリに対して優れた耐蝕性を示し、 ニッケルに銅が 添加されると、 還元性の酸に対して優れた耐蝕性を示すようになる。 また、 ニッ ゲルにク αムが添加されると、 酸化性の酸に強くなり、 モリブデンが添加される と、 還元性環境での耐蝕性が向上する。
従って、 使用環境に応じて耐蝕性皮膜 1 0 1の成分、 換言すれば、 放電電極 3 の成分が選定されればよい。
ワークがリニアガイドレールのように長いものの場合には、 第 2図に示されて いるように、 ノズル 1 0より加工液である水を放電電極 3とリニアガイドレール 1 1 0との放電ギャップに噴き付けることにより、 加工槽内の液中放電と同様の 液中放電を行うことができる。 なお、 第 2図において、 第 1図に対応する部分は 、 第 1図に付した符号と同一の符号を付けて、 その説明を省略する。
この場合も、 放電電極 3とワークであるリニアガイドレール 1 1 0との間隙、 すなわち放電ギャップを適切な間隙 （ 1 0 m〜¾ l 0 u rn) に制御して、 そこ にノズル 1 0より加工液である水を噴き付けつつ、 放電電極 3とリニアガイドレ —ル 1 1 0との間に放電電圧を間欠的に印加し、 放電電極 3とリニアガイドレ一 ル 1 1 0との間にパルス状の放電を発生させる。
すると、 放電エネルギにより放電電極 3が消耗し、 放電電極 3の電極消耗溶融 物質がリニアガイドレール 1 1 0の処理対象表面に付着堆積し、 処理対象表面に クロム、 ニッケル、 モリブデン、 銅あるいはそれらの組合せによる耐蝕性皮膜 1 1 1が形成される。 産業上の利用の可能性
上述のように、 この発明による放電表面処理方法は、 剝離し難い耐蝕性皮膜を 形成でき、 酸濃度、 アルカリ濃度が高い過酷な腐蝕環境下で使用される機械部品 に耐蝕性皮膜を形成することに利用することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 耐蝕性を有する材料を含む放電電極を使用し、 加工液中において当該放電電 極と被表面処理材との間にパルス状の放電を発生させ、 パルス状放電による放電 エネルギによって生じる前記放電電極の電極消耗溶融物質を前記被表面処理材の 処理対象表面に付着堆積させ、 前記処理対象表面に耐蝕性を有する被膜を形成す ることを特徴とする放電表面処理方法。
2 . 耐蝕性を有する材料として、 クロム、 ニッケル、 モリブデン、 銅を使用する ことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の放電表面処理方法。
3 . 加工液として水を使用することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の放電表 面処理方法。
4 . 放電表面処理方法の実施に使用する放電表面処理用電極であって、 クロム、 ニッケル、 モリブデン、 銅の粉体を圧縮成形した圧粉体電極あるいはそれら成分 を含む金属電極であることを特徴とする放電表面処理用電極。
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