WO2011027825A1 - 放電表面処理 - Google Patents

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WO2011027825A1
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mixed powder
electrode
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electric discharge
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吉澤 廣喜
渡辺 光敏
英實 鵜飼
恭兵 野村
幸浩 下田
落合 宏行
圭司 久布白
Original Assignee
株式会社Ihi
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C26/00Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
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    • C22C1/05Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12Both compacting and sintering
    • B22F3/14Both compacting and sintering simultaneously

Definitions

  • the present invention relates to an electrode for forming a film on an object using discharge, a method for manufacturing the electrode, and a method for forming a film using the electrode.
  • the object can be processed by bringing a non-consumable electrode close to the object in oil or in the air and generating a discharge therebetween.
  • a technique is generally called electric discharge machining, and it is known that machining of a precise and complicated shape is possible.
  • wear of the electrode occurs preferentially instead of processing the object.
  • the electrode material or the reaction product covers the region facing the electrode on the object, the surface treatment of the object is possible.
  • Such a technique is often referred to as discharge surface treatment.
  • a titanium carbide film having a thickness of about 20 to 30 ⁇ m can be successfully formed.
  • the present inventors tried to grow a thicker titanium carbide film in order to further improve the characteristics it was found that it was difficult to form a titanium carbide film exceeding the thickness.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a method of forming a thicker film containing titanium carbide by discharge surface treatment and an electrode therefor.
  • the electrode used for the surface treatment in combination with the electric discharge machine is a mixed powder, and is a powder composed of 5 to 18% by weight of aluminum based on the whole of the mixed powder. Or a powder made of any metal selected from the group consisting of nickel, cobalt, and iron in an amount of 5 to 40% by weight based on the whole of the mixed powder, and a powder made of titanium hydride, and the mixed powder Is formed into a structure dimensioned to be incorporated into the electrical discharge machine as an electrode by molding and sintering.
  • a method for producing an electrode used for surface treatment in combination with an electric discharge machine in order to obtain a mixed powder of 5 to 18% by weight based on the whole of the mixed powder.
  • a powder made of aluminum or a powder made of any metal selected from the group consisting of nickel, cobalt and iron with respect to the whole of the mixed powder is mixed with a powder made of titanium hydride, The mixed powder is formed and sintered to form a structure sized to be incorporated into the electric discharge machine as an electrode.
  • a method for subjecting an object to a surface treatment with an electric discharge machine in order to obtain a mixed powder, a powder comprising 5 to 18% by weight of aluminum based on the whole of the mixed powder or the 5 to 40% by weight of the powder mixture made of any metal selected from the group consisting of nickel, cobalt, and iron with respect to the whole of the mixed powder, which is substantially the remainder, titanium hydride or the whole mixed powder Mixed with a powder made of titanium hydride containing titanium carbide exceeding 0% by weight and not more than 30% by weight, and forming and sintering the mixed powder to obtain a molded body. And forming the molded body as an electrode in the electric discharge machine, bringing the molded body close to the object in oil and causing electric discharge to form the object. It consists in causing a film on.
  • FIG. 1 is a schematic view of an electrode microstructure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of an electric discharge machine used for electric discharge surface treatment according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view of a mixer used for manufacturing an electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a stage of the electrode manufacturing process according to an embodiment of the present invention, which is a stage of sintering.
  • FIG. 5 is an example of a voltage and current profile applied to the electric discharge machine.
  • FIG. 6 is an example of an object for discharge surface treatment, and is an elevational view of a turbine rotor blade.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the fine structure of the film formed by the discharge surface treatment.
  • a consumable electrode having the property of being gradually worn by discharge is used.
  • a powder containing a conductive substance is suitable.
  • Such a powder may be any conductive material as a whole, or may be a mixed powder of a conductive material powder and another material, for example, an appropriate ceramic powder. Further, a mixed powder of two or more kinds of conductive substance powders may be applied as the conductive substance powder.
  • titanium hydride TiH 2
  • discharge surface treatment is performed in a liquid containing hydrocarbons such as mineral oil
  • a film containing titanium carbide is obtained as described above.
  • the coating growth rate becomes extremely small when a discharge is applied to grow the coating to a thickness exceeding about 20 to 30 ⁇ m.
  • a discharge is further applied, almost no film growth is observed.
  • the present inventors presume that when the film becomes thick, not only the film grows due to electric discharge but also wears out simultaneously, and both antagonize. Therefore, it is presumed that a film containing a thicker titanium carbide can be grown if an additive for preventing wear of the film is previously contained in the electrode.
  • an electrode is manufactured using a mixed powder of titanium hydride powder 11 and aluminum powder 13.
  • Titanium hydride generates titanium carbide as a result of the discharge surface treatment and is taken into the film to impart hardness to the film.
  • aluminum is taken into the film and imparts deformability to the film.
  • aluminum partially converts titanium hydroxide to titanium, which is incorporated into the film and further imparts deformability to the film.
  • a coating that is hard but lacks deformability tends to be vulnerable to local thermal shocks that occur during the discharge surface treatment process, and therefore tends to wear with growth.
  • a film imparted with deformability by aluminum can withstand thermal shock, it can grow thicker.
  • an iron group metal powder 15 may be mixed.
  • the iron group metal is nickel, cobalt, or iron according to a well-known definition. Nickel, cobalt, and iron may be used alone or as a mixture thereof. Moreover, these alloys may be sufficient. These iron group metals, like aluminum, impart deformability to the film and contribute to a thicker growth of the film.
  • titanium carbide powder 17 may be mixed as shown in FIG. When mixed, it is more than 0% by weight based on the whole mixed powder, and preferably 30% by weight or less from the viewpoint of ensuring sufficient conductivity of the electrode. Except for inevitable impurities, the inclusion of any component in the balance other than these powders is essentially excluded, but it is acceptable to include components that do not substantially affect the basic and novel properties of the present invention. Is done.
  • the particle size of each powder described above is not particularly limited, but is, for example, 10 ⁇ m or less, preferably 3 ⁇ m or less.
  • FIG. 3 shows an example of such a mixer, which is generally called a V blender.
  • the V blender 19 is composed of a pair of hollow cylindrical bodies joined in a V shape, and is rotated by an appropriate motor around an axis indicated by a one-dot chain line in the drawing. By rotating, the powder is agitated while alternately applying the separating force and the collecting force to the powder in the cylindrical body, which is suitable for uniform mixing.
  • other suitable mixers may be used.
  • the titanium hydride powder 11, the aluminum powder 13 (or instead of or in addition to this, an iron group metal powder 15), and optionally added titanium carbide powder 17, are described above. After being prepared into a composition, it is housed in a V-shaped cylinder. Then, the V-shaped cylindrical body is rotated by an appropriate motor, whereby the powder is uniformly mixed and the mixed powder M is obtained.
  • the mixed powder M is subjected to hot pressing.
  • the hot press apparatus includes a mold 21, and the mold 21 includes a die 27 that supports the side and punches 29 and 31 that support both ends.
  • the space enclosed by the die 27 and the punches 29, 31 is dimensioned so that the molded powder has a shape that fits the electrode of the electric discharge machine. Alternatively, it may be formed in a shape different from that of the electrode, and the electrode shape may be obtained by finishing after sintering.
  • the mixed powder M is filled in a space surrounded by the die 27 and the punches 29 and 31.
  • the hot press apparatus further includes a vacuum furnace 33 provided with a heater 35, and the mixed powder M is heated in a pressurized state, whereby molding and sintering are performed.
  • the molded body obtained by such a process has a structure dimensioned to be incorporated as an electrode of an electric discharge machine, and is moderately consumable, so it is suitable for discharge surface treatment.
  • hot isostatic pressing instead of hot pressing, hot isostatic pressing (HIP) may be performed. Or you may sinter in a vacuum furnace after appropriate shaping
  • the above-mentioned formed body is incorporated as an electrode 1 in an electric discharge machine as shown in FIG.
  • the processing tank 3 of the electric discharge machine is filled with an appropriate oil 5 such as mineral oil, and the electrode 1 is immersed in the oil 5 together with the object 7.
  • the electrode 1 is brought close to the object 7, and electric power is intermittently applied from an external power source to generate a discharge in the meantime, thereby executing a discharge surface treatment.
  • a profile of voltage and current applied from an external power supply is as shown in FIG. 5, for example.
  • the voltage V of the voltage value u i is applied, but no discharge occurs during a very short time t d , so the current I is zero.
  • the voltage V when the discharge occurs the voltage value u e next to sharply, while, after the current surge current value I s flows, current flows in the steady state value I e, by the time t e the discharge continues.
  • the application of power is stopped for a time t i , and then the same process is repeated, whereby intermittent discharge is realized.
  • t e is 8 ⁇ s and t i is 64 ⁇ s, but the present invention is not limited to this.
  • I s is 30A
  • I e is less than 10A
  • the voltage is on the order of a few tens of V, not necessarily limited thereto.
  • the above-described discharge surface treatment can be applied to, for example, growing the titanium carbide film 9 on the end portion 37a of the turbine rotor blade 37 shown in FIG.
  • the turbine blade 37 rubs violently against the surrounding turbine shroud.
  • a hard coating such as titanium carbide is required and a relatively thick coating is required to withstand long-term use. Therefore, this embodiment is suitable for application.
  • FIG. 7 schematically shows the fine structure of the film 9 according to the present embodiment.
  • the film 9 has a structure in which a titanium carbide phase 9h is dispersed with a metal phase 9m made of aluminum (or an iron group metal) as a parent phase. Since the metal phase 9m imparts deformability to the coating, it is possible to grow a relatively thick coating that can withstand local thermal shock generated during the discharge surface treatment. Further, since the titanium carbide phase 9h imparts hardness to the coating, the coating 9 can withstand long-time operation.
  • the titanium hydride powder is mixed with 1, 5, 10, 15, 18, and 20% by weight aluminum powder, respectively, and molded and sintered by the above-described method to obtain 4 ⁇ 10 mm prismatic electrodes, respectively. It was.
  • Each of the simulated metal workpieces was repeatedly discharged in oil and subjected to discharge surface treatment with an electrode feed amount of 2 mm.
  • the film thickness and micro Vickers hardness of the obtained film were measured. The results are shown in Table 1.
  • the mixing ratio of the aluminum powder is 5% by weight or more, a film thickness (60 ⁇ m or more) that cannot be obtained by the conventional method can be obtained. Furthermore, in any range, the film obtained has a hardness of Hv1300 or higher.
  • the titanium hydride powder is mixed with 1, 5, 10, 20, 40, and 50% by weight of cobalt powder, respectively, and molded and sintered by the above-described method to obtain 4 ⁇ 10 mm prismatic electrodes, respectively. It was.
  • Each of the simulated metal workpieces was repeatedly discharged in oil and subjected to discharge surface treatment with an electrode feed amount of 2 mm.
  • the film thickness and micro Vickers hardness of the obtained film were measured. The results are shown in Table 3.
  • an appropriate powder made of aluminum or an iron group metal is mixed with a powder made of titanium hydride, and the mixed powder is molded and sintered to be used as an electrode. If it is incorporated in the product and subjected to discharge surface treatment in oil, a film having a sufficient thickness and hardness can be obtained. A long-life film can be expected due to the sufficient thickness and hardness.
  • a method of forming a sufficiently thick film containing titanium carbide by discharge surface treatment, and an electrode therefor are provided.

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Abstract

 放電加工機と組み合わせて表面処理に利用される電極は、5~18重量%のアルミニウムよりなる粉末又は5~40重量%の鉄族金属よりなる粉末と、実質的に残部である水素化チタン又は0重量%を越えて30重量%以下の炭化チタンを含む水素化チタンよりなる粉末と、より本質的になる混合粉末であって、前記混合粉末が成形および焼結によって前記放電加工機に電極として組み込まれるべく寸法づけられた構造に形成された成形体である。

Description

放電表面処理
 本発明は、放電を利用して対象物に皮膜を形成するための電極及びその製造方法、及びこれを利用した皮膜の形成方法に関する。
 油中や大気中等において対象物に非消耗性の電極を近接せしめ、その間に放電を生じせることにより、対象物を加工することができる。かかる技術は、一般に放電加工と呼ばれており、精密で複雑な形状の加工が可能であることが知られている。一定の条件下、例えば非消耗性の電極に代えて圧粉体等の消耗性の電極が利用される等の条件下では、対象物が加工される代わりに電極の損耗が優先して起こる。この時、電極の素材ないしその反応物は、対象物上において電極に対向した領域を被覆するので、以って対象物の表面処理が可能である。かかる技術は、しばしば放電表面処理と呼称されている。
 放電表面処理を、鉱物油のごとき炭化水素を含む液体中で実行すると、しばしば電極より放出された物質と炭素とが反応を起こし、炭化物よりなる皮膜を形成しうる。炭化物の中でも炭化チタンは非常に硬いので、かかる皮膜は種々の工業的用途の観点から有望である。関連する技術が国際公開公報WO01/005545号に開示されている。
 放電表面処理によれば、20~30μm程度の厚さの炭化チタン皮膜を成功裡に形成することができる。本発明者らは、更なる特性の向上を図るべく、より厚い炭化チタン皮膜の成長を試みたところ、かかる厚さを越える炭化チタン皮膜の形成は困難であることが判明した。本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、炭化チタンを含み、より厚い皮膜を放電表面処理により形成する方法およびその為の電極を提供することである。
 本発明の第1の局面によれば、放電加工機と組み合わせて表面処理に利用される電極は、 混合粉末であって、前記混合粉末の全体に対して5~18重量%のアルミニウムよりなる粉末又は前記混合粉末の全体に対して5~40重量%のニッケル、コバルト、鉄よりなる群より選択された何れかの金属よりなる粉末と、水素化チタンよりなる粉末と、を含み、前記混合粉末が成形および焼結によって前記放電加工機に電極として組み込まれるべく寸法づけられた構造に形成されている。
 本発明の第2の局面によれば、放電加工機と組み合わせて表面処理に利用される電極を製造する方法は、混合粉末を得るべく、前記混合粉末の全体に対して5~18重量%のアルミニウムよりなる粉末又は前記混合粉末の全体に対して5~40重量%のニッケル、コバルト、鉄よりなる群より選択された何れかの金属よりなる粉末を、水素化チタンよりなる粉末と混合し、前記混合粉末を成形および焼結して前記放電加工機に電極として組み込まれるべく寸法づけられた構造に形成することよりなる。
 本発明の第3の局面によれば、対象物を放電加工機によって表面処理する方法は、混合粉末を得るべく、前記混合粉末の全体に対して5~18重量%のアルミニウムよりなる粉末又は前記混合粉末の全体に対して5~40重量%のニッケル、コバルト、鉄よりなる群より選択された何れかの金属よりなる粉末を、実質的に残部であり、水素化チタン又は前記混合粉末の全体に対して0重量%を越えて30重量%以下の炭化チタンを含む水素化チタンよりなる粉末と混合し、成形体を得るべく、前記混合粉末を成形および焼結して前記放電加工機に電極として組み込まれるべく寸法づけられた構造に形成し、前記成形体を前記放電加工機に電極として組み込み、油中において前記成形体を前記対象物に近接せしめて放電を生ぜしめて前記対象物に皮膜を生ぜしめることよりなる。
図1は、本発明の一実施形態による電極の微細構造の模式図である。 図2は、本発明の一実施形態による放電表面処理に利用される放電加工機の模式図である。 図3は、本発明の一実施形態による電極の製造に利用される混合器の模式図である。 図4は、本発明の一実施形態による電極の製造工程の一段階であって、焼結の段階を示す模式図である。 図5は、放電加工機に印加する電圧および電流のプロファイルの一例である。 図6は、放電表面処理の対象物の一例であって、タービン動翼の立面図である。 図7は、放電表面処理による皮膜の微細構造の模式図である。
 以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
 放電表面処理には、放電により徐々に損耗する性質を有する消耗性の電極を利用する。消耗性の電極の素材としては、導電性物質を含む粉末が好適である。かかる粉末は、その全体が何れかの導電性物質であってもよく、あるいは導電性物質の粉末と、他の物質、例えば適宜のセラミックの粉末との混合粉末であってもよい。また導電性物質の粉末として、2種以上の導電性物質の粉末の混合粉末を適用してもよい。
 導電性物質として水素化チタン(TiH)を選択し、鉱物油のごとき炭化水素を含む液体中で放電表面処理すると、前述のごとく炭化チタンを含む皮膜が得られる。本発明者らによる検討によれば、皮膜を20~30μm程度を超える厚さに成長させるべく重ねて放電を印加すると、皮膜成長速度は極端に小さくなることが観察される。さらに重ねて放電を印加すると、皮膜の成長はほとんど認められなくなる。かかる現象の原因は必ずしも明らかではないが、皮膜が厚くなると放電による皮膜の成長のみならず損耗が同時に起こるようになり、両者が拮抗することによると、本発明者らは推定している。そこで皮膜の損耗を防止する添加物を予め電極に含ませておけば、より厚い炭化チタンを含む皮膜の成長が可能となると推定される。
 図1(a)を参照するに、本実施形態においては、水素化チタンの粉末11と、アルミニウムの粉末13との混合粉末を利用して電極を製造する。水素化チタンは放電表面処理の結果、炭化チタンを生成して皮膜中に取り込まれ、皮膜に硬質性を付与する。アルミニウムは放電表面処理の結果、皮膜中に取り込まれ、皮膜に変形能を付与する。並行してアルミニウムは水酸化チタンを部分的にチタンに変え、チタンは皮膜中に取り込まれて皮膜にさらに変形能を付与する。硬質だが変形能を欠く皮膜は、放電表面処理の過程で生ずる局所的な熱衝撃に対して脆弱になり易く、従って成長に伴い損耗を起こし易くなる。一方、アルミニウムにより変形能を付与された皮膜は熱衝撃に耐え得るので、より厚く成長することが可能となる。
 アルミニウムの粉末の添加量は、多いほうがより大きな変形能が得られるので、混合粉末の全体に対して0重量%を越え、好ましくは5重量%以上であり、さらに好ましくは10重量%以上である。また焼結後の電極の損耗性を確保する観点からは、アルミニウムの粉末の添加量は過大でないほうが有利であり、それゆえ混合粉末の全体に対して30重量%未満であり、好ましくは18重量%以下であり、さらに好ましくは15重量%以下である。
 あるいは、アルミニウムの粉末13に代えて、またはこれに加えて、鉄族金属の粉末15が混合されていてもよい。鉄族金属は、周知の定義に従い、ニッケル、コバルト、鉄の何れかである。ニッケル、コバルト、鉄は、単独でもよく、あるいはこれらの混合物でもよい。またこれらの合金であってもよい。これらの鉄族金属は、アルミニウムと同様に皮膜に変形能を付与して、皮膜のより厚い成長に寄与する。
 鉄族金属の粉末の添加量は、多いほうがより大きな変形能が得られるので、混合粉末の全体に対して0重量%を越え、好ましくは5重量%以上であり、さらに好ましくは10重量%以上である。また焼結後の電極の損耗性を確保する観点からは、鉄族金属の粉末の添加量は過大でないほうが有利であり、それゆえ混合粉末の全体に対して60重量%未満であり、好ましくは40重量%以下である。
 またこれらに加えて、図1(b)に示すごとく炭化チタンの粉末17が混合されていてもよい。混合される場合には混合粉末の全体に対して0重量%を超え、電極の十分な導電性を確保する観点から30重量%以下が好ましい。不可避的不純物を除き、これらの粉末以外の残部にいかなる成分が含まれることも本質的に排除されるが、本発明の基礎的および新規な性質に実質的に影響しない成分が含まれることは許容される。
 上述の各粉末の粒径は、特に限定されるものでないが、例えば10μm以下であり、好ましくは3μm以下である。
 各粉末は、適宜の混合器を利用して混合される。図3はそのような混合器の一例であって、一般にVブレンダと称されるものである。Vブレンダ19は、V字形に接合された一対の中空の円筒体よりなり、図中に一点鎖線で示した軸の周りに、適宜のモータにより回転する。回転により、円筒体中の粉末に離合する力と集散する力を交互に加えつつ、粉末を撹拌するので、均一な混合に適している。もちろん、他の適宜の混合器を利用してもよい。
 水素化チタンの粉末11と、アルミニウムの粉末13(あるいは、これに代えて、またはこれに加えて、鉄族金属の粉末15)と、場合により添加される炭化チタンの粉末17とは、上述の組成に調製された後、V字形円筒体中に収められる。そして適宜のモータによりV字形円筒体が回転することにより、粉末は均一に混合されて、混合粉末Mが得られる。
 好ましくは、混合粉末Mはホットプレスに付される。図4に示されるごとく、ホットプレス装置は金型21を備え、金型21は、側方を支持するダイ27と、両端を支持するパンチ29,31と、よりなる。ダイ27およびパンチ29,31により囲まれた空間は、成形された粉末が放電加工機の電極に適合した形状を有するようになるべく寸法づけられている。あるいは、電極とは異なる形状で成形しておき、焼結後に仕上げ加工を行なうことにより電極形状を得てもよい。混合粉末Mは、ダイ27およびパンチ29,31により囲まれた空間に充填される。ダイ27は固定的状態に置かれるがパンチ29,31はそれぞれ可動であって、それぞれラム23,25により駆動され、以って金型21中の混合粉末Mは加圧される。ホットプレス装置は、さらにヒータ35を備えた真空炉33を備え、混合粉末Mは加圧された状態で加熱され、以って成形および焼結が実行される。かかる工程により得られた成形体は、放電加工機の電極として組み込まれるべく寸法づけられた構造を有し、かつ適度に消耗性を有するので、放電表面処理に適する。
 ホットプレスに代えて、熱間静水圧成形(HIP)を行ってもよい。あるいは、適宜の成形の後に真空炉中で焼結を行ってもよい。成形のために、射出成形や泥漿を利用してもよい。
 上述の成形体を、図2に示すごとく放電加工機に電極1として組み込む。放電加工機の加工槽3に鉱物油のごとき適宜の油5を満たし、対象物7とともに電極1を油5中に没する。次いで電極1を対象物7に近接せしめ、外部の電源より間歇的に電力を印加してその間に放電を発生させ、放電表面処理を実行する。
 外部の電源から印加される電圧および電流のプロファイルは、例えば図5のようである。当初、電圧値uの電圧Vが印加されるが、ごく短い時間tの間は放電が起こらず、従って電流Iは0である。次いで放電が生じると電圧Vは急減して電圧値uとなり、その間、急増した電流値Iの電流が流れた後、定常値Iの電流が流れ、時間tだけ放電が継続する。適宜の制御により時間tの間、電力の印加が停止され、その後同じ工程が繰り返されることにより、間歇的な放電が実現する。一例として、tは8μs、tは64μsであるが、必ずしもこれに限られない。また一例として、Iは30A、Iは10A未満であり、電圧は数十Vの程度であるが、必ずしもこれに限られない。
 上述の放電表面処理は、例えば図6に示したタービン動翼37の端部37aに炭化チタン皮膜9を成長させることに適用しうる。タービン動翼37は、これを囲むタービンシュラウドに対して激しく擦動する。摩耗からタービン動翼37を保護するために、炭化チタンのごとき硬質の皮膜を必要とし、且つ長期間の使用に耐えるために比較的に厚い皮膜が必要である。従って本実施形態を適用するに好適である。
 図7は、本実施形態による皮膜9の微細構造を模式的に表したものである。皮膜9は、アルミニウム(または鉄族金属)よりなる金属相9mを母相として、炭化チタン相9hが分散した構造を有する。金属相9mが皮膜に変形能を付与するために、放電表面処理の過程で生ずる局所的な熱衝撃に耐えて、相対的に厚い皮膜の成長が可能である。また炭化チタン相9hは皮膜に硬質性を付与するので、皮膜9は長時間の稼動に耐えることができる。
(実施例)
 本実施形態による効果を検証するため、以下の試験を行った。
 水素化チタンの粉末に、それぞれ1,5,10,15,18,20重量%のアルミニウム粉末を混合し、上述の方法により成形および焼結を行って、それぞれ4×10mmの角柱状電極を得た。それぞれ模擬的な金属ワークに対して油中で繰り返し放電を発生させ、電極の送り量2mmで放電表面処理を行った。得られた皮膜の膜厚とマイクロビッカース硬さを測定した。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1より明らかなように、アルミニウム粉末の混合比が5重量%以上では、従来の方法では得られなかった膜厚(60μm以上)が得られる。さらに何れの範囲においても、得られる皮膜はHv1300以上の硬さを有している。
 水素化チタンの粉末に、それぞれ1,5,10,20,40,50重量%のニッケル(カルボニルニッケル)粉末を混合し、上述の方法により成形および焼結を行って、それぞれ4×10mmの角柱状電極を得た。それぞれ模擬的な金属ワークに対して油中で繰り返し放電を発生させ、電極の送り量2mmで放電表面処理を行った。得られた皮膜の膜厚とマイクロビッカース硬さを測定した。結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2より明らかなように、ニッケル粉末の混合比が5重量%以上の何れの範囲においても、従来の方法では得られなかった膜厚(55μm以上)が得られる。さらに40重量%以下の何れの範囲においても、得られる皮膜はHv1300以上の硬さを有している。
 水素化チタンの粉末に、それぞれ1,5,10,20,40,50重量%のコバルト粉末を混合し、上述の方法により成形および焼結を行って、それぞれ4×10mmの角柱状電極を得た。それぞれ模擬的な金属ワークに対して油中で繰り返し放電を発生させ、電極の送り量2mmで放電表面処理を行った。得られた皮膜の膜厚とマイクロビッカース硬さを測定した。結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3より明らかなように、コバルト粉末の混合比が5重量%以上の何れの範囲においても、従来の方法では得られなかった膜厚(45μm以上)が得られる。さらに40重量%以下の何れの範囲においても、得られる皮膜はHv1300以上の硬さを有している。
 詳細なデータは省略するが、鉄の粉末によってもニッケル粉末やコバルト粉末と同様な結果が得られる。また炭化チタンをさらに加えた場合でも同様な結果が得られる。
 すなわち、対象物を放電加工機によって表面処理する方法において、適宜のアルミニウムまたは鉄族金属よりなる粉末を水素化チタンよりなる粉末と混合し、混合粉末を成形および焼結して電極として放電加工機に組み込み、油中において放電表面処理を行えば、十分な厚さと硬さを有する皮膜を得ることができる。厚さと硬さが十分であることにより、長寿命な皮膜が期待できる。
 好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、当該技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。
 炭化チタンを含み、十分な厚さの皮膜を放電表面処理により形成する方法およびその為の電極が提供される。

Claims (9)

  1.  放電加工機と組み合わせて表面処理に利用される電極であって、
     混合粉末であって、
     前記混合粉末の全体に対して5~18重量%のアルミニウムよりなる粉末又は前記混合粉末の全体に対して5~40重量%のニッケル、コバルト、鉄よりなる群より選択された何れかの金属よりなる粉末と、
     水素化チタンよりなる粉末と、
     を含み、
     前記混合粉末が成形および焼結によって前記放電加工機に電極として組み込まれるべく寸法づけられた構造に形成されている、
     電極。
  2.  請求項1の電極において、前記混合粉末の全体に対して0重量%を越えて30重量%以下の炭化チタンをさらに含む。
  3.  請求項2の電極において、前記水素化チタンよりなる粉末は前記混合粉末の残部である。
  4.  放電加工機と組み合わせて表面処理に利用される電極を製造する方法であって、
     混合粉末を得るべく、前記混合粉末の全体に対して5~18重量%のアルミニウムよりなる粉末又は前記混合粉末の全体に対して5~40重量%のニッケル、コバルト、鉄よりなる群より選択された何れかの金属よりなる粉末を、水素化チタンよりなる粉末と混合し、
     前記混合粉末を成形および焼結して前記放電加工機に電極として組み込まれるべく寸法づけられた構造に形成する、
     ことよりなる方法。
  5.  請求項4の方法において、前記混合粉末は、前記混合粉末の全体に対して0重量%を越えて30重量%以下の炭化チタンをさらに含む。
  6.  請求項5の方法において、前記水素化チタンよりなる粉末は前記混合粉末の残部である。
  7.  対象物を放電加工機によって表面処理する方法であって、
     混合粉末を得るべく、前記混合粉末の全体に対して5~18重量%のアルミニウムよりなる粉末又は前記混合粉末の全体に対して5~40重量%のニッケル、コバルト、鉄よりなる群より選択された何れかの金属よりなる粉末を、実質的に残部であり、水素化チタン又は前記混合粉末の全体に対して0重量%を越えて30重量%以下の炭化チタンを含む水素化チタンよりなる粉末と混合し、
     成形体を得るべく、前記混合粉末を成形および焼結して前記放電加工機に電極として組み込まれるべく寸法づけられた構造に形成し、
     前記成形体を前記放電加工機に電極として組み込み、
     油中において前記成形体を前記対象物に近接せしめて放電を生ぜしめて前記対象物に皮膜を生ぜしめる、
     ことよりなる方法。
  8.  請求項7の方法において、前記混合粉末は、前記混合粉末の全体に対して0重量%を越えて30重量%以下の炭化チタンをさらに含む。
  9.  請求項8の方法において、前記水素化チタンよりなる粉末は前記混合粉末の残部である。
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