WO2004108988A1 - 放電表面処理方法および放電表面処理装置 - Google Patents

放電表面処理方法および放電表面処理装置 Download PDF

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Akihiro Goto
Masao Akiyoshi
Katsuhiro Matsuo
Hiroyuki Ochiai
Mitsutoshi Watanabe
Takashi Furukawa
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IHI Corp
Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00

Definitions

  • the present invention relates to a discharge surface treatment technology, and more particularly, to a powder compact electrode obtained by compression-molding a metal powder, a metal compound powder, or a ceramic powder, as an electrode.
  • the present invention relates to a discharge surface treatment method and a discharge surface treatment apparatus for generating a pulsed discharge and forming a film made of an electrode material or a substance in which the electrode material has reacted by the discharge energy on a work surface by using the energy.
  • Patent Document 1 The conventional discharge surface treatment focuses on abrasion resistance at room temperature and forms a coating of a hard material such as TiC (titanium carbide) (for example, see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 a hard material such as TiC (titanium carbide)
  • an electrode different from a ceramic-based electrode for forming a hard ceramic film is used.
  • An electrode formed by performing a heat treatment as necessary is used.
  • the hardness of the electrode must be reduced to some extent. It is necessary to give the electrode certain characteristics such as This is because it is necessary to supply a large amount of electrode material to the workpiece by a discharge pulse.
  • the discharge surface treatment can usually form a stable film, the film formation suddenly becomes unstable, and once it becomes unstable, it cannot be easily recovered to a stable state.
  • This is considered for the following reasons. That is, the sudden occurrence of the unstable state is due to the concentration of the discharge.
  • the portion of the electrode where the discharge is concentrated widely melts and re-solidifies.
  • the portion of the electrode melts, the shape of the electrode at that portion is deformed, and a state in which discharge is likely to occur is obtained.
  • the discharge is likely to be generated, and the damage of the portion is increased, so that it is difficult to recover the film formation to a stable state.
  • the present invention has been made in view of the above, and accurately detects an unstable phenomenon of film formation, and performs an appropriate response process before the state of the film and the state of the electrode are deteriorated due to the unstable phenomenon. It is an object of the present invention to provide a discharge surface treatment method and a discharge surface treatment device for enabling to carry out the above. Disclosure of the invention
  • the metal powder or the metal compound Using a powder or a compact formed by compressing ceramic powder as an electrode, a pulse-like discharge is generated between the electrode and the work, and the energy of the discharge forms a film made of the electrode material on the work surface or the material of the electrode.
  • a discharge surface treatment method for forming a film made of a substance reacted by discharge energy wherein a voltage between an electrode and a workpiece during discharge is detected, and when a decrease in the voltage is detected, a discharge surface is detected. It is characterized in that the processing state is determined to be abnormal.
  • an unstable phenomenon of the discharge surface treatment is accurately detected during the discharge surface treatment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a process of manufacturing a discharge surface treatment electrode
  • FIG. 2 is a diagram showing a discharge surface treatment performed by a discharge surface treatment apparatus using a discharge surface treatment electrode for forming a thick film.
  • FIG. 3 is a diagram showing the electric circuit of FIG. 2
  • FIG. 4A is a characteristic diagram showing a voltage waveform when the discharge surface treatment is performed normally.
  • FIG. 4B is a characteristic diagram showing a current waveform corresponding to the voltage waveform of FIG. 4A
  • FIG. 5A is a characteristic diagram showing a voltage waveform when the discharge surface treatment is abnormal.
  • FIG. 5B is a characteristic diagram showing a current waveform corresponding to the voltage waveform of FIG. 5A
  • FIG. 6 is a diagram showing a state where a negative part of the electrode is melted by excessive heat.
  • a carbon such as Co (cobalt), Ni (nickel), and Fe (iron) is used. It has been found that it is difficult to form a stable and dense thick film unless a material that is difficult to form is included in the electrode.
  • a thick film that the above-mentioned material containing about 40% by volume or more that hardly forms carbide is contained.
  • a material that hardly forms carbide is contained in the electrode in an amount of 40% by volume or more, a dense and thick film can be stably formed.
  • the particle size is smaller than 1 izm, a thick film may be formed in some cases even if these materials are not necessarily included in the above amounts.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the concept of a method for manufacturing an electrode for discharge surface treatment according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a Co alloy powder is used as an electrode material
  • the space surrounded by the upper punch 2 of the die, the lower punch 3 of the die, and the die 4 of the die is filled with the Co alloy powder 1.
  • a compact is formed by compression molding the Co alloy powder 1.
  • this green compact is used as a discharge electrode.
  • the manufacturing process of the electrode shown in FIG. 1 is as follows.
  • the Co alloy powder 1 is put into a mold, and the upper punch 2 and the lower punch 3 apply pressure to the Co alloy powder 1 and press it. By applying a predetermined press pressure to the Co alloy powder 1 in this manner, The Co alloy powder 1 solidifies and becomes a green compact.
  • the green compact that has been compression-molded as described above can be used as it is as an electrode for discharge surface treatment if a predetermined hardness is obtained by compression. Further, the compression molded green compact does not have a predetermined hardness, in which case the strength, that is, the hardness of the green compact can be increased by heating.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing how a discharge surface treatment is performed by the discharge surface treatment apparatus according to the present invention using the low-level discharge surface treatment electrode having a high hardness for forming a thick film manufactured in the above process. Show. FIG. 2 shows a state in which a pulsed discharge is generated. FIG. 3 is a diagram showing the electric circuit of FIG.
  • the discharge surface treatment apparatus is an electrode for discharge surface treatment described above, and is a green compact obtained by compression-molding Co alloy powder 1 or a heat treatment of this green compact.
  • the electrode for discharge surface treatment 11 (which may be simply referred to as the electrode 11 hereinafter), which is made of a green compact, and the oil which is the working fluid 13, and the voltage between the electrode 11 and the workpiece 12.
  • a discharge surface treatment power supply device 14 for generating a pulse-like discharge (arc column 15) by applying a voltage.
  • the power supply device 14 for discharging surface treatment is connected to the power supply body 14a, the voltage detection device 14b, the switching elements SI, S2, and the respective switching elements shown in FIG. And a control circuit .14c for turning on and off the switching elements S1, S2,... In FIG. 3, they are separated for easy understanding.
  • members that are not directly related to the present invention such as a driving device that controls a relative position between the electrode 11 and the work 12 and a working fluid tank that stores the working fluid 13 are omitted.
  • the electrode 11 and the workpiece 12 are arranged to face each other in the working fluid 13.
  • a pulse-like discharge is generated between the electrode 11 and the work 12 by using the power supply device for discharge surface treatment 14.
  • a voltage is applied between the electrode 11 and the work by turning on and off the switching element S 1 or S 2 by the control circuit 14 c to generate a discharge.
  • the arc column 15 of the discharge is generated between the electrode 11 and the work 12 as shown in FIG.
  • the switching element to be turned on and off is determined by the current to be flowed when discharged. More specifically, in FIG. 3, each switching element is connected to a resistor having a predetermined resistance value, and when a discharge occurs while each switching element is ON, the resistance value and the voltage of the power supply are changed.
  • the current flowing when the switching element S 1 is turned on is (E ⁇ V g) ZR 1.
  • the value of the current flowing when the switching element S2 is turned on is (E-Vg) / R2.
  • the current flowing when the switching element S1 and the switching element S2 are simultaneously turned on is (E ⁇ V g) / R 1 + (E ⁇ V g) ZR 2.
  • this circuit uses a resistor to limit the current, it is also possible to use a circuit system that determines the flowing current to a desired value.
  • a film of the electrode material is formed on the surface of the work by the discharge energy of the discharge generated between the electrode 11 and the work 12, or a film of the substance reacted with the electrode material is formed on the surface of the work by the discharge energy.
  • the electrode 11 side is used as negative polarity and the work 12 side is used as positive polarity.
  • FIGS. 4A and 4B show examples of discharge pulse conditions when performing a discharge surface treatment in a discharge surface treatment apparatus having such a circuit configuration.
  • Fig. 4 A and 4 FIG. B is a diagram showing an example of a discharge pulse condition at the time of discharge surface treatment.
  • FIG. 4A shows a voltage waveform applied between the electrode 11 and the work 12 at the time of discharge. Shows the current waveform of the current flowing through the discharge surface treatment apparatus during discharge. As shown in FIG. 4A, a no-load voltage ui is applied between the electrodes at time t0, but discharge occurs between the electrodes at time t1 after the discharge delay time td has elapsed, and a current flows.
  • the voltage at this time is the discharge voltage ue, and the current flowing at this time is the peak current value ie. Then, when the supply of the voltage between both electrodes is stopped at time t2, no current flows.
  • Time t 2 -t 1 is referred to as pulse width te.
  • the voltage waveform from time t0 to time t2 is repeatedly applied between both electrodes with a pause time to. That is, as shown in FIG. 4A, a pulse-like voltage is applied between the electrode 11 and the work 12.
  • the voltage during discharge shows a value of about 50 V when the discharge surface treatment is performed normally, and a range of about 40 V to 60 V in many cases. However, there may be a slight shift up and down depending on various conditions such as the molding conditions of the electrode 11.
  • the electrode 11 has a high hardness, the voltage between the electrode 11 and the work 12 is low. On the other hand, when the electrode 11 is made to have a soft hardness, the voltage between the electrode 11 and the work 12 becomes high.
  • the voltage between the electrode 11 and the work 12, that is, the arc voltage itself is usually about 25 V to 3 OV.
  • the electrode 11 for forming a thick film used in the present invention has a high electric resistance because it is made by solidifying powder.
  • the measurement results of the voltage detector 17 in Fig. 3 indicate that the voltage drop at the electrode 11 is a brass voltage in the arc voltage, and the electric resistance value of the electrode is low, and it is higher than the case. Obviously, the measurement results of the voltage detector 17 in Fig. 3 indicate that the voltage drop at the electrode 11 is a brass voltage in the arc voltage, and the electric resistance value of the electrode is low, and it is higher than the case. Obviously, the measurement results of the voltage detector 17 in Fig. 3 indicate that the voltage drop at the electrode 11 is a brass voltage in the arc voltage, and the electric resistance value of the electrode is low, and it is higher than the case. Become.
  • the detected voltage between the electrodes during the discharge that is, the voltage V1 between the electrode 11 and the work 12 is the fourth voltage.
  • the force becomes a high value. If the film cannot be formed stably, As shown in FIG. 5A, it was found that the voltage of the voltage between the electrodes during discharge, that is, the voltage V 1 between the electrode 11 and the work 12 was reduced.
  • the voltage between the electrode 11 and the workpiece 12 during discharge is stabilized by the voltage detection device 14b shown in FIG. 3, that is, the discharge surface treatment is performed stably. It detects that it has fallen below the time it has been. For example, a pulse at the gap voltage detection timing is generated a predetermined time after the occurrence of electric discharge, and the gap voltage is compared with a threshold value, which is the voltage at the boundary between stable machining and unstable machining, at that pulse And other methods.
  • the timing of the above detection may be a predetermined time from the occurrence of discharge, for example, 1 ⁇ s to several seconds, or may be a process such as the middle of the discharge duration time.
  • the voltage detection device 14b transmits a predetermined signal, for example, a signal of a voltage detection result to the control circuit 14c.
  • the control circuit 14c determines the quality of the discharge state based on the detection result of the voltage detection device 14b.
  • the control circuit 14c When it is determined that the electric body is abnormal (bad), the control circuit 14c further stops the generation of discharge by turning off the switching element S1 or S2 based on the result of the determination. .
  • control circuit 14c has a function of determining the quality of the discharge state body based on the detection result of the voltage detection device 14b is described.
  • Means having a function of judging pass / fail of the discharge state body based on the detection result may be provided separately from the control circuit 14c.
  • the timing for detecting the voltage between the electrode 11 and the work 12 may be selected at one point during the discharge duration, and the voltage between the electrode 11 and the work 12 during the discharge duration may be selected. An average value may be selected.
  • the voltage value between the electrode 11 and the workpiece 12 at the time of stable processing differs depending on the electrode used, but is substantially constant for each electrode. Therefore, a threshold value is set for a value lower than the voltage measured and determined in advance, and if it falls below that value, it is determined that there is an abnormality.
  • a circuit for calculating the average value of the voltage value during the discharge of a certain number of pulses is arranged, and the discharge of the voltage value occurs at a predetermined rate, for example, 10% lower than the average value calculated by the circuit. It is also possible to determine that it is abnormal when it is generated.
  • the following method can be used. For example, if the electrode is made of metal and there is no voltage drop at the electrode, the voltage value between the electrodes during discharge surface treatment, that is, the voltage value between the electrode and the workpiece, is 25 V to 30 V Since the voltage falls within the range of about V, it can be determined that the voltage is normal, for example, if the voltage between the electrodes is 35 V or more.
  • discharge conditions such as extending the discharge pause time to
  • a method of doubling the pause time from the next pulse when a pulse with a discharge voltage lower than the threshold is generated, etc. is there.
  • the technique for preventing electrode damage in the case of forming a film by discharge surface treatment has been described above. From the results of the test for the present invention described above, the following can be understood.
  • the voltage drop at the electrode, which causes the discharge voltage to rise during stable machining, that is, when the discharge surface treatment is being performed stably, is not caused by the entire electrode, but by the foot of the arc column on the electrode surface. Waking up in the part. ⁇
  • the discharge voltage suddenly jumps out of the predetermined range that is, deviates from the predetermined range, can be determined to be an abnormal state of the electrode during the discharge surface treatment. Further, when the discharge voltage is always outside the predetermined range, it can be determined that the electrode is in an abnormal state from the beginning. This is because, when an electrode manufactured in a normal state is used, the voltage during discharge falls within a predetermined range, and does not always fall within the predetermined range (exceeding the predetermined range or exceeding the predetermined range). In this case, it can be determined that the electrode is in an abnormal state from the beginning.
  • the electrode material is melted and moved to the work side.
  • the electrode needs to be in a state where the electric resistance is large to some extent.
  • an abnormal state occurs, for example, where the discharge concentrates on the local part of the electrode, the melting of that part of the electrode, that is, the part where the discharge concentrates, proceeds. Then, in this case, the electric resistance value of the electrode is reduced.
  • the change in the state of this electrode is determined by the discharge voltage, that is, (arc potential between the electrodes)
  • a state in which the discharge voltage has decreased indicates that an abnormality has occurred in the electrode, and the phenomenon can be detected at the timing of several discharges. .
  • an unstable phenomenon of the discharge surface treatment is accurately detected, and an appropriate countermeasure is performed before the formation state of the film is deteriorated due to the unstable phenomenon. It becomes possible. That is, by determining the stability of the discharge surface treatment, it is possible to prevent the deterioration of the film formation state.
  • a sudden occurrence of an unstable phenomenon in the formation of a film can be accurately detected, and appropriate measures can be taken before the state of the film and the state of the electrode become bad due to the unstable phenomenon. Processing can be performed. That is, according to the present invention, it is possible to prevent damage to the coating film and the electrode by determining the stability of the discharge surface treatment.
  • the electric discharge surface treatment method according to the present invention is suitable for use in the surface treatment related industry for forming a film on the surface of a workpiece, and particularly for a surface forming a thick film on the surface of the workpiece. Suitable for use in processing related industries. .

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Abstract

放電表面処理により厚膜の形成を行うために、放電中の電極とワークとの間の電圧を検出し、該電圧が低下したことを検出した場合に放電表面処理状態が異常であると判断することにより放電表面処理の不安定現象を的確に検出し、該不安定現象に起因して被膜の状態及び電極の状態が悪化する前に適切な対応処理を実施することが可能とする。すなわち、放電表面処理の安定度を判別することにより、被膜及び電極の損傷を防止する。

Description

明 細 書 放電表面処理方法およぴ放電表面処理装置 技術分野
この発明は、 放電表面処理技術に関するものであり、 詳細には、 金属粉末また は金属の化合物の粉末、 または、 セラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体電極 を電極として、 電極とワークの間にパルス状の放電を発生させ、 そのエネルギに より、 ワーク表面に電極材料または電極材料が放電エネルギにより反応した物質 からなる被膜を形成する放電表面処理方法および放電表面処理装置に関するもの である。 背景技術
従来の放電表面処理は、 常温での耐磨耗に主眼をおいており、 T i C (炭化チ タン） などの硬質材料の被膜を形成していた （例えば、 特許文献 1参照） 。 特許文献 1
国際公開第 9 9 / 8 5 7 4 4号パンフレット
しかしながら、 近年、 常温での耐磨耗を目的とした硬質セラミックス被膜だけ でなく、 1 0 0 /z m程度以上の厚膜形成に対する要求が強くなっている。そして、 厚膜に要求される機能としては、 高温環境下での耐磨耗性、 潤滑性などがあり、 このような機能を有する厚膜が形成されるのは、 高温環境下で使用される部品な どが対象である。
このような厚膜を形成するためには、 硬質セラミックス膜を形成するためのセ ラミックスを主成分とした電極とは異なる電極であり、 金属成分を主成分とした 粉末を圧縮成形し、 その後必要に応じて加熱処理を行って形成した電極を使用す る。
また、 放電表面処理により厚膜を形成するには、 電極の硬さをある程度低くす るなど所定の特徴を電極に持たせる必要がある。 これは放電のパルスにより電極 材料を多量にワーク側に供給する必要があるためである。
ところで、 放電表面処理は通常は安定して被膜形成ができるが、 突発的に被膜 形成が不安定な状態になり、 一旦不安定な状態になると容易に安定した状態に回 復できないという問題があつた。 これは以下のような理由によると考えられる。 すなわち、 突発的な不安定な状態の発生が放電の集中によるものであり、 ー且不 安定な状態になると、 電極の放電が集中した部分が広く溶融 '再凝固する。 ここ で、 電極の部分が溶融すると、 その部分の電極形状が変形し、 放電が発生しやす い状態になる。
そして、 電極の溶融 ·再凝固した部分に放電が発生し、 溶融 ·再凝固する範囲 をさらに拡大する。 また、 電極の溶融した部分に放電が集中すると、 その部分が 加熱されるため、 より放電が発生しやすい状態になる。
このように、 電極において一旦放電が集中した部分は放電が発生しやすい状態 になり、 その部分のダメージが拡大するため、 被膜形成の安定な状態に回復する ことは困難である。
し力 し、 被膜形成が不安定な状態になつた初期の段階で、 放電パルスの休止時 間を延ばすなどの処理を施せば、 被膜形成が安定な状態に回復させることが可能 な場合もある。 したがって、 放電表面処理が不安定な状態になった場合には、 被 膜形成の不安定現象を的確に検出し、 該不安定現象に起因して被膜の状態及び電 極の状態が悪化する前に適切な対応処理を施すことが必要である。
本発明は、 上記に鑑みてなされたもので、 被膜形成の不安定現象を的確に検出 し、 該不安定現象に起因して被膜の状態及び電極の状態が悪化する前に適切な対 応処理を実施することを可能とするための放電表面処理方法および放電表面処理 装置を提供することを目的とする。 発明の開示
本発明にかかる放電表面処理方法にあっては、 金属粉末または金属の化合物の 粉末、 または、 セラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体を電極として、 電極と ワークの間にパルス状の放電を発生させ、 そのエネルギにより、 ワーク表面に電 極の材料からなる被膜または電極の材料が放電エネルギにより反応した物質から なる被膜を形成する放電表面処理方法であって、 放電中の電極とワークとの間の 電圧を検出し、 該電圧が低下したことを検出した場合に、 放電表面処理状態が異 常であると判断することを特徴とする。
この発明によれば、 放電表面処理時において放電表面処理の不安定現象を的確 に検出する。 これにより、 '放電表面処理の不安定現象に起因して被膜の形成状態 及び電極の状態が悪化する前に適切な対応処理を実施することが可能となる。 す なわち、 放電表面処理の安定度を判別することにより、 被膜及び電極の損傷を防 止することができる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 放電表面処理用電極の製作の工程を示す図であり、 第 2図は、 厚膜 形成用の放電表面処理用電極を用いた放電表面処理装置により放電表面処理を行 なう様子を示す図であり、 第 3図は、 図 2の電気回路を示した図であり、 第 4 A 図は、 放電表面処理が正常に行われている場合の電圧波形を示す特性図であり、 第 4 B図は、 第 4 A図の電圧波形に対応する電流波形を示す特性図であり、 第 5 囪 Aは、放電表面処理が異常な場合の電圧波形を示す特性図であり、第 5図 Bは、 第 5 A図の電圧波形に対応する電流波形を示す特性図であり、 第 6図は、 電極の —部が過度の熱により溶融した状態を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説術するために、 添付の図面に従って本発明の実施の形態 を説明する。 なお、 本発明は、 以下の記述に限定されるものではなく、 本発明の 要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。 また、 添付の図面において は、 理解の容易のため、 各部材における縮尺が異なる場合がある。 まず、 放電表面処理により厚膜を形成するために必要な技術思想について説明 する。
放電表面処理により厚膜を形成すべく、 電極として金属成分を主成分とした材 料を用いて形成した電極を使用し、 加工液として油を使用する場合には、 炭化物 を形成しやすい材料が電極中に大量に含まれていると、 該炭化物を形成しやすい 材料が加工液である油に含まれる炭素と反応して炭化物になってしまうために厚 膜を形成しにくいということが見出された。
発明者らの研究では、 数 μ ra程度の粉末を使用して製造した電極により被膜を 形成する場合には、 C o (コバルト） 、 N i (ニッケル） 、 F e (鉄） などの炭 化物を形成しにくい材料を電極中に含ませないと、 安定して緻密な厚膜を形成す ることは困難であることが見出されている。
ここで、 使用する粉末の粒径'材質などにもよるが、 概略上記のような炭化物 を形成しにくい材料が 4 0体積％以上含まれていることが厚膜形成には必要であ る。 電極中に炭化物を形成しにくい材料が 4 0体積％以上含まれることにより、 安定して緻密な厚膜を形成することができる。 ただし、 粒径が 1 iz mよりも小さ くなると、 必ずしもこれらの材料が上記のような量含まれなくとも厚膜の形成が できる場合もある。
次に、 本実施の形態にかかる放電表面処理方法について説明する。 第 1図は、 この発明の実施の形態 1における放電表面処理用電極の製造方法の概念を示す断 面図である。 まず、 第 1図を参照して本発明に用いられる電極の一例として電極 材料に C o合金の粉末を使用した場合について説明する。 第 1図において、 金型 の上パンチ 2、 金型の下パンチ 3、 金型のダイ 4で囲まれた空間には、 C o合金 粉末 1が充填される。 そして、 この C o合金粉末 1を圧縮成形することにより圧 粉体を形成する。 放電表面処理にあたっては、 この圧粉体が放電電極とされる。 第 1図に示す電極の製作工程は以下の通りである。 まず、 C o合金粉末 1を金 型に入れて、 上パンチ 2及び下パンチ 3により該 C o合金粉末 1に圧力をかけて プレスする。 このようにして所定のプレス圧を C o合金粉末 1にかけることで該 C o合金粉末 1は固まり、 圧粉体となる。
プレスの際に C o合金粉末 1の内部へのプレスの圧力の伝わりを良くするため に、 C o合金粉末 1にパラフィンなどのワックスを混入すると C o合金粉末 1の 成形性を改善することができる。 し力 し、 電極内のワックスの残留量が多くなる ほど電気伝導度が悪くなる。 このため、 C o合金粉末 1にワックスを混入した場 合には、 後の工程でヮックスを除去することが好ましい。
上記のようにして圧縮成形された圧粉体は、 圧縮により所定の硬さが得られて いる場合にはそのまま放電表面処理用の電極として使用することができる。また、 圧縮成形された圧粉体は、 所定の硬さが得られていなレ、場合には加熱することで 圧粉体の強度、 すなわち硬さを増すことができる。
以上のような工程で製作された厚膜形成用の硬さの低レヽ放電表面処理用電極を 用いた本発明にかかる放電表面処理装置により放電表面処理を行なう様子の概念 図を第 2図に示す。 第 2図では、 パルス状の放電が発生している様子を示してい る。 また、 第 3図は、 第 2図の電気回路を示した図である。
第 2図に示すように本実施の形態にかかる放電表面処理装置は、 上述した放電 表面処理用電極であり、 C o合金粉末 1を圧縮成形した圧粉体、 またはこの圧粉 体を加熱処理した圧粉体からなる放電表面処理用電極 1 1 (以下、 単に電極 1 1 と称する場合がある。 ） と、 加工液 1 3である油と、 電極 1 1とワーク 1 2との 間に電圧を印加してパルス状の放電 （アーク柱 1 5 ) を発生させる放電表面処理 用電源装置 1 4とを備えて構成される。
ここで、 放電表面処理用電源装置 1 4は、 第 3図に示す電源本体 1 4 a、 電圧 検出装置 1 4 b、 スイッチング素子 S I、 S 2 · · ·、 各スイッチング素子に接 続されている抵抗器 R l、 R 2 - · ■、 およびスイッチング素子 S 1、 S 2…を オン■オフする制御回路.1 4 cとを備えている。 第 3図においては、 理解の容易 のために分離して示してある。
また、 なお、 電極 1 1とワーク 1 2の相対位置を制御する駆動装置、 加工液 1 3を貯留する加工液槽などの本発明に直接関係のない部材は記載を省略している この放電表面処理装置によりワーク表面に被膜を形成するには、 電極 1 1とヮー ク 1 2とを加工液 1 3の中で対向配置する。 そして、 加工液中において、 放電表 面処理用電源装置 1 4を用いて電極 1 1とワーク 1 2との間にパルス状の放電を 発生させる。 具体的には、 制御回路 1 4 cによりスィツチング素子 S 1または S 2…をオン 'オフすることで電極 1 1とワークとの間に電圧を印加し、 放電を発 生させる。 放電のアーク柱 1 5は第 2図に示すように電極 1 1とワーク 1 2との 間に発生する。
オン ·オフさせるスィツチング素子は放電した場合に流したい電流により決め る。 具体的に説明すると、 第 3図において各スイッチング素子はそれぞれ決めら れた抵抗値の抵抗器に接続されており、 それぞれのスィツチング素子が O Nした 状態で放電が発生すると、 抵抗値と電源の電圧から決まる電流が流れる。 複数の スィツチング素子が O Nした状態で放電が発生すると、 それぞれの値の電流が足 された値の電流が流れる。
例えば、 直流電源の電圧を E、 極間の電圧を V gとすると、 スィツチング素子 S 1がオンされたときに流れる電流値は、 （E— V g ) ZR 1になる。 同様に、 スイッチング素子 S 2がオンされたときに流れる電流値は、 （E— V g ) /R 2 になる。 また、 スィツチング素子 S 1とスィツチング素子 S 2とが同時にオンさ れたときに流れる電流値は、 （E— V g ) /R 1 + (E -V g ) ZR 2にな る。
なお、 本回路は抵抗器により電流を制限する方式であるが、 流れる電流を所望 の値に決めるような回路方式を用いることも可能である。
そして、 電極 1 1とワーク 1 2との間に発生させた放電の放電エネルギにより 電極材料の被膜をワーク表面に形成し、 または放電エネルギにより電極材料が反 応した物質の被膜をワーク表面に形成する。 極性は、 電極 1 1側がマイナスの極 性、 ワーク 1 2側がプラスの極性として使用する。
このような回路構成を有する放電表面処理装置において、 放電表面処理を行う 場合の放電のパルス条件の一例を第 4 A図と第 4 B図とに示す。 第 4 A図と第 4 B図は、 放電表面処理時における放電のパルス条件の一例を示す図であり、 第 4 A図は、 放電時の電極 1 1とワーク 1 2の間にかかる電圧波形を示し、 第 4 B図 は、 放電時に放電表面処理装置に流れる電流の電流波形を示している。 第 4 A図 に示されるように時刻 t 0で両極間に無負荷電圧 u iがかけられるが、 放電遅れ 時間 t d経過後の時刻 t 1に両極間に放電が発生し、 電流が流れる。 このときの 電圧が放電電圧 u eであり、 このとき流れる電流がピーク電流値 i eである。 そ して時刻 t 2で両極間への電圧の供給が停止されると、 電流は流れなくなる。 時刻 t 2 - t 1をパルス幅 t eとレヽう。 この時刻 t 0 ~ t 2における電圧波形 を、 休止時間 t oをおいて繰り返して両極間に印加する。 つまり、 この第 4 A図 に示されるように、 電極 1 1とワーク 1 2との間に、 パルス状の電圧を印加させ る。
放電中の電圧は、 正常に放電表面処理が行なわれている場合には、 およそ 5 0 V程度の値を示し、 範囲としては 4 0 V〜 6 0 V程度の値を示す場合が多い。 た だし電極 1 1の成形条件などの諸条件により多少上下にずれる場合がある。
電極 1 1力 硬度が硬く作られた場合には、 電極 1 1とワーク 1 2との間の電 圧は低くなる。 一方、 電極 1 1力 硬度が軟らかく作られた場合には、 電極 1 1 とワーク 1 2との間の電圧は高くなる。
この現象は次のような理由による。 電極 1 1とワーク 1 2との間の電圧、 すな わちアーク電圧そのものは通常 2 5 V〜3 O V程度である。 しかしながら、 本発 明において用いる厚膜形成用の電極 1 1は、 粉末を固めて作製したものであるた め電気抵抗値が高い。
このため第 3図の電圧検出装置 1 7での測定結果は、 アーク電圧に電極 1 1に おける電圧降下がブラスされた電圧となり、 電極の電気抵抗値が低レ、場合に比べ て高い値になる。
以上のように放電表面処理により厚膜を安定に形成している場合には、 検出さ れる放電中の極間の電圧、 すなわち電極 1 1とワーク 1 2との間の電圧 V 1は第 4 A図に示すように高い値となる力 安定に被膜形成ができなくなった場合には、 第 5 A図に示すように放電中の極間の電圧の電圧、 すなわち電極 1 1とワーク 1 2との間の電圧 V 1が低下することがわかった。
これは、 以下のような理由による。 加工状態、 すなわち放電表面処理の処理状 態が不安定になった場合には放電の集中により電極 1 1の一部が放電の熱で加熱 されて第 6図に示すように溶融 '再凝固した部分 1 1 aが生じる。 そして、 この 溶融 ·再凝固した部分 1 1 aの電気抵抗が下がったために、 電圧検出装置 1 7で の検出電圧のうちの電極 1 1での電圧降下分が小さくなったためである。
なお、 第 5図 Aでは、 すべてのパルスの放電電圧が低くなつているが、 突発的 に加工 （放電表面処理） が不安定になった場合は、 特に初期段階においては、 放 電電圧が低いパルスと高いパルスとが混在することも多い。
いずれの場合も、 このような放電表面処理の不安定現象が発生した場合は、 第
6図に示すように霉極 1 1の一部に過度の熱により溶融 ·再凝固した部分 1 1 a が生じた状態になっており、 この溶融 '再凝固した部分 1 1 aに放電が発生した 場合に放電電圧が低くなることが本発明者の実験によりわかった。
そして、 一且このような状態になると、 電極 1 1の溶融 ·再凝固した部分 1 1 a部分はソリッドの電極と同様になり電気抵抗が下がり、 放電が同じ位置に発生' しゃすくなり、 電極の損傷を拡大してしまう。
そこで、 本発明においては、 第 3図に示した電圧検出装置 1 4 bにより、 放電 中の電極 1 1とワーク 1 2との間の電圧が安定加工時、 すなわち放電表面処理が 安定して行われているときよりも低下したことを検出する。 たとえば、 放電が発 生してから所定時間後に極間電圧検出タイミングのパルスを発生し、 そのパルス のタイミングで、 極間電圧を安定加工中と不安定の境界の電圧であるしきい値と 比較する等の方法が考えられる。 上記検出のタイミングは、 放電発生から所定の 時間、 たとえば 1 μ s〜数 sでも良いし、 放電継続時間の真ん中というような 処理としても良い。 そして、 電圧検出装置 1 4 bは、 制御回路 1 4 cに所定の信 号、 例えば電圧の検出結果の信号を送信する。 制御回路 1 4 cは電圧検出装置 1 4 bでの検出結果に基づいて放電状態の良否を判断する。 制御回路 1 4 cは、 放 電状体が異常である （悪い） と判断した場合には、 さらに制御回路 1 4 cは判断 結果に基づいて例えばスィツチング素子 S 1または S 2をオフすることで放電の 発生を完全に停止する。
これにより、 放電表面処理の不安定現象を的確に検出し、 該不安定現象に起因 して電極の状態が悪化する前に適切な対応処理を実施することが可能となる。 す なわち、 放電表面処理の安定度を判別することにより、 電極の損傷を防止するこ とができる。 .
なおここでは、 制御回路 1 4 cが電圧検出装置 1 4 bでの検出結果に基づいて 放電状体の良否を判断する機能を有する場合について説明しているが、 電圧検出 装置 1 4 bでの検出結果に基づいて放電状体の良否を判断する機能を有する手段 を制御回路 1 4 cと別個に設けても良い。
電極 1 1とワーク 1 2との間の電圧を検出するタイミングは、 放電継続時間中 の 1点を選んでもよく、 また、 放電継続時間中の電極 1 1とワーク 1 2との間の 電圧の平均値を選んでもよい。
安定加工時の電極 1 1とワーク 1 2との間の電圧値は使用する電極により異な るが、 それぞれの電極によりほぼ一定している。 したがって、 予め測定して決め た電圧よりも低い値に閾値を設けておき、 その値を下回った場合に、 異常と判断 すればよレ、。
また、 ある数のパルスの放電中の電圧値の平均値を算出する回路を配置し、 該 回路で算出ざれた平均値よりも所定の割合、 例えば 1 0 %低レ、電圧値の放電が発 生した場合に異常と判断することも可能である。
さらに、 簡便な方法としては、 以下のような方法も用いることができる。 例え ば電極が金属で構成されており電極での電圧降下がない場合には、 放電表面処理 の際の極間の電圧値、 すなわち電極とワークとの間の電圧値は 2 5 V〜 3 0 V程 度の範囲内に入るため、 例えば極間の電圧値が 3 5 V以上であれば正常と判断す ることができる。
電極 1 1の損傷を防ぐためには、 上述したように放電の発生を完全に停止する ほかにも、例えば放電休止時間 t oを延ばすなどの放電条件の操作も効果がある。 例えば、 放電休止時間 t oを延ばして電極 1 1の損傷を防止するには、 閾値を下 回った放電電圧のパルスが発生した場合に次のパルスから休止時間を 2倍にする、 などの方法がある。
ただし、 放電休止時間 t oが長くなりすぎると、 極間間隙を制御するサーボの 動作が不安定になるため （通常、 概略放電のパルス毎に制御しているため、 制御 間隔が長くなるので） 、 ある程度 （例えば、 1 m s程度） の上限を設けておいた ほうがよい。
以上、 放電表面処理により被膜を形成する場合の、 電極損傷の防止技術につい て述べたが、 上述したこの発明のための試験の結果より、 以下のことがわかる。 安定加工中、 すなわち放電表面処理が安定して行われているときに放電電圧が上 昇する原因である電極における電圧降下は、 電極全体で起きているのではなく、 電極表面のアーク柱の足の部分で起きている。 ·
これは、 電極内部を電流が流れる際には広い範囲を電流が流れるが、 アークの 部分は非常に狭い部分を電流が流れることになり、 電気抵抗が大きくなるためと 推測している。 このことは、 電極の一部が溶融■再凝固して電気抵抗が部分的に 下がったところに放電が発生した時に、 電極における電圧降下が小さくなること から確認できる。
なお、 放電表面処理において、 放電電圧が突然所定の範囲を飛び出る、 すなわ ち所定の範囲を外れるのは、 放電表面処理の最中に電極が異常な状態になった場 合と判断できる。 また、 放電電圧が常に所定の範囲を飛び出ている場合には、 電 極が最初から異常な状態にあると判断できる。 これは、 正常な状態に作製された 電極を使用した場合には、 放電中の電圧は所定の範囲に入るからであり、 その所 定の範囲に常に入らない （所定の範囲を超える、 又は所定の範囲よりも低い） 場 合は、 電極が最初から異常な状態にあつたと判断できるからである。
このように放電表面処理において、 放電電圧が突然所定の範囲から外れた場合 には、 放電表面処理の最中に電極が異常な状態になったと判断し、 また、 放電電 圧が常に所定の範囲から外れている場合には、 電極が最初から異常な状態にあつ たと判断することにより、 この時点で放電の集中により、 電極、 被膜にダメージ を与える現象を防止することが可能となるため、 電極の損傷を効果的に防止する ことができる。
また、 放電表面処理では、 電極材料が溶融してワーク側に移動することが必要 であり、 そのためには、 電極は電気抵抗がある程度大きい状態にしておくことが 必要である。 放電表面処理中において、 放電が電極の局部に集中して発生するな ど異常な状態が発生すると、 電極においてはその部分、 すなわち放電が集中して 発生する部分の溶融が進む。 そして、 この場合、 電極の電気抵抗値は下がった状 態になる。 この電極の状態の変化を放電電圧、 すなわち、 （極間のアーク電位）
+ (電極での電圧降下） により検出することができる。
放電電圧が下がった状態 （電極での抵抗による電圧降下が小さくなった状態） は、 電極に異常が発生したことを示しており、 放電数発のタイミングでその現象 を検出することが可能である。
また、 放電除去加工の場合とは異なり、 放電表面処理によりワークに被膜を形 成する場合には、被膜に異常が発生してしまうと、その修復が極めて困難である。 これは、 被膜を良好な状態で形成できずに被膜に凹みができてしまうと、 放電表 面処理を継続しても、 その凹み部分を埋めることができないためである。 凹みが できてしまった被膜を良好な状態に修復するためには、 その部分を除去してしま い、 追加処理するしか方法がない。
しかし、 被膜形成が不安定な状態になつた初期の段階で、 放電パルスの休止時 間を延ばすなどの処理を施せば、 被膜形成が安定な状態に回復させることが可能 な場合もある。 すなわち、 放電表面処理が不安定な状態になった場合には、 被膜 形成の不安定現象を的確に検出し、 該不安定現象に起因して被膜の状態が悪化す る前に適切な対応処理を施すことが必要である。
そこで、 本発明においては、 放電表面処理の不安定現象を的確に検出し、 該不 安定現象に起因して被膜の形成状態が悪化する前に適切な対応処理を実施するこ とが可能となる。 すなわち、 放電表面処理の安定度を判別することにより、 被膜 の形成状態の悪化を防止することができる。
したがって、 本発明によれば、 突発的に発生する被膜形成の不安定現象を的確 に検出し、 該不安定現象に起因して被膜の状態及び電極の状態が悪ィヒする前に適 切な対応処理を実施することが可能となる。 すなわち、 本発明によれば、 放電表 面処理の安定度を判別することにより、 被膜及び電極の損傷を防止することがで さる。
なお、 上記においては、 加工液中において放電表面処理を行う場合について説 明したが、 本発明は加工液中において放電表面処理を行う場合に限定されるもの ではなく、 気体雰囲気中において放電表面処理を行う場合についても適用可能で ある。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明にかかる放電表面処理方法は、 被加工物表面に被膜を形 成する表面処理関連産業に用いられるのに適しており、 特に被加工物表面に厚膜 を形成する表面処理関連産業に用いられるのに適している。 .

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 金属粉末または金属の化合物の粉末、 または、 セラミックスの粉末を圧縮 成形した圧粉体を電極として、 前記電極とワークの間にパルス状の放電を発生さ せ、 そのエネルギにより、 前記ワーク表面に前記電極の材料からなる被膜または 前記電極の材料が放電エネルギにより反応した物質からなる被膜を形成する放電 表面処理方法であって、
放電中の前記電極とワークとの間の電圧を検出し、 該電圧が低下したことを検 出した場合に、 放電表面処理状態が異常であると判断すること
を特徴とする放電表面処理方法。
2. 金属粉末または金属の化合物の粉末、 または、 セラミックスの粉末を圧縮 成形した圧粉体を電極として、 前記電極とワークの間にパルス状の放電を発生さ せ、 そのエネルギにより、 前記ワーク表面に前記電極の材料からなる被膜または 前記電極の材料が放電エネルギにより反応した物質からなる被膜を形成する放電 表面処理方法であって、
放電中の前記電極とワークとの間の電圧を検出し、 該電圧が常に所定の範囲に なレ、場合に、 電極自体が異常であると判別すること
を特徴とする放電表面処理方法。
3 . 金属粉末または金属の化合物の粉末、 または、 セラミックスの粉末を圧縮 成形した圧粉体を電極として、 前記電極とワークの間にパルス状の放電を発生さ せ、 そのエネルギにより、 前記ワーク表面に前記電極の材料からなる被膜または 前記電極の材料が放電エネルギにより反応した物質からなる被膜を形成する放電 表面処理装置であって、
放電中の前記電極と前記ワークとの間の電圧を検出する電圧検出手段と、 前記電圧検出手段における検出結果に基づいて放電状態の良否を判断する良否 判断手段と、
を有することを特徴とする放電表面処理装置。
4. 前記良否判断手段の判断結果に基づいて放電の停止または処理条件の変更 を行なう制御手段を有することを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の放電表面
5 . 金属粉末または金属の化合物の粉末、 または、 セラミックスの粉末を圧縮 成形した圧粉体を電極として、 前記電極とワークの間にパルス状の放電を発生さ せ、 そのエネルギにより、 前記ワーク表面に前記電極の材料からなる被膜または 前記電極の材料が放電エネルギにより反応した物質からなる被膜を形成する放電 表面処理装置であって、
放電中の前記電極とワークとの間の電圧を検出する電圧検出手段と、 該電圧検出手段における検出結果が常に所定の範囲にない場合に電極自体の異 常と判別する判別手段と、
を有することを特徴とする放電表面処理装置。
6 . 前記電極が炭化物を形成しにくい材料を 4 0体積 °/0以上含んでいることを 特徴とする請求の範囲第 3項または第 5項に記載の放電表面処理装置。
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